بررسی آزمایشگاهی اثر طوقه های لبه دار بر فرآیند آب شستگی موضعی در اطراف پایه های مدور در شرایط آب صاف
1-1. مقدمه
آب شستگی
در اطراف پایه های پل هایی که بر روی رودخانه ها قرار گرفته اند با توجه به
شرایط رودخانه ها بیشتر در حالت جریان یکنواخت (در شرایط معمولی و جریان
عادی رودخانه) و یا در شرایط جریان غیر یکنواخت (در شرایط سیلاب و یا در
مکان هایی که مسیر رودخانه عوض می شود) رخ می دهد. تاکنون تحقیقات بسیار
زیادی در زمینه فرآیند آب شستگی انجام شده است. بسیاری از این تحقیقات در
زمینه های شناسایی مکانیزم های موثر بر فرآیند آب شستگی، تعیین عمق آب
شستگی در حالت تعادل ، زمان بندی آب شستگی، بررسی عوامل موثر مختلف بر آب
شستگی از قبیل اندازه و نوع خاک بستر، رژیم جریان(آب صاف یا بستر فعال )
سرعت جریان، اندازه پایه های پل، شکل پایه ها و ... انجام شده است.
1-2. ضرورت تحقیق
با
توجه به پتانسیل تخریب پل ها در اثر آب شستگی و هزینه های مالی و جانی آن،
تلاش برای فهم فرآیند آب شستگی و روشهای مقابله با آن امری ضروری به نظر
می رسد. تخمـین عمق آب شستگی پایه یک پل کمتر از مقدار واقعی منجر به تخریب
آن می شود در حالیکه تخمین بیش از حد آن نیز منجر به تحمیل هزینه های
بالاتر برای ساخت پل می شود[1].
در ایالات متحده فاکتورهای هیدرولیکی
متعددی از قبیل ناپایداری جریان، رسوب گذاری و رسوب برداری بستر در
بلندمدت،آب شستگی کلی ، آب شستگی موضعی و حرکت جانبی ذرات بستر به عنوان
عوامل اصلی برای 60% از خرابی های سـازه ای پل در آمریکا شناخـته شده
است[19]. حادثه مصیبت بار فروپاشی پل U.S.51 که بر روی رودخانه هتچی واقع
شده بود، منجر به مرگ 8 نفر شد[19]. در اثر تخریب پل واقع بر رودخانه آریو
پاساژرو واقع در کالیفرنیا که در زمان رخداد یک سیل بزرگ به وقوع پیوست 7
نفر کشته شدند[19].
1-3. اهداف
هدف اصلی در این
تحقیق بررسی اثر طوقه های لبه دار در کاهش عمق آب شستگی موضعی در اطراف
پایه های مدور و در شرایط آب صاف می باشد. برای این منظور ابتدا یک بار
آزمایشات با شرایط مذکور برای پایه مدور بدون طوقه انجام می شود سپس در
مرحله دوم آزمایشات عیناً برای پایه های مدور با طوقه بدون لبه انجام می
شود و در مرحله سوم آزمایشات برای طوقه های لبه دار انجام خواهد شد. در
هرآزمایش عمق آب شستگی اندازه گیری خواهد شد تا درصد تغییر ماکزیمم عمق آب
شستگی نسبت به طوقه بدون لبه بدست آید. همچنین آزمایشات برای طوقه های نصب
شده ارتفاع های متفاوت نسبت به بستر و با ارتفاع لبه های متفاوت و با زاویه
های متفاوت نسبت به طوقه انجام می شود تا اثر این سه پارامتر بر عمق آب
شستگی بررسی شود.
1-4. نوع تحقیق
تحقیق ارائه شده
عنوان رساله کارشناسی ارشد دپارتمان سازه های هیدرولیکی دانشگاه قم می باشد
که بر اساس آزمایشاتی است که درآزمایشگاه مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آب خیز
داری وزارت جهاد کشاورزی واقع در تهران و با استفاده از یک مدل فیزیکی، می
باشد.
1-5. ساختار پایان نامه
این پایان نامه مشتمل بر پنج فصل می
باشد که درفصل اول کلیات مبحث آب شستگی موضعی آورده شده است. در فصل دوم
تحقیقاتی که توسط سایر محققین در زمینه استفاده از طوقه ها در کاهش عمق آب
شستگی انجام شده است تشریح شده و در فصل سوم روش انجام آزمایشات و وسایل به
کار رفته در آزمایشات توضیح داده شده است. ارائه و آنالیز نتایج در فصل
چهارم بیان شده و در فصل پنجم با توجه به نتایج به دست آمده نتیجه گیری شده
است.
عنوان صفحه
فصل اول: کلیات
1-1. مقدمه ............................ 2
1-2. ضرورت تحقیق .. 5
1-3. اهداف ......................... 3
1-4. نوع تحقیق ................. 3
1-5. ساختار پایان نامه . 3
فصل دوم: تاریخچه تحقیق
2-1. مقدمه ...............................5
2-2. آب شستگی چیست؟ ...................................................5
2-3. انواع آب شستگی .......................................................... 5
2-4. مکانیزم های آب شستگی موضعی.................. 8
2-5.آغاز حرکت ذرات بستر ........................................... 10
2-5-1. روش نیروی کشش بحرانی ..... 10
2-6. دسته بندی آب شستگی موضعی ..................... 12
2-7. دسته بندی پارامترهای موثر فرآیند آب شستگی ...................................... 14
2-7-1. عمق جریان ...................................... 15
2-7-2. نسبت انقباض .................................
16
2-7-3. درشتی ذرات بستر و دانه بندی ................................................. 16
2-7-4. اندازه ذرات .................................... 20
2-8. گسترش گودال آب شستگی با زمان ...... 19
2-9. تشکیل ناهمواری های موجی شکل در بستر ماسه ای .......................20
2-10. تعریف طوقه ......... 22
2-11. کارهای قبلی انجام شده در زمینه طوقه ها ................................................ 23
2-12. معرفی چالش ها 33
فصل سوم: روش تحقیق
3-1. مقدمه ...............................35
3-2.کانال ................................ 35
3-3. سرعت جریان .........38
3-4. ثبت نقطه ماکزیمم آب شستگی و برداشت توپوگرافی گودال آب شستگی ................... 40
3-5. پایه های پل مدل سازی شده ............................41
3-6. ایده استفاده از طوقه های لبه دار .............. 43
3-7. ماسه بستر ...................... 47
3-8. آستانه حرکت ذرات بستر ...................................... 48
3-8-1. روش دیاگرام شیلدز...................... 48
3-8-2. روش فرمول های تجربی........... 52
3-8-3. آزمایش تعیین سرعت بحرانی......................................................... 53
3-9. برنامه ریزی آزمایش ها ............................................ 55
3-10. روش کلی انجام آزمایش ها و جمع آوری اطلاعات .......................56
فصل چهارم: ارائه و آنالیز نتایج
4-1. معرفی ............................. 59
4-2. نتایج آزمایش ها ... 59
2-4-1. پایه بدون طوقه ( پایه شاهد) ............................................. 61
4-2-2. پایه با طوقه بدون لبه در تراز +5 cm .................... 65
4-2-3. پایه با طوقه cm 5/0 قائم در تراز +5 cm ....................................................... 69
4-2-4. پایه با طوقه cm1 قائم در تراز +5 cm ........ 72
4-2-5. پایه با طوقه cm 5/1 قائم در تراز +5 cm ........ 74
4-2-6. پایه با طوقه cm 5/0مایل در تراز +5 cm ........ 76
4-2-7. پایه با طوقه cm 1 مایل در تراز +5 cm ...... 78
4-2-8. پایه با طوقه cm 5/1مایل در تراز +5 cm ...... 81
4-2-9. پایه با طوقه بدون لبه در تراز +2/5 cm ............... 83
4-2-10. پایه با طوقه cm 5/0 قائم در تراز +2/5 cm ......................................................... 87
4-2-11. پایه با طوقه cm 1 قائم در تراز +2/5 cm 90
4-2-12. پایه با طوقه cm 5/1 قائم در تراز +2/5 cm ......................................................... 92
4-2-13. پایه با طوقه cm 5/0 مایل در تراز +2/5 cm ......................................................... 97
4-2-14. پایه با طوقه cm 1 مایل در تراز +2/5 cm ......................................................... 96
4-2-15. پایه با طوقه cm 5/1 مایل در تراز +2/5 cm ........................................................ 98
4-2-16. پایه با طوقه بدون لبه در تراز cm0 .............. 101
4-2-17. پایه با طوقه cm 5/0 قائم در تراز 0 cm ........................................ 107
4-2-18. پایه با طوقه cm 1 قائم در تراز 0 cm ............................................. 109
4-2-19. پایه با طوقه cm 5/1 قائم در تراز 0 cm ............................................. 112
4-2-20. پایه با طوقه cm 5/0 مایل در تراز 0 cm ............................................ 114
4-2-21. پایه با طوقه cm 1 مایل در تراز 0 cm ......................................... 117
4-2-22. پایه با طوقه cm 5/1 مایل در تراز 0 cm ......................................... 119
4-2-23. پایه با طوقه بدون لبه در تراز cm5/1- ............ 121
4-2-24. پایه با طوقه cm 5/0 قائم در تراز cm 5/1- .......................................................... 127
4-2-25. پایه با طوقه cm 1 قائم در تراز cm 5/1- .........................................130
4-2-26. پایه با طوقه cm 5/1 قائم در تراز cm 5/1- ......................................... 132
4-2-27. پایه با طوقه cm 5/0 مایل در تراز cm 5/1- ..................................... 135
4-2-28. پایه با طوقه cm 1 مایل در تراز cm 5/1- ..................................... 137
4-2-29. پایه با طوقه cm 5/1 مایل در تراز cm 5/1- ........................................ 139
4-2-30. پایه با طوقه بدون لبه در تراز -3 cm ........ 142
4-2-31. پایه با طوقه با لبه cm5/0 قائم در تراز -3 cm ......................................... 147
4-2-32. پایه با طوقه با لبهcm 1 قائم در تراز -3 cm ......................................... 150
4-2-33. پایه با طوقه با لبه cm5/1 قائم در تراز -3 cm ......................................... 153
4-2-34. پایه با طوقه با لبه cm 5/0مایل در تراز -3 cm ....................................... 155
4-2-35. پایه با طوقه با لبه cm1 مایل در تراز -3 cm ........................................ 158
4-2-36. پایه با طوقه با لبه cm5/1 مایل در تراز -3 cm ..................................... 160
4-3. آنالیز نتایج .................. 163
فصل پنجم: نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات
5-1. مقدمه ...............................170
5-2. نتیجه گیری ........................................................................... 170
5-3. پیشنهادات ................. 174
منابع ............................................. 175