رفتار لرزه ای دیوارهای ساحلی سپری
با توجه به نقش استراتژیک سازههای ساحلی در اقتصاد کشور و واقع شدن ایران در منطقه زلزله خیز، مطالعه رفتار لرزهای دیوارهای ساحلی دارای اهمیت زیادی است. آسیبهای مشاهده شده طی زلزلههای اخیر نظیر زلزله کوبه ژاپن ۱۹۹۵ و چیچی تایوان ۱۹۹۹ نشان میدهد تغییر مکانهای بزرگ دیوارهای ساحلی و خرابیهای ناشی از آن عمدتاً به علت تغییر شکل یک لایه نرم یا روانگرا شدن لایه / لایههای خاکریز یا پی دیوارها بوده است.
در مقابل در شرایطی که خاکریز و خاک پی دچار روانگرایی نشدهاند، دیوارها رفتار ایمنی طی زلزله بروز دادهاند. با این حال چون خاکهای ساحلی و رسوبات دریا اغلب دارای تراکم کم تا متوسط هستند، احتمال وجود لایههای مستعد روانگرایی در خاکریز یا خاک پی زیاد است و لحاظ کردن اثر این لایهها در پیشبینی رفتار لرزهای 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 سازهای شامل سپر، مهار و میله مهاری همچنین توسط فشار جانبی غیرفعال خاک در جلوی بخش مدفون دیوار تأمین میشود. رفتار استاتیکی این سازهها بر اساس روشهای متداول برآورد فشار جانبی خاک در حالات حدی و برقراری روابط تعادل نیرو و لنگر با روش پای مفصلی یا پای گیرداری بررسی میشود. 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 سازهها علاوه بر عملکرد اجزای سازهای، به شدت به رفتار دینامیکی خاک نسبت به حرکت ورودی وابسته است.
عملکرد لرزهای این دیوارها بر اساس قابلیت بهرهبرداری و میزان آسیبهای سازهای ناشی از تنشها، از قبیل جابه جایی تعریف میشود. پارامترهای مربوطه شامل جابهجاییهای مناطق مهم مانند جابه جایی سپر و عرشه، جابهجایی مهارها، ترک خوردگی خاک اطراف مهار و تنشهای اجزای سازهای مانند تنشهای 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 لرزهای بالاتری داشته باشد. همچنین باید از شکست ترد سپر، شکست کابل مهاری و گسیختگی مهار جلوگیری شود. پایداری سازههای مذکور علاوه بر ویژگیهای بخشهای سازهای (سپر، میله مهاری و مهار) به شرایط ژئوتکنیکی بستر و خاکریز نیز وابسته است. به طور کلی میتوان سه مد گسیختگی را برای این سازهها در نظر گرفت. با وقوع شکست در میله مهاری یا سپر، گسیختگی مجموعه در رده تغییر شکل/گسیختگی میله مهاری/سپر قرار میگیرد. گسیختگی مجموعه به نام تغییر شکل گسیختگی در مهار خوانده میشود. 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 بخشهایی از خاکریز یا خاک زیرین به تغییر شکلهای بسیار بزرگتر منجر میشود. علاوه بر دیوارهای موجودی که بدون توجه به خطر روانگرایی در خاکهای مستعد روانگرایی احداث شدهاند، موارد عملی متعددی از ظهور چنین لایه هایی در بخشهای حساس دیوار ساحلی وجود دارد. زیرا با توجه به این که دیوارها اغلب دارای طول قابل ملاحظه هستند، تغییر اجتنابناپذیر نوع لایهها میتواند 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 کوچکتر و وجود تنش برشی استاتیکی اولیه، دچار افزایش شدید نسبت اضافه فشار آب حفرهای میشود. به علت بروز روانگرایی در جلوی ریشه و بزرگ بودن فشار جانبی وارد بر پشت ریشه، احتمال بروز مود گسیختگی بخش مدفون بسیار افزایش مییابد. عامل اصلی بروز چنین شکستی، زایل شدن اثر تکیهگاهی خاک اطراف بخش مدفون و اعمال لنگر محرک در این بخش تشخیص داده شد.
وابستگی شدید تغییر مکانها به شتاب پایه و فرکانس حرکت ورودی، اهمیت این دو عامل را در رفتار لرزهای مجموعه نشان میدهد. اعمال شتاب پایه بزرگتر به جابهجاییهای بزرگ منجر میشود. در حالی که میزان جابهجاییها با افزایش فرکانس حرکت ورودی کوچکتر میشود. با بهسازی خاک دو طرف ریشه علاوه بر جلوگیری از گسیختگی بخش مدفون، جابهجایی تاج و پای دیوار به طور قابل توجهی کاهش مییابد. تأثیر بهسازی طرفین ریشه در کاهش جابه جایی پای دیوار بیشتر از کاهش جابه جایی تاج دیوار است.