پایان نامه به دست آوردن شیب بهینه دایکهای ساحلی در مواجه با امواج توسط Plaxis - Ansys

پایان نامه به دست آوردن شیب بهینه دایکهای ساحلی در مواجه با امواج توسط Plaxis & Ansys

چکیده 

روند رو به گسترش جمعیت در دنیا و لزوم استفاده بهیـنه از اراضی ساحلی در سالـهای اخیر موجب گردیده است که تحقـیقات بیشتری در زمینه طراحی و اجـرای دایـکهای ساحلی و احیای اراضی ساحلی انجام گردد. 

مدلـهای مختلف کامپیوتری جهـت طراحی سازه ای دایـکها توسعه یافته است. در دهه اخیر کشور هلند به عنوان یکی از پیشگامان اجرای دایکهای ساحلی اقدام به توسـعه دو

مدل پیشرفته plaxis وDiana نموده است.

در این تحقیق ضـرورت تاثیر تغیرات شیب وجه رو به ساحل در میزان متغیرهایی چون تغییرمکان وضریب اطمینان تحت شرایط مختلفی همچون End of construction

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

 همچنین اثر متقابل تغـییرات شیب رو به دریا با Stress در مواجه با نیروی موج که یک نیروی دینامیکی و اتـفاقی است , استفـاده از نرم افزار Ansys را به عنوان یکی از قابـلترین نرم افـزارهای تحلیلی مبتنی بر المان محدود قوت بخشید. در نهایت شـیب بهینه با در نظر گرفتن شـرایط فوق استخراج گردید.  

- تنوع سازه‌های ساحلی

گستره سازه‌های ساحلی به اندازه‌ای وسیع است كه به نوعی دربرگیرندة طیف وسیعی از انواع مختلف سازه‌ها می‌باشد. بطوری كه این سازه‌ها با اهداف متنوعی ساخته می‌شوند.

در حالت كلی این نوع سازه‌ها را می‌توان به دو دسته طبقه‌بندی كرد:

الف) سازه‌های ساحلی

ب) سازه‌های فراساحلی

با توجه به تعدد سازه‌های ساحلی می‌توان كاربردهای متفاوتی را برای آنها متصور شد، كاربردهایی چون امكان پهلوگیری شناورها، احیاء زمین، حفاظت سواحل در برابر امواج و فرسایش، نصب خطوط انتقال نفت و گاز و همچنین احداث سدهای حفاظتی به منظور مقابله در برابر امواج و جزر و  مد.

-تئوریهای موج

عموماً پدیده موج آب، در عمل پیچیده و بغرنج می باشد و به علت رفتار غیرخطی، خصوصیات سه بعدی و رفتار تصادفی[1] به سختی می توان این پدیده را به زبان ریاضی بیان كرد. در هر حال برای بیان رفتار امواج ساده دو تئوری كلاسیك وجود دارد، یكی در سال 1845 توسط و دیگری در سال 1880 توسط بیان شده است. تئوریهای وعموماً رفتار امواجی كه نسبت عمق آب به طول موج آنها خیلی كوچك نباشد را بهتر پیش‌بینی می‌كنند . علاوه بر این تئوری ،تئوری امواج كنویدال [2]، برای شرایط آب كم عمق تقریب قابل قبولی را برای امواج ساده ارائه می دهد.

برای آب های خیلی كم عمق در نزدیكی ناحیة شكست موج، تئوری موج تنها [3] بطور قابل قبولی مشخصات معینی از رفتار موج را پیش بینی می‌كند. این تئوریها بر اساس مشخصه‌های اساسی‌شان و همراه با معادلات ریاضی بیان شده اند كه رفتار موج را تعیین می‌نمایند. بسیاری دیگر از تئوریهای موج كه در كتب مرجع مربوطه ارائه شده‌اند، گاهاً ممكن است برای بعضی از حالات خاص رفتار موج را بهتر از تئوریهایی كه مطرح خواهند شد توصیف كنند. اما مسلماً در این پروژه مجال پرداختن به همة تئوریها نخواهد بود و صرفاً به اهم آنها بسنده می‌شود .

1 -Random b   2 -Cnoidal 

3 -Solitary wave

- نقاط و عوامل شكست دایكهای ساحلی

برای آنالیز دایك پس از بررسی نیروهای وارده به بررسی عوامل شكست دایك ساحلی می‌پردازیم.

روگذری آب یا سرریز شدن آب از روی تاج

در این حالت آب بواسطه بالا آمدن بیش از حد از روی تاج سرریز نموده و علاوه بر تخریب اصلی بالادست دایك می‌تواند به علت اشباع شدن دایك و برهم زدن تعادل آن موجب تخریب دایك شود. همچنین در اثر روگذری، مقداری از مصالح روی تاج در صورتی كه مقاوم سازی نشده باشند شسته شده و باعث بروز مشكلاتی خواهند شد.

برای برطرف نمودن این موضوع می‌بایست برحسب مطالعات ریسك‌پذیری و لحاظ نمودن تمامی موارد محتمل افزایش ارتفاع آب، ارتفاع نهایی دایك طراحی گردد.

فهرست مطالب :

عنوان                                                                                                             صفحه

 چكیده

1- مقدمه                                                                                                              1

2- انواع سازه‌های ساحلی                                                                         

  2-1- تنوع سازه‌‌های ساحلی......................................................................................... 5

  2-2- سازه‌های ساحلی................................................................................................. 6

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

  2-3-1- دیوارهای ساحلی............................................................................................ 7

  2-3-2- دیوار‌ه‌ها......................................................................................................... 8

  2-3-3- پوششهای ساحلی........................................................................................... 9

  2-3-4- تپه‌های ماسه‌ای............................................................................................... 9

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

  2-3-6- دایكها.............................................................................................................. 10

3- مكانیك حركت موج و تئوری امواج

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

 3-2- تعاریف................................................................................................................ 14

 3-3- طبقه‌بندی امواج آب................................................................................................. 22

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

 3-3-2- طبقه‌بندی فیزیكی............................................................................................... 24

 3-3-3- طبقه بندی ریاضی............................................................................................. 27

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

 3-4- تئوریهای موج........................................................................................................ 30

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

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

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

 3-4-4- امواج كنویدال.................................................................................................... 41

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

 3-5- محدودیتهای كاربرد نظریه‌های امواج..................................................................... 55

 3-6- نتیجه‌گیری............................................................................................................. 58

4- دایكهای ساحلی

4-1- مقدمه‌ای بر استفاده از دایكهای ساحلی................................................................... 61

4-2- كلیات....................................................................................................................... 62

4-2-1- تعاریف............................................................................................................... 62

4-2-2-هدف از بكار بردن دایكهای ساحلی...................................................................... 62

4-2-3- انواع دایكهای ساحلی.......................................................................................... 62

4-2-3-1- دایكهای تیپ یك............................................................................................... 62

4-2-3-2- دایكهای تیپ دو................................................................................................ 63

4-2-3-3- دایكهای تیپ سه............................................................................................... 63

4-2-4- مناطق و محدوده‌های بارگذاری............................................................................ 63

4-2-5- نیروهای وارده بر دایكهای ساحلی........................................................................ 64

4-2-6- نقاط و عوامل شكست دایكهای ساحلی.................................................................. 65

4-2-6-1- روگذری آب یا سرریز شدن آب از روی تاج.................................................... 65

4-2-6-2- فرسایش درشیب بیرونی.................................................................................. 65

4-2-6-3- گوه لغزش در شیب درونی.............................................................................. 66

4-2-6-4- كمبود پایداری در خاكریز................................................................................ 67

4-2-6-5- روگذری.......................................................................................................... 68

4-2-6-6- پایپینگ............................................................................................................. 68

4-2-6-7- اثرات برخورد مواد خارجی بر دایك................................................................ 69

4-2-6-8- اثرات نیروی یخ بر دایك................................................................................... 69

4-2-6-9- روانگرایی........................................................................................................ 69

4-2-7- آنالیز دایك............................................................................................................ 69

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

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

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

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

4-2-8- حداقل فاكتورهای اطمینان.................................................................................... 70

4-3- طراحی اولیه دایكهای ساحلی..................................................................................... 71

4-3-1- پارامترهای حاكم در طراحی................................................................................. 71

4-3-1-1- پارامترهای محیطی مربوط به موج................................................................... 71

4-3-1-2- پارامترهای سازه‌ای......................................................................................... 74

4-3-1-3- پارامترهای هیدرولیكی..................................................................................... 75

4-3-2- روابط پایداری...................................................................................................... 78

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

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

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

4-3-2-4- لایه‌های آرمور متشكل از قطعات بتنی.............................................................. 90

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

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

4-3-3-2- روابط متداول برای محاسبه خزش نسبی موج................................................. 94

4-3-3-3- شیب متوسط.................................................................................................... 100

4-3-3-4- تاثیر آبهای كم‌عمق در خزش موج.................................................................... 100

4-3-3-5- اثر زاویه 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 زبری المانها............................................................................................ 109

 4-3-4- پایین روی موج.................................................................................................. 111

 4-3-5- دبی سرریزی موج............................................................................................. 111

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

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

 4-3-6-2- روش تفكیك R_c و H_s از یكدیگر................................................................. 118

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

 4-3-8- محاسبه ضخامت لایه آرمور اولیه..................................................................... 119

 4-3-9- لایه آرمور ثانویه............................................................................................... 121

 4-3-10- لایه فیلتر......................................................................................................... 122

 4-3-11- سكوی پنجه.................................................................................................... 122

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

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

5- آنالیز‌های انجام شده توسط Plaxis

  5-1- معرفی برنامه Plaxis.......................................................................................... 124

  5-2- آنالیز حساسیت در تعیین تاثیر مش‌بندی............................................................... 125

  5-3- روند انجام آنالیز.................................................................................................... 128

  5-4- آنالیز انتهای ساخت............................................................................................... 129

  5-5- مرحله نشت پایدار................................................................................................. 131

  5-6- مرحله فروافتادگی ناگهانی.................................................................................... 134

  5-7- آنالیز شبه استاتیكی.............................................................................................. 136

  5-8- آنالیز مربوط به مسلح كردن دایك........................................................................ 141

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

6- آنالیز دایك توسط ansys

   6-1- یادآوری خروجی Plaxis.................................................................................... 150

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

   6-3- معرفی مدل............................................................................................................. 151

  6-3-1- مدلسازی............................................................................................................ 151

  6-3-2- مش‌بندی............................................................................................................ 152

  6-3-3- بارگذاری............................................................................................................ 153

  6-3-4- انجام آنالیز......................................................................................................... 154

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

  6-5- بررسی خروجی‌های برنامه..................................................................................... 154

  6-5-1- تفسیر نتایج 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- تفسیر نتایج نوع دوم............................................................................................. 163

6-6- نتیجه......................................................................................................................... 166

7- نتیجه‌گیری و پیشنهادات

منابع و ماخذ

فهرست منابع فارسی

فهرست منابع غیرفارسی

چكیده انگلیسی