رفتار لرزه ای دیوارهای ساحلی

رفتار لرزه ای دیوارهای ساحلی سپری

با توجه به نقش استراتژیک سازه های ساحلی در اقتصاد کشور و واقع شدن ایران در منطقه زلزله خیز، مطالعه رفتار لرزه ای دیوارهای ساحلی دارای اهمیت زیادی است. آسیب های مشاهده شده طی زلزله های اخیر نظیر زلزله کوبه ژاپن 1995 و چیچی تایوان 1999 نشان می دهد تغییر مکان های بزرگ دیوارهای ساحلی و خرابی های ناشی از آن عمدتاً به علت تغییر شکل یک لایه نرم یا روانگرا شدن لایه / لایه های خاکریز یا پی دیوارها بوده است.

رفتار لرزه ای دیوارهای ساحلی

در مقابل در شرایطی که خاکریز و خاک پی دچار روانگرایی نشده اند، دیوارها رفتار ایمنی طی زلزله بروز داده اند. با این حال چون خاک های ساحلی و رسوبات دریا اغلب دارای تراکم کم تا متوسط هستند، احتمال وجود لایه های مستعد روانگرایی در خاکریز یا خاک پی زیاد است و لحاظ کردن اثر این لایه ها در پیش بینی رفتار لرزه ای دیوارهای ساحلی ضروری است. دیوارهای سپری مهار شده نوع رایجی از دیوارهای ساحلی هستند که پایداری آنها در مقابل فشار جانبی خاک و آب توسط اجزای سازه ای شامل سپر، مهار و میله مهاری همچنین توسط فشار جانبی غیرفعال خاک در جلوی بخش مدفون دیوار تأمین می شود.

رفتار استاتیکی این سازه ها بر اساس روش های متداول برآورد فشار جانبی خاک در حالات حدی و برقراری روابط تعادل نیرو و لنگر با روش پای مفصلی یا پای گیرداری بررسی می شود. با این حال رفتار دینامیکی دیوارهای مهار شده از پیچیدگی بیشتری برخوردار است. علت اصلی این پیچیدگی تعدد عوامل مؤثر بر رفتار و تأثیرگذاری متقابل آنها بر همدیگر است. در واقع، پاسخ این سازه ها علاوه بر عملکرد اجزای سازه ای، به شدت به رفتار دینامیکی خاک نسبت به حرکت ورودی وابسته است.

عملکرد لرزه ای این دیوارها بر اساس قابلیت بهره برداری و میزان آسیب های سازه ای ناشی از تنش ها، از قبیل جابه جایی تعریف می شود. پارامترهای مربوطه شامل جابه جایی های مناطق مهم مانند جابه جایی سپر و عرشه، جابه جایی مهارها، ترک خوردگی خاک اطراف مهار و تنش های اجزای سازه ای مانند تنش های سپر در منطقه بالایی و مدفون، تنش کابل مهاری و تنش در مهارها است.

به منظور طراحی بر مبنای عملکرد، لازم است معیارهای آسیب با انتخاب مناسبی از عوامل فوق تعریف شوند. همچنین روند مطلوب خرابی با افزایش سطح بار زلزله نیز برای این دیوارها باید تعریف شود. به عنوان مثال در صورتی که تعمیر سپر دشوارتر از تعمیر مهار باشد، لازم است تسلیم مهار قبل از تسلیم سپر اتفاق افتد. با توجه به این که معمولاً تعمیر بخش مدفون دیوار بسیار مشکلتر است، این بخش باید مقاومت لرزه ای بالاتری داشته باشد.

همچنین باید از شکست ترد سپر، شکست کابل مهاری و گسیختگی مهار جلوگیری شود. پایداری سازه های مذکور علاوه بر ویژگی های بخش های سازه ای (سپر، میله مهاری و مهار) به شرایط ژئوتکنیکی بستر و خاکریز نیز وابسته است. به طور کلی می توان سه مد گسیختگی را برای این سازه ها در نظر گرفت.با وقوع شکست در میله مهاری یا سپر، گسیختگی مجموعه در رده تغییر شکل/گسیختگی میله مهاری/سپر قرار می گیرد. گسیختگی مجموعه به نام تغییر شکل گسیختگی در مهار خوانده می شود. اما در شرایطی که خاک اطراف طول مدفون نتواند از در رفتن پای دیوار جلوگیری نماید گسیختگی از نوع گسیختگی بخش مدفون خواهد بود.

بر اساس مطالعات میدانی، قرارگیری لایه مستعد روانگرایی در بخش هایی از خاکریز یا خاک زیرین به تغییر شکل های بسیار بزرگ تر منجر می شود. علاوه بر دیوارهای موجودی که بدون توجه به خطر روانگرایی در خاک های مستعد روانگرایی احداث شده اند، موارد عملی متعددی از ظهور چنین لایه هایی در بخش های حساس دیوار ساحلی وجود دارد. زیرا با توجه به این که دیوارها اغلب دارای طول قابل ملاحظه هستند، تغییر اجتناب ناپذیر نوع لایه ها می تواند باعث قرارگیری لایه مستعد روانگرایی در یک یا چند بخش حساس سازه شود.

نتایج بیانگر آن هستند که در صورت وجود لایه مستعد روانگرایی در اطراف ریشه دیوار، خاک جلوی ریشه در سمت دریا، به علت تنش مؤثر اولیه کوچک تر و وجود تنش برشی استاتیکی اولیه، دچار افزایش شدید نسبت اضافه فشار آب حفره ای می شود. به علت بروز روانگرایی در جلوی ریشه و بزرگ بودن فشار جانبی وارد بر پشت ریشه، احتمال بروز مود گسیختگی بخش مدفون بسیار افزایش می یابد. عامل اصلی بروز چنین شکستی، زایل شدن اثر تکیه گاهی خاک اطراف بخش مدفون و اعمال لنگر محرک در این بخش تشخیص داده شد.

وابستگی شدید تغییر مکان ها به شتاب پایه و فرکانس حرکت ورودی، اهمیت این دو عامل را در رفتار لرزه ای مجموعه نشان می دهد. اعمال شتاب پایه بزرگ تر به جابه جایی های بزرگ منجر می شود. در حالی که میزان جابه جایی ها با افزایش فرکانس حرکت ورودی کوچک تر می شود. با بهسازی خاک دو طرف ریشه علاوه بر جلوگیری از گسیختگی بخش مدفون، جابه جایی تاج و پای دیوار به طور قابل توجهی کاهش می یابد. تأثیر بهسازی طرفین ریشه در کاهش جابه جایی پای دیوار بیشتر از کاهش جابه جایی تاج دیوار است.