روند رو به گسترش جمعیت در دنیا و لزوم استفاده بهینه از اراضی ساحلی در سالهای اخیر موجب گردیده است که تحقیقات بیشتری در زمینه طراحی و اجرای دایکهای ساحلی و احیای اراضی ساحلی انجام گردد.
مدلهای مختلف کامپیوتری جهت طراحی سازه ای دایکها توسعه یافته است.
در دهه اخیر کشور هلند به عنوان یکی از پیشگامان اجرای دایکهای ساحلی اقدام به توسعه دو
مدل پیشرفته plaxis وDiana نموده است.
در این تحقیق ضرورت 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 عنوان یک نرم افزار المان محدود گردید.
همچنین اثر متقابل تغییرات شیب رو به دریا با Stress در مواجه با نیروی موج که یک نیروی دینامیکی و اتفاقی است , استفاده از نرم افزار Ansys را به عنوان یکی از قابلترین نرم افزارهای تحلیلی مبتنی بر المان محدود قوت بخشید.
در نهایت شیب بهینه با در نظر گرفتن شرایط فوق استخراج گردید.
مراقبت از جان و مال انسانها در قسمتهای ساحلی، بخصوص در مناطقی که شیب ساحل نسبت به بستر دریا کم می‌باشد متخصصین را بر آن داشت تا برای حفاظت از انسانها و هرآنچه به آنها وابسته است از انواع متفاوتی از سازههای حفاظتی استفاده کنند.
با توجه به تنوع و تعدد سازههای مذکور، استفاده از هر کدام منوط به شرایط خاص مربوط به خود می‌باشد.
از آنجا که بحث اصلی در ارتباط با دایکهای حفاظتی است مطالب مربوط به آن در قالب 6 فصل بجز این فصل و همچنین 5 ضمیمه تنظیم گردیده است بطوری که فصل اول (فصل حاضر)، اختصاص به نحوه و روند انجام پروژه دارد.
فصل دوم، در ارتباط با سازههای ساحلی و نکات مهم مطرح در طراحی هر یک از آنها می‌باشد.
به علت اهمیت بسیار بالای موج در طراحی کلیه سازههای دریایی به عنوان یک نیروی مهم، در فصل سوم بحث مفصلی پیرامون مکانیک حرکت موج مطرح می‌گردد.
در فصل چهارم روابط طراحی و هر آنچه که به طراحی و آنالیز دایک مربوط می‌گردد، ارائه میشود و در نهایت در دو فصل پنجم و ششم آنالیز یک دایک و بررسی متغیرهای مختلف با تغییر پارامتر شیب مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.
بررسی متغیرهایی مانند نشت، اثر پرده آب‌بند، تاثیر پتوی رسی، دخالت مسلح‌سازها و همچنین آنالیزهایی چون آنالیز انتهای ساخت، آنالیز نشت پایدار و در نهایت آنالیز زلزله بصورت شبه استاتیکی، مواردی است که در قالب فصل پنجم با نرم‌افزار plaxis مورد بررسی قرار می‌گیرد.
هنگامی که بحث معطوف به بررسی تنش‌ها در پیکره دایک می‌گردد و همچنین زمانی که مدلسازی دقیق یک موج به شکل یک نیروی دینامیکی وابسته به زمان به قصد تحلیل دایک، به عنوان هدف اصلی مطرح میشود نرم‌افزار ansys به عنوان گزینه اول انتخاب می‌گردد.
آنالیزهای انجام شده توسط ansys در مبحث ششم ارائه میشود.
در آخر نتایج و پیشنهاداتی در ارتباط با موضوع مطرح شده بیان می‌گردد.
قابل ذکر است که برای تفهیم هرچه بیشتر این موضوع، ضمایمی تنظیم شده است که مطالعه آنها، تصویری روشن‌تر از آنچه در محتوای این پروژه وجود دارد، نشان می‌دهد.
در ضمیمه یک به عملیات مدلسازی موج در ژاپن به قصد بررسی تاثیرات تسونامی بر دایک و محاسبه فشارهای ایجاد شده بر آن، اختصاص دارد.
ضمیمه دوم به رابطه گودا جهت محاسبه فشار موج در نواحی عمیق و کم‌عمق مربوط می‌گردد.
در ضمیمه سوم برنامه مکملی تحت ویژوال بیسیک جهت استخراج خروجیهای مهم مربوط به مکانیک موج ارائه می‌گردد و در نهایت در ضمایم چهارم و پنجم خروجیهای برنامه‌های Plaxis و ansys در قالب فصولی جدا مطرح میشود.
2-1- تنوع سازههای ساحلی گستره سازههای ساحلی به اندازه‌ای وسیع است که به نوعی دربرگیرنده طیف وسیعی از انواع مختلف سازهها می‌باشد.
بطوری که این سازهها با اهداف متنوعی ساخته می‌شوند.
در حالت کلی این نوع سازهها را می‌توان به دو دسته طبقه‌بندی کرد: الف) سازههای ساحلی ب) سازههای فراساحلی با توجه به تعدد سازههای ساحلی می‌توان کاربردهای متفاوتی را برای آنها متصور شد، کاربردهایی چون امکان 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.
در نقطه مقابل سازههای ساحلی، سازههای فراساحلی قرار دارند.
همانطور که از نام این نوع سازهها مشخص است، سازههای فراساحلی، سازه‌هایی هستند که در اعماق و دور از ساحل احداث می‌شوند.
نحوه احداث این نوع سازهها، عمدتاً بصورت پیش ساخته است که پس از حمل به محل نصب منتقل گشته و اجرا می‌شوند.
سازه‌هایی چون سکوهای دریایی، مخازن زیردریایی و خطوط انتقال نفت و گاز در زمره این نوع سازهها قرار دارد.
با توجه به اینکه موضوع مطرح در این تحقیق مربوط به دایکلهای ساحلی است، لذا از پرداختن به سازههای فراساحلی خودداری میشود.
2-2- سازههای ساحلی در یک طبقه‌بندی کلی موارد زیر در گروه سازههای ساحلی قرار می‌گیرند.
الف – سازههای حفاظت ساحلی ب – سازههای پهلوگیری شناورها ج – سازههای صنایع دریایی د – خطوط انتقال نفت و گاز و .
.
از دریا 2-3- اهداف کلی در حفاظت از سواحل چهار اصل در مبحث حفاظت از سواحل مطرح میشود: الف – حفاظت از سازهها و تاسیسات مستقر در ساحل در برابر برخورد امواج دریا ب – تثبیت موقعیت خط ساحلی ج – حفاظت از زمینهای ساحلی د- حفاظت و نگهداری برخی از تاسیسات تفریحی طرحهای حفاظت از سواحل با توجه به عملکرد به دو دسته تقسیم می‌شوند: الف – مواردی که عملکرد آنها مبتنی بر کاهش سرعت جریان، ته‌نشین ساختن و تثبیت ماسه‌های معلق در محل موردنظر است.
مانند موج شکنها، آبشکنها، اسکله‌های عمومی ب – مواردی که ارتباطی با ماسه‌های معلق و ته‌نشینی آنها نداشته و صرفاً باعث مصون و محفوظ نگهداشتن ساحل و تاسیسات روی آن در مواجهه باامواج میشود مانند دایکها، دیوارهای دریایی، پوششهای ساحلی و دیوارهها.
دیوارهای دریایی به همراه دیوارهها از نظر طراحی با مقداری اختلاف مشابه یکدیگرند.
دیوارهها در ابتدا باید در مقابل رانش خاک مقاوم باشد و سپس سیستمی مقاوم در برابر امواج را تشکیل دهند.
در حالی که دیوارهای ساحلی در مرتبه نخست در برابر امواج طرح می‌شوند و سپس بحث رانش کنترل می‌گردد.
با توجه به تعدد سازههای ساحلی و فراساحلی، از پرداختن به همه آنها خودداری میشود و تنها به ذکر توضیحاتی مختصر در ارتباط با سازههای مهم ساحلی بسنده می‌گردد.
2-3-1- دیوارهای ساحلی دیوارهای دریایی سازه‌هایی هستند که تقریباً نزدیک ساحل و به موازات آن ساخته می‌شوند.
این سازهها تنها از زمینهای مجاور خودشان محافظت می‌کنند.
نکات مورد توجه در طراحی آنها عبارتند از کاربرد و شکل فوقانی سازهها، محل مناسب با توجه به نوار ساحلی، طول، ارتفاع، پایداری خاک و سطح آب.
نوع کاربرد سازه، انتخاب شکل آن را میسر می‌سازد.
شکل سازه ممکن است به صورتهای متفاوتی باشد.
عمودی، مایل، منحنی محدب و مقعر و پله‌ای که هر کدام عملکرد بخصوصی دارند.
این نوع سازهها، نسبت به دیوارهها و پوششها، حجیم‌تر می‌باشد.
زیرا این سازهها باید در مقابل کل نیروی امواج مقاومت کنند.
بنابراین به اختصار می‌توان گفت که این نوع سازهها معمولاً برای محافظت ساحل از اثرات ممتد فرسایش و کاهش خطرات ناشی از برخورد امواج احداث می‌شوند.
2-3-2- دیوارهها در طراحی دیوارهها توجه به موارد زیر، الزامی است.
1- امواج، تراز جزر و مد، عمق آب 2- خصوصیات ژئوتکنیکی بستر 3- خصوصیات خاک زمین مورد ترمیم 4- شرایط کاربرد از زمین مورد حفاظت و مرمت آن 5- تاثیر زلزله 6- اجازه سرریز کردن امواج یا عدم سرریز آن 7- موقعیت منطقه آبی اطراف دیواره 8- روش ساخت و اجرا 9- روش ترمیم و بازسازی بنابراین برای طراحی دیوارهها، نیاز به طیف وسیعی از اطلاعات داریم.
اطلاعاتی در ارتباط با آب، خاک و خودسازه و کاربرد آن.
به عنوان مثال ارتفاع تاج دیواره با توجه به اجازه سرریز یا عدم اجازه سرریز آب تعیین می‌گردد.
همچنین انتخاب مقطع مناسب باید با توجه به تراز جزر و مد در موقع طوفان، شرایط کاربردی دیوارهها و شرایط کاربری زمین انجام شود.
2-3-3- پوششهای ساحلی این نوع سازهها به دو گروه تقسیم می‌شوند الف – پوشش ساحلی صلب که از نوع بتن در جا می‌باشد ب – پوشش ساحلی انعطافپذیر شامل riprap و پوشش بلوکهای بتنی و آسفالتی نکته مهم در ارتباط با پوشش صلب این است که محل آن در طول ساخت تا زمانی که بتن کاملاً خود را نگرفته، باید از وجود آب مصون باشد.
هر دو پوشش صلب و انعطافپذیر از ساحل کاملاً محافظت می‌کند.
علاوه بر آن سازههای انعطافپذیر، مقاومت کافی در برابر تحکیم‌های جزئی از خود نشان می‌دهند.
2-3-4- تپه‌های ماسه‌ای تپه‌های ماسه‌ای یکی از روشهای طبیعی حفاظت از سواحل می‌باشد.
این تپه‌ها در طول خط ساحلی باعث جلوگیری از حرکت امواج و طوفانهای شدید و همین طور جریانهای ناشی از جزر و مد به داخل منطقه ساحلی می‌گردد تپه‌های ساحلی دور از خشکی نسبت به تپه‌های ماسه‌ای نزدیک ساحل، حفاظت کمتری از ساحل انجام می‌دهد.
نکته مهم در این نوع تپه‌ها، گسترش آنها به علت وجود ماسه بر روی شیب سمت دریاست.
2-3-5- آبشکنها کاربردهای اصلی آبشکنها عبارتند از جلوگیری از فرسایش خط ساحلی، احیا ساحل و کاهش ضربات امواج بر روی سازههای دیگر ساحلی، نظیر دیوارهها و یا دیوارهای ساحلی به عبارت دیگر آبشکنها نقش واسطه بین همه یا قسمتی از موانع موجود بین دریا و سازه را ایفا می‌کند.
2-3-6- دایکها بحث مفصل و تکمیلی دایکها در فصول بعد مطرح خواهد شد.
3 ـ 1 ـ مقدمه اثرات امواج آب در مهندسی سواحل و تاثیر بر سازههای دریایی از درجه اهمیت بسیار بالایی برخوردار است .
امواج مهمترین عامل در تعیین وضعیت هندسی و ترکیب سواحل هستند و نیز دارای تاثیر عمده ای در طراحی بنادر ، آبراهها ، سازه های حفاظتی ساحلی، سازه های ساحلی و دیگر کارهای ساحلی و دریایی می باشند.
امواج سطحی غالباً توسط باد تولید می شوند .
مقدار قابل توجهی از انرژی امواج در کرانه های ساحلی مستهلک می‌شوند.
امواج مهمترین منبع انرژی برای شکل دهی سواحل ، طبقه بندی و جابجایی موادرسوبی کف دریا به سوی ساحل یا به طرف دریا و یا در امتداد ساحل هستند و سبب ایجاد بسیاری از نیروهای اعمال شده به سازه های ساحلی و دریایی می گردند .
لذا لازم است برای درک فیزیکی صحیح تر مراحل تولید و انتشار امواج سطحی ، سعی گردد ، حرکت پیچیده آب در مناطق نزدیک ساحل ادراک شود.بطور خلاصه ، درک مکانیک حرکت امواج در سازماندهی و طراحی کارهای ساحلی ضروری است.
در این بخش ضمن ارائه مقدمه ای بر تئوری امواج سطحی و پروفیل سطح آب ، انرژی امواج و تئوریهای مورد استفاده در تعیین تغییر شکل امواج ناشی از اثر متقابل کف دریا و سازه ها تشریح می شوند.
قابل ذکر است که با توجه به تنوع تئوری های موجود در رابطه با امواج ، و همچنین مفصل بودن بحث موج ، تنها به ذکر تعدادی از تئوریهای معتبر امواج بسنده کرده و مطالعات بیشتر و در عین حال تکمیلی را با ذکر منابع و مراجع داده شده به خوانندگان محترم این پروژه واگذار می کنم.
همچنین در این پروژه ، کلیه تئوریهای مهم ارائه شده ، در قالب برنامه ای که توسط ویژوال بیسیک نوشته شده است ، ارائه میگردند تا ما را از انجام برخی محاسبات پیچیده و در عین حال طولانی بی نیاز کنند.
خروجی های این برنامه به عنوان ورودی مورد نیاز در طراحی سازه های حفاظت از سواحل بخصوص در دایکهای ساحلی مورد استفاده قرار می گیرد .
در این فصل ، در ابتدا تعاریف مورد نیاز در مبحث مکانیک امواج و تئوری امواج مطرح می گردد تا با آشنایی کامل گام به مباحث بعدی بگذاریم.
سپس روشهای طبقه بندی امواج مطرح می شود و در نهایت تئوریهای موج به همراه محدوده استفاده از هرتئوری ارائه می گردد.
مؤکداً توصیه می شود ، برای فراگرفتن نحوه تحلیل امواج ، مستقیماً به فرمولهای ذکر شده در قالب جداول مذکور در تئوریهای موج رجوع نگردد .
چون بسیاری از پارامترها در این جداول مجهول بوده و باید توسط روش آزمون و خطا تعیین شود.
در این ارتباط برنامه ای ارائه شده ، تا بتواند خروجیهای موج را از هر تئوری بیان کند.
3-2- تعاریف پیش از پرداختن به مبحث نظریه‌های موجود، لازم است که برخی اصطلاحات در قالب تعاریفی کوتاه بیان گردند.
همانطور که می‌دانیم موج در واقع ، نوسان سطحی رویه یک سیال است.
در بعضی از مواقع از واژه موج گرانشی سطحی استفاده میشود که در واقع به موجی اطلاق می‌گردد که عامل ثقل،عاملی مهم در برگرداندن موج به وضعیت اولیه و متعادل خود می‌باشد .
یک موج گرانشی سطحی بطور کامل با سه پارامتر زیر تعریف می شود .
1)ارتفاع موج() 2) طول موج3() 3) عمق متوسط آب4() شکل 3-1- موج گرانشی سطحی به همراه مشخصات آن عمق متوسط آب در این تعریف فاصله از کف تا سطح متوسط آب5() می‌باشد.
در این تعریف سطح