پايان نامه به دست آوردن شيب بهينه دايكهاي ساحلي در مواجه با امواج توسط Plaxis & Ansys

پايان نامه به دست آوردن شيب بهينه دايكهاي ساحلي در مواجه با امواج توسط Plaxis & Ansys

چكيده 

روند رو به گسترش جمعيت در دنيا و لزوم استفاده بهيـنه از اراضي ساحلي در سالـهاي اخير موجب گرديده است كه تحقـيقات بيشتري در زمينه طراحي و اجـراي دايـكهاي ساحلي و احياي اراضي ساحلي انجام گردد. 

مدلـهاي مختلف كامپيوتري جهـت طراحي سازه اي دايـكها توسعه يافته است. در دهه اخير كشور هلند به عنوان يكي از پيشگامان اجراي دايكهاي ساحلي اقدام به توسـعه دو

مدل پيشرفته plaxis وDiana نموده است.

در اين تحقيق ضـرورت تاثير تغيرات شيب وجه رو به ساحل در ميزان متغيرهايي چون تغييرمكان وضريب اطمينان تحت شرايط مختلفي همچون End of construction

Steady seepage, , Rapid draw down Earthquake, باعث استفاده از Plaxis به عـنوان يك نرم افزار المان محدود گرديد. 

 همچنين اثر متقابل تغـييرات شيب رو به دريا با Stress در مواجه با نيروي موج كه يك نيروي ديناميكي و اتـفاقي است , استفـاده از نرم افزار Ansys را به عنوان يكي از قابـلترين نرم افـزارهاي تحليلي مبتني بر المان محدود قوت بخشيد. در نهايت شـيب بهينه با در نظر گرفتن شـرايط فوق استخراج گرديد.  

- تنوع سازه‌هاي ساحلي

گستره سازه‌هاي ساحلي به اندازه‌اي وسيع است كه به نوعي دربرگيرندة طيف وسيعي از انواع مختلف سازه‌ها مي‌باشد. بطوري كه اين سازه‌ها با اهداف متنوعي ساخته مي‌شوند.

در حالت كلي اين نوع سازه‌ها را مي‌توان به دو دسته طبقه‌بندي كرد:

الف) سازه‌هاي ساحلي

ب) سازه‌هاي فراساحلي

با توجه به تعدد سازه‌هاي ساحلي مي‌توان كاربردهاي متفاوتي را براي آنها متصور شد، كاربردهايي چون امكان پهلوگيري شناورها، احياء زمين، حفاظت سواحل در برابر امواج و فرسايش، نصب خطوط انتقال نفت و گاز و همچنين احداث سدهاي حفاظتي به منظور مقابله در برابر امواج و جزر و  مد.

-تئوريهاي موج

عموماً پديده موج آب، در عمل پيچيده و بغرنج مي باشد و به علت رفتار غيرخطي، خصوصيات سه بعدي و رفتار تصادفي[1] به سختي مي توان اين پديده را به زبان رياضي بيان كرد. در هر حال براي بيان رفتار امواج ساده دو تئوري كلاسيك وجود دارد، يكي در سال 1845 توسط و ديگري در سال 1880 توسط بيان شده است. تئوريهاي وعموماً رفتار امواجي كه نسبت عمق آب به طول موج آنها خيلي كوچك نباشد را بهتر پيش‌بيني مي‌كنند . علاوه بر اين تئوري ،تئوري امواج كنويدال [2]، براي شرايط آب كم عمق تقريب قابل قبولي را براي امواج ساده ارائه مي دهد.

براي آب هاي خيلي كم عمق در نزديكي ناحية شكست موج، تئوري موج تنها [3] بطور قابل قبولي مشخصات معيني از رفتار موج را پيش بيني مي‌كند. اين تئوريها بر اساس مشخصه‌هاي اساسي‌شان و همراه با معادلات رياضي بيان شده اند كه رفتار موج را تعيين مي‌نمايند. بسياري ديگر از تئوريهاي موج كه در كتب مرجع مربوطه ارائه شده‌اند، گاهاً ممكن است براي بعضي از حالات خاص رفتار موج را بهتر از تئوريهايي كه مطرح خواهند شد توصيف كنند. اما مسلماً در اين پروژه مجال پرداختن به همة تئوريها نخواهد بود و صرفاً به اهم آنها بسنده مي‌شود .

1 -Random b   2 -Cnoidal 

3 -Solitary wave

- نقاط و عوامل شكست دايكهاي ساحلي

براي آناليز دايك پس از بررسي نيروهاي وارده به بررسي عوامل شكست دايك ساحلي مي‌پردازيم.

روگذري آب يا سرريز شدن آب از روي تاج

در اين حالت آب بواسطه بالا آمدن بيش از حد از روي تاج سرريز نموده و علاوه بر تخريب اصلي بالادست دايك مي‌تواند به علت اشباع شدن دايك و برهم زدن تعادل آن موجب تخريب دايك شود. همچنين در اثر روگذري، مقداري از مصالح روي تاج در صورتي كه مقاوم سازي نشده باشند شسته شده و باعث بروز مشكلاتي خواهند شد.

براي برطرف نمودن اين موضوع مي‌بايست برحسب مطالعات ريسك‌پذيري و لحاظ نمودن تمامي موارد محتمل افزايش ارتفاع آب، ارتفاع نهايي دايك طراحي گردد.

فهرست مطالب :

عنوان                                                                                                             صفحه

 چكيده

1- مقدمه                                                                                                              1

2- انواع سازه‌هاي ساحلي                                                                         

  2-1- تنوع سازه‌‌هاي ساحلي......................................................................................... 5

  2-2- سازه‌هاي ساحلي................................................................................................. 6

  2-3- اهداف كلي در حفاظت از سواحل.......................................................................... 6

  2-3-1- ديوارهاي ساحلي............................................................................................ 7

  2-3-2- ديوار‌ه‌ها......................................................................................................... 8

  2-3-3- پوششهاي ساحلي........................................................................................... 9

  2-3-4- تپه‌هاي ماسه‌اي............................................................................................... 9

  2-3-5- آب‌شكنها......................................................................................................... 10

  2-3-6- دايكها.............................................................................................................. 10

3- مكانيك حركت موج و تئوري امواج

 3-1- مقدمه................................................................................................................... 12

 3-2- تعاريف................................................................................................................ 14

 3-3- طبقه‌بندي امواج آب................................................................................................. 22

 3-3-1- طبقه‌بندي براساس دوره تناوب......................................................................... 22

 3-3-2- طبقه‌بندي فيزيكي............................................................................................... 24

 3-3-3- طبقه بندي رياضي............................................................................................. 27

 3-3-4- طبقه‌بندي براساس ارتفاع موج........................................................................... 29

 3-4- تئوريهاي موج........................................................................................................ 30

 3-4-1- معادلات اساسي حركت موج.............................................................................. 32

 3-4-2- تئوري موج دامنه كوتاه...................................................................................... 36

 3-4-3- امواج استوكس.................................................................................................. 37

 3-4-4- امواج كنويدال.................................................................................................... 41

 3-4-5- نظريه موج تنها.................................................................................................. 50

 3-5- محدوديتهاي كاربرد نظريه‌هاي امواج..................................................................... 55

 3-6- نتيجه‌گيري............................................................................................................. 58

4- دايكهاي ساحلي

4-1- مقدمه‌اي بر استفاده از دايكهاي ساحلي................................................................... 61

4-2- كليات....................................................................................................................... 62

4-2-1- تعاريف............................................................................................................... 62

4-2-2-هدف از بكار بردن دايكهاي ساحلي...................................................................... 62

4-2-3- انواع دايكهاي ساحلي.......................................................................................... 62

4-2-3-1- دايكهاي تيپ يك............................................................................................... 62

4-2-3-2- دايكهاي تيپ دو................................................................................................ 63

4-2-3-3- دايكهاي تيپ سه............................................................................................... 63

4-2-4- مناطق و محدوده‌هاي بارگذاري............................................................................ 63

4-2-5- نيروهاي وارده بر دايكهاي ساحلي........................................................................ 64

4-2-6- نقاط و عوامل شكست دايكهاي ساحلي.................................................................. 65

4-2-6-1- روگذري آب يا سرريز شدن آب از روي تاج.................................................... 65

4-2-6-2- فرسايش درشيب بيروني.................................................................................. 65

4-2-6-3- گوه لغزش در شيب دروني.............................................................................. 66

4-2-6-4- كمبود پايداري در خاكريز................................................................................ 67

4-2-6-5- روگذري.......................................................................................................... 68

4-2-6-6- پايپينگ............................................................................................................. 68

4-2-6-7- اثرات برخورد مواد خارجي بر دايك................................................................ 69

4-2-6-8- اثرات نيروي يخ بر دايك................................................................................... 69

4-2-6-9- روانگرايي........................................................................................................ 69

4-2-7- آناليز دايك............................................................................................................ 69

4-2-7-1- انتهاي ساخت................................................................................................... 70

4-2-7-2- فروافتادن ناگهاني آب....................................................................................... 70

4-2-7-3- تراوش پايدار................................................................................................... 70

4-2-7-4- زلزله................................................................................................................ 70

4-2-8- حداقل فاكتورهاي اطمينان.................................................................................... 70

4-3- طراحي اوليه دايكهاي ساحلي..................................................................................... 71

4-3-1- پارامترهاي حاكم در طراحي................................................................................. 71

4-3-1-1- پارامترهاي محيطي مربوط به موج................................................................... 71

4-3-1-2- پارامترهاي سازه‌اي......................................................................................... 74

4-3-1-3- پارامترهاي هيدروليكي..................................................................................... 75

4-3-2- روابط پايداري...................................................................................................... 78

4-3-2-1- هادسن............................................................................................................. 78

4-3-2-2- روش فن در مير............................................................................................... 82

4-3-2-3- اثرات شكل آرمور و دانه‌بندي.......................................................................... 89

4-3-2-4- لايه‌هاي آرمور متشكل از قطعات بتني.............................................................. 90

4-3-3- خزش موج............................................................................................................ 92

4-3-3-1- كلياتي مربوط به خزش.................................................................................... 92

4-3-3-2- روابط متداول براي محاسبه خزش نسبي موج................................................. 94

4-3-3-3- شيب متوسط.................................................................................................... 100

4-3-3-4- تاثير آبهاي كم‌عمق در خزش موج.................................................................... 100

4-3-3-5- اثر زاويه حمله موج.......................................................................................... 102

4-3-3-6- اثر برم............................................................................................................. 105

 4-3-3-6-1- اثر عرض برم (r_B) ................................................................................. 106

 4-3-3-6-2- اثر عمق برم (r_dh)................................................................................... 107

 4-3-3-7- اثر زبري المانها............................................................................................ 109

 4-3-4- پايين روي موج.................................................................................................. 111

 4-3-5- دبي سرريزي موج............................................................................................. 111

 4-3-6- عبور موج.......................................................................................................... 118

 4-3-6-1- استفاده از ............................................................................................. 118

 4-3-6-2- روش تفكيك R_c و H_s از يكديگر................................................................. 118

 4-3-7- انعكاس موج...................................................................................................... 119

 4-3-8- محاسبه ضخامت لايه آرمور اوليه..................................................................... 119

 4-3-9- لايه آرمور ثانويه............................................................................................... 121

 4-3-10- لايه فيلتر......................................................................................................... 122

 4-3-11- سكوي پنجه.................................................................................................... 122

 4-3-12- هسته.............................................................................................................. 122

 4-3-13- محاسبه عرض تاج.......................................................................................... 122

5- آناليز‌هاي انجام شده توسط Plaxis

  5-1- معرفي برنامه Plaxis.......................................................................................... 124

  5-2- آناليز حساسيت در تعيين تاثير مش‌بندي............................................................... 125

  5-3- روند انجام آناليز.................................................................................................... 128

  5-4- آناليز انتهاي ساخت............................................................................................... 129

  5-5- مرحله نشت پايدار................................................................................................. 131

  5-6- مرحله فروافتادگي ناگهاني.................................................................................... 134

  5-7- آناليز شبه استاتيكي.............................................................................................. 136

  5-8- آناليز مربوط به مسلح كردن دايك........................................................................ 141

  5-9- آناليزهاي مربوط به نشت آب................................................................................ 146

6- آناليز دايك توسط ansys

   6-1- يادآوري خروجي Plaxis.................................................................................... 150

   6-2- هدف از انجام آناليزتوسط ansys...................................................................... 150

   6-3- معرفي مدل............................................................................................................. 151

  6-3-1- مدلسازي............................................................................................................ 151

  6-3-2- مش‌بندي............................................................................................................ 152

  6-3-3- بارگذاري............................................................................................................ 153

  6-3-4- انجام آناليز......................................................................................................... 154

  6-4- اهميت ماكرو در پروژه مذكور................................................................................ 154

  6-5- بررسي خروجي‌هاي برنامه..................................................................................... 154

  6-5-1- تفسير نتايج نوع اول........................................................................................... 157

 6-5-1-1- S_x.................................................................................................................. 157

 6-5-1-2- S_y.................................................................................................................. 160

6-5-1-3- Von mises................................................................................................ 162

6-5-2- تفسير نتايج نوع دوم............................................................................................. 163

6-6- نتيجه......................................................................................................................... 166

7- نتيجه‌گيري و پيشنهادات

منابع و ماخذ

فهرست منابع فارسي

فهرست منابع غيرفارسي

چكيده انگليسي