كاربرد تئوري قابليت اطمينان جهت بررسي پايداري و تحليل حساسيت اندازه آرمور محافظ موج‌شكن توده‌سنگي

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

مسئله شكست و خسارت وارده بر لايه آرمور موج‌شكن‌هاي توده سنگي بسيار پيچيده بوده و موارد عدم‌قطعيت زيادي در برآورد پارامترهاي موثر در طراحي اندازه آرمور وجود دارند. در تحقيق حاضر اقدام به بررسي پايداري لايه آرمور موج‌شكن توده‌سنگي با استفاده از دو روش تحليل قابليت اطمينان مرتبه اول و روش شبيه‌سازي مونت‌كارلو مي‌گردد. همچنين از اطلاعات موج‌شكن‌هاي بندر نوشهر نيز به عنوان مطالعه موردي استفاده مي‌شود. نتايج نشان داد كه با توجه به موارد عدم‌قطعيت‌هاي موجود در پارامترهاي موثر، لايه آرمور پيش‌بيني شده در محل مطالعه موردي بر اساس روش‌ قطعي پايداري مناسبي ندارد. در ادامه بررسي ارتباط مابين ضريب ايمني در طراحي كلاسيك قطعي و شاخص قابليت اطمينان نشان داد كه يك ارتباط خطي مستقيم مابين اين دو پارامتر برقرار است. بر اساس اين ارتباط مشخص شد كه با توجه به عدم‌قطعيت‌هاي زياد پارامترهاي موثر، مقدار ضريب ايمني متناظر با شاخص قابليت اطمينان هدف 3 برابر با 3/6 است. در ادامه تحليل حساسيت پارامترهاي موثر نشان داد كه مهمترين پارامتر در قابليت اطمينان لايه آرمور، ارتفاع موج شاخص مي‌باشد كه نيازمند تمهيدات ويژه براي برآورد دقيق آن لازم است. در نهايت اثر ميزان عدم‌قطعيت پارامترهاي موثر بر روي قابليت اطمينان لايه آرمور مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه هر چه ميزان عدم قطعيت پارامترها بيشتر باشد، قابليت اطمينان لايه آرمور كاهش مي‌يابد به طوريكه با افزايش ميزان ضريب تغييرات پارامتر ارتفاع موج شاخص از مقدار0/05 تا 0/5، شاخص قابليت اطمينان به ميزان حدودا 70 درصد كاهش مي‌يابد.

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%.