بررسي پايداري لايه‌ي آرمور موج‌شكن‌هاي تاج‌بلند با مدل‌سازي عددي

Numerical Analysis of Armor Layer Stability in High-Crested Breakwaters

طراحي لايه‌ي آرمور و تامين پايداري آنها مهم‌ترين مرحله در طراحي موج‌شكن‌هاي توده‌سنگي به‌شمار مي‌رود. تاكنون، طراحي لايه‌ي آرمور متكي بر روابط تجربي و آزمايش‌هاي مدل فيزيكي بوده است، كه پارامترهاي فيزيكي موج را به قطر آرمور مرتبط مي‌كنند. در اين روش‌ها، رابطه‌ي مستقيمي ميان نيروي امواج و پايداري قطعات آرمور وجود ندارد. در اين مطالعه، با مدل‌سازي عددي نيروهاي وارد بر قطعات آرمور محاسبه و پايداري آنها در برابر امواج دريا مطالعه شده است. اين مطالعه منحصر به بررسي پايداري آرمورهاي مكعبي بدون درنظرگرفتن اثرات قفل و بست ميان قطعات است. آناليزها شامل محاسبه‌ي نيروها و لنگرهاي اعمال‌شده به قطعات آرمور و ارزيابي سه مود ناپايداري بركنش، لغزش و چرخش قطعات به‌ ازا پارامترها و محل‌هاي مختلف قرارگيري آرمورهاست. نتايج حاصله نشان مي‌دهد كه نوع شكست موج تاثير مهمي در ميزان نيروهاي وارده و پايداري قطعات آرمور دارد. تراز متوسط آب دريا و تراز بيشينه‌ي پايين‌روي موج، بحراني‌ترين محل براي ناپايداري لايه‌ي آرمور تشخيص داده شده‌اند. در انتها، روابطي براي محاسبه‌ي ميزان نيروها و لنگرهاي وارده بر قطعات آرمور پيشنهاد شده است.

Rubble-mound breakwaters are common marine structures, which make a calm and safe area for ships to berth. To protect these structures from sea wave attack, armoured layers consisting of rocks or concrete blocks are put on their outer surface. Providing the stability of an armour layer is of great importance in the design of breakwaters. Until now, design of the armour layer has been based on empirical formulae and physical tests. In these conventional approaches, wave parameters are correlated to the armor weight. The current research aims to study the stability of the armour layer by a numerical method, employing the commercial code FLOW-3D. In the present research, the effects of geometrical parameters, such as breakwater slope and armour diameter and, also, physical parameters, such as wave height and period and still water depth, on the stability of the armour, are studied. For this purpose, four locations consisting of breakwater toe, still –water level and maximum of wave run-up and run-down levels are selected for placement of the armour. The breakwater is assumed to be high-crested and trapezoidal in shape. The armours are cubical and rigid. Also, monochromic waves are used in this study. Analyses are undertaken to determine forces and moments acting on the armour, which is assumed to have no interlocking between it for the sake of simplicity. The results show that wave breaking type has an important effect on the force and stability of the armour. Also, results indicate that the armour placed in the still water and maximum wave run-down levels are subjected to the most severe wave forces. Finally, some formulae are presented for computing wave forces, moments and stability numbers for armour blocks in different locations. Using these formulae allows the user to compare the stability modes of the armour for different wave characteristics.