کاربرد تئوری قابلیت اطمینان جهت بررسی پایداری و تحلیل حساسیت اندازه آرمور محافظ موج‌شکن توده‌سنگی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه ژئوتکنینک و آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

چکیده

مسئله شکست و خسارت وارده بر لایه آرمور موج‌شکن‌های توده سنگی بسیار پیچیده بوده و موارد عدم‌قطعیت زیادی در برآورد پارامترهای موثر در طراحی اندازه آرمور وجود دارند. در تحقیق حاضر اقدام به بررسی پایداری لایه آرمور موج‌شکن توده‌سنگی با استفاده از دو روش تحلیل قابلیت اطمینان مرتبه اول و روش شبیه‌سازی مونت‌کارلو می‌گردد. همچنین از اطلاعات موج‌شکن‌های بندر نوشهر نیز به عنوان مطالعه موردی استفاده می‌شود. نتایج نشان داد که با توجه به موارد عدم‌قطعیت‌های موجود در پارامترهای موثر، لایه آرمور پیش‌بینی شده در محل مطالعه موردی بر اساس روش‌ قطعی پایداری مناسبی ندارد. در ادامه بررسی ارتباط مابین ضریب ایمنی در طراحی کلاسیک قطعی و شاخص قابلیت اطمینان نشان داد که یک ارتباط خطی مستقیم مابین این دو پارامتر برقرار است. بر اساس این ارتباط مشخص شد که با توجه به عدم‌قطعیت‌های زیاد پارامترهای موثر، مقدار ضریب ایمنی متناظر با شاخص قابلیت اطمینان هدف 3 برابر با 6/3 است. در ادامه تحلیل حساسیت پارامترهای موثر نشان داد که مهمترین پارامتر در قابلیت اطمینان لایه آرمور، ارتفاع موج شاخص می‌باشد که نیازمند تمهیدات ویژه برای برآورد دقیق آن لازم است. در نهایت اثر میزان عدم‌قطعیت پارامترهای موثر بر روی قابلیت اطمینان لایه آرمور مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که هر چه میزان عدم قطعیت پارامترها بیشتر باشد، قابلیت اطمینان لایه آرمور کاهش می‌یابد به طوریکه با افزایش میزان ضریب تغییرات پارامتر ارتفاع موج شاخص از مقدار 05/0 تا 5/0، شاخص قابلیت اطمینان به میزان حدودا 70 درصد کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of reliability theory on stability and sensitivity analysis of armor layer placed on rouble-mound breakwater

نویسنده [English]

  • Mojtaba Karimaei Tabarestani
Geotechnic and Water Eng. Group, Dep. of Civil Eng., Shahid Rajaee teacher Training University, Tehran, Iran
چکیده [English]

The damage mechanism of armor layer is a very complicated phenomena and many uncertainties affect the exact estimation of different effective parameters in armor design. In the present study, the stability of armor layer was investigated by using a reliability-based framework. Monte Carlo (MC) simulation technique and First Order Reliability Method (FORM) were established to determine the stability of armor layer placed on Noshahr port breakwater as a case study. Results showed that due to existing uncertainties, the stability of designed armor weight which was calculated from deterministic method was low and further considerations are needed to decrease the damages. In addition, a linear relationship between safety factor and reliability index was determined for the case study. Results showed that by increasing the reliability index parameter, the safety factor should be increased. In addition, the corresponding saftety factor for the target reliability index of 3 was determined as 3.6. Next, sensitivity analysis was performed to examine the impact of each random variable on the probability of armor stability in the reliability method. Results showed that the most critical parameters affecting the reliability of armor weight were wave height and dimensionless damage level. These parameters need to determine more accurately to decrease the failure of armor layer efficiently. Finally, the effect of parameters’ uncertainties on reliability analysis of armor layer was investigated. Results showed that for all of the effective parameters by increasing the parameters’ uncertainties, the stability of armor layer decreases. Hence, by increasing the coefficient of variation of significant wave height from 0.05 to 0.5, the reliability index decreaded for about 70%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rubble-Mound Breakwater
  • armor layer
  • First Order Reliability Method
  • Monte Carlo Simulation Technique
  • Reliability index parameter
  • Sensitivity analysis
[1] Etemad-Shahidi A, Bali M (2012) Stability of rubble-mound breakwater using H50 wave height parameter. Coastal Eng 59(1): 38-45.

[2] Mol A, Groeneveld RL, Waanders AJ (1984) Safety and Reliability of breakwaters. Proceedings of 19th Conference on Coastal Engineering, Houston, Texas.

[3] Hanzawa M, Sato H, Takahashi S, Shimosako K, Takayama T, Tanimoto K (1996) New stability formula for wave-dissipating concrete blocks covering horizontally composite breakwaters, Proc. 25th Int. Conf. Coastal Eng., American Society of Civil Engineering, Orlando, pp. 1665-1678.

[4] Ergin A, Balas CE (2002) Reliability-Based Risk Assessment of Rubble Mound Breakwaters under Tsunami Attack. J Coastal Res 36: 266–272.

[5] Kim DH, Park WS (2005) Neural network for design and reliability analysis of rubble mound breakwaters, Ocean Engineering 32: 1332–1349.

[6] Kim SW, Suh KD (2011) Evaluation of Target Reliability Indices and Partial Safety Factors for Sliding of Caisson Breakwaters. Journal of Coastal Research, SI 64 (Proceedings of the 11th International Coastal Symposium), 622-626.

[7] Lee CE, Kim G, Kim SU (2013) Stochastic reliability analysis of armor units of rubble-mound breakwaters under the multiple loads. Journal of Coastal Research, 65, 308–313. .

[8] بالی، م.، کریمایی طبرستانی، م.، جندقی علایی، م.، (1396) "طراحی آرمور موج‌شکن‌های توده سنگی بر اساس قابلیت اطمینان و تحلیل ریسک-مطالعه موردی: بندر نوشهر" نشریه دریا فنون، 4(2)، صفحه 53 تا 63.

[9] Alises A, Molina R, Gomez R, Pery P, Castillo C (2014) Overtopping hazards to port activities: Application of a new methodology to risk management (POrt Risk MAnagement Tool), Reliability Eng & Sys Safety 123: 8–20.

[10] احمدی، ح. و نیک نژاد، آ.، (1396) "ارزیابی قابلیت اعتماد موجشکن­های توده سنگی در برابر گسیختگی ناشی از روگذری امواج" نشریه دریا فنون، 4(3)، صفحه 60 تا 72.

[11] Romano, A., Bellotti, G., Briganti, R., Franco, L., “Uncertainties in the Physical Modelling of the Wave Overtopping over a Rubble Mound Breakwater: The Role of the Seeding Number and of the Test Duration”, Coastal Engineering, Vol.103, pp.15-21, 2015.

[12] Galiatsatou, P., Makris, C., Prinos, P. “Optimized Reliability Based Upgrading of Rubble Mound Breakwaters in a Changing Climate”, Journal of Marine Science and Engineering, Vol. 6, pp.92, 2018.

[13]  Abaei, M., Abbassi, R., Garaniya, V., Chai, S., Khan, F., “Reliability Assessment of Marine Floating Structures Using Bayesian Network”, Applied Ocean Research, Vol. 76, pp. 51–60, 2018.

[14] Malliouri, D.I., Memos, C.D., Soukissian, T.H., Tsoukala, V.K., “Reliability analysis of rubble mound breakwaters An easy-to-use methodology”, 1st International Conference on Design and Management of Port, Coastal, and Offshore Works Athens, Greece, 8-11 May 2019.

[15] Spanos, P. D., F. M. Strati, G. Malara, and F. Arena. “An Approach for Nonlinear Stochastic Analysis of U-shaped OWC Wave Energy Converters” Probability Engineering Mechanics, Vol. 54, pp. 44–52. 2018.

[16] Vicinanza, D., Lauro, E., Contestabile, P., Gisonni, C., Lara, J., Losada, I., “Review of Innovative Harbor Breakwaters for Wave-Energy Conversion”, Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, Vol.145(4), pp. 03119001. 2019.

[17] Hudson RY., “Design of Quarry Stone Cover Layer for Rubble Mound Breakwaters”, Research Report No. 2-2, Waterways Experiment Station, Coastal Engineering Research Centre, Vicksburg, MS.

[18] Van der Meer JW (1988) Rock slopes and gravel beaches under wave attack, The Netherlands: Delft University of Technology, Ph.D. dissertation.

[19] The Rock Manual (2007) The Use of Rock in Hydraulic Engineering, CIRIA- CUR CETMEF (C683).

[20] Nowak A.S. and Collins K.R., Reliability of Structures, McGraw Hill, Singapore. 2000.

[21] Halder A, Mahadevan S (2000) Probability, Reliability and Statistical Methods in Engineering Design. John Wiley & Son, New York, 304p.

[22] Muzzammil M., Siddiqui N, A., and Siddiqui A. F. (2008). Reliability considerations in bridge pier scouring. J. Structural Eng. and Mechanics, 28(1), 1-18.

[23] سایت سازمان سواحل و دریانوردی کشور، اطلاعات مربوط به بندر نوشهر. www.PMO.ir

[24] Rackwitz R, Fiessler B (1976) Note on Discrete Safety Checking When Using Non-Normal Stochastic Models for Basic Variables. Load Project Working Session. Cambridge, MA: MIT.