ج- مشخصات اساتيد مشاور :
نام و نام‌خانوادگي: دكتر مهدي قمشي مرتبه علمي: استاد
رشته تخصصي: هيدروليك
گروه آموزشي: سازه هاي آبي دانشكده: مهندسي علوم آب
آدرس: دانشگاه شهيد چمران اهواز – دانشكده مهندسي علوم آب
تلفن:
د- هزينه هاي پيش بيني شده (با ذكر مورد):
جنستعداد في (ريال)جمع (ريال)ساخت فلوم آزمايشگاهي و ماسه بادي000/500/82تايپ، کپي و صحافي000/500/2جمع کل00/000/85

نام و نام‌خانوادگي استاد راهنما : دكتر سيد محمود کاشفي پور
تاريخ:
امضا
(ضميمه الف)
تعريف مسأله، فرضيه‌ها و اهداف
يکي از بالاترين خسارات ناشي از حوادث غير مترقبه، پديده فرسايش سواحل مي باشد. يكي از وظايف دولتها كاهش اثرات بلاياي طبيعي بوده است . همين امر به روشني لزوم يافتن راه حل اصولي براي كنترل و پيشگيري وكاهش خسارت ناشي از آنها را به اثبات مي رساند.
مکانيزم رودخانهها به گونهاي است که مقطع يک رودخانه به مرور زمان دچار تغييرات شديد ميگردد. اين تغييرات بويژه در قوس رودخانهها مشهودتر است. فرآيندهاي فرسايش ساحل به طور مستقيم به مهاجرت جانبي آبراهههاي آبرفتي مربوط ميشود. اندركنش نيروهاي فعال حاصل از جريان آب و نيروهاي مقاوم به جريان ناشي از مواد بستر باعث فرسايش ساحل ميشود.
در قوس رودخانه، نيروهاي هيدروديناميكي جريانهاي ثانوي را بوجود ميآورند كه خطوط جريان سطحي را به سمت ساحل بيروني و خطوط جريان نزديك به بستر را به سمت ساحل داخلي منحرف
ميسازند. در مقطع جريان درامتداد قائم، خطوط جريان مجاور ساحل بيروني بطرف پايين و خطوط جريان پشته متمركز داخلي به طرف بالا هستند در نتيجه پايداري ذره در نزديكي ساحل خارجي بهم
ميخورد و بستر رودخانه گود ميشود و از طرف ديگر در مجاورت پشته متمركز داخلي به پايداري ذره اضلافه ميشود و تراز بستر افزايش پدا ميكند. آبشستگي در پنجه ساحل خارجي، خطالقعر را به سمت ساحل بيروني قوس جابجا ميكند و شيب ساحل را افزايش ميدهد كه در نهايت به شكست ساحل منتهي ميشود.
شکل (1) الگوي جريان در قوس رودخانه]7[
با توجه به مطالب بيان شده در خصوص هيدروليک جريان در خم رودخانهها، قوس خارجي همواره تحت تاثير بردارهاي شديد سرعت بوده و دچار فرسايش ميگردد و در قوس داخلي رسوبگذاري ايجاد ميگردد همچنين از آنجا که تخريب ساحل در قوس خارجي ميتواند ضررهاي زيادي را به همراه داشته باشد، حفاظت از اين قسمت از ساحل بخش مهمي از مهندسي رودخانه را تشکيل ميدهد. جهت محافظت ساحل در قوس بيروني روشهاي متعددي وجود دارد که از آن جمله ميتوان به موارد زير اشاره نمود:
1- حفاظت ساحل بوسيله احداث آبشکن
2- حفاظت ساحل بوسيله احداث Bendway
3-حفاظت ساحل بوسيله احداث دايک
4- حفاظت ساحل بوسيله پوشش گياهي
5- حفاظت ساحل بوسيله پوشش سنگ چين (Riprap)
6- حفاظت ساحل بوسيله پوشش خاک و سيمان
7- حفاظت ساحل بوسيله پوشش توري سنگ ها و روکش ها
8- حفاظت ساحل بوسيله پوشش با کيسه هاي مخصوص مخلوط سيمان و خاک
9- حفاظت ساحل با استفاده از مصنوعات ژئوسنتتيک
10- حفاظت ساحل بوسيله اجراي ديوار حائل
استفاده از آبشکن يا اپي از جمله بهترين و اقتصاديترين روش جهت محافظت سواحل در اغلب شرايط بوده و در اکثر نقاط دنيا مورد استفاده قرار ميگيرد.
است. ” Bankheed ،Groin ،Groyne” کلمهاي فرانسوي است. معادل آن در زبان انگليسي “Epi”
كه در زيان فارسي آب شکن ترجمه شده است. نقش آن اين است که جريان آب کناره رودخانه را به طرف وسط رودخانه هدايت ميکند و سرعت آب درکناره ها را کاهش ميدهد و نيز قسمتي از آب رودخانه را بين اپيها به حالت سکون باقي ميگذارد. در نتيجه، مواد محموله آب ته نشين ميشود و رودخانه حالت پس رفتگي پيدا ميکند و کناره بتدريج تثبيت ميشود.
انواع آبشکن:
آبشکنها از نظر نوع استفاده به موارد زير تقسيم ميشوند:
الف: آبشکنهاي طويل غير مستغرق )قابل استفاده در آبخيزداري(
ب: آبشکنهاي کوتاه غير مستغرق )قابل استفاده در آبخيزداري(
ج: آبشکنهاي طويل مستغرق (قابل استفاده در کشتيراني)
د: آبشکنهاي کوتاه مستغرق (قابل استفاده در کشتيراني(
الگوي جريان براي دو آبشکن مستغرق و غير مستغرق در شکل (2) ارائه شده است.
شکل(2) الگوي جريان در اطراف آبشکن مستغرق (چپ) و آبشکن غير مستغرق(راست) ]13[
آبشکنها، نسبت به زاويه استقرار با جهت جريان آب، نيز به شرح زير تقسيمبندي ميشوند:
-1 آبشکنهاي برگردان يا منحرف کننده: نسبت به جريان آب بين 10 تا 15 درجه درجهت جريان آب ) به سمت پاياب)
-2 آبشکن هاي بازدارنده: نسبت به مسير جريان آب بين 10 تا 15 درجه در جهت عکس جريان آب ) به سمت سراب(
-3 آبشکن هاي عمودي :زاويه معادل 90 درجه نسبت به مسير جريان آب به سمت محور رودخانه.
در شكل (3) وضعيت قرار گرفتن آبشكن نسبت به راستاي جريان نشان داده شده است.
شكل (3) وضعيت قرار گرفتن آبشكن نسبت به راستاي جريان ]13[
آبشكن‌هاي جذبي كه در آن محور آبشكن به سمت پائين تمايل دارد و اين امر موجب مي‌گردد تا جريان آب به ميدان آبشكن متمايل گردد. بعلاوه در اين نوع آبشكن ساحل مقابل از انحراف جريان حاصله از سازه متأثر نمي‌گردد.
آبشكن‌هاي دفعي كه در آن محور آبشكن به سمت بالا تمايل دارد. در اين حالت غالباً جريان آب از محدوده آبشكن به سمت ساحل مقابل رانده شده و آنرا تحت تأثير قرار مي‌دهد.
آبشكن‌هاي برگردان كه در آن فقط مسير جريان بصورت محدود از اطراف سازه منحرف مي‌گردد.
شكل (4) حالت كلي آبشكن‌هاي سه گانه مورد استفاده در رودخانه‌ها از نظر انحراف جريان ]13[
آبشکنها بر اساس نفوذپذيري به سه دسته زير تقسيم بندي ميشوند :
1- آبشکنهاي تاخيري
2- آبشکنهاي تاخيري- منحرف کننده
3- آبشکنهاي منحرف کننده
از نظر ساختاري سازه آبشكن عموماً از پنج جزء مشخص شامل دماغه، بازو، ريشه، پيش‌بند و روكش تشكيل شده است. در شكل (5) اجزاي پنجگانه مزبور نشان داده شده است.

شكل (5) نمايش اجزاء مختلف سازه آبشكن ]13[
مشخصات عمومي آبشكن‌ها
عملكرد آبشكن‌ها از نظر فرسايش و رسوبگذاري عموماً تابعي از فاصله، طول، راستا و شكل آنها مي‌باشد. چنانچه فاصله آبشكن‌ها بيش از حد لازم انتخاب شد اين احتمال وجود دارد كه جريان رودخانه وارد ميدان آبشكن گرديده و موجبات فرسايش كناره‌ها را فراهم آورد. بعلاوه اين امر ايمني آبشكن پايين دست را نيز به مخاطره مي‌اندازد و مانع تشكيل لايه رسوبي يكپارچه در فضاي بين آبشكن‌ها مي‌شود. شكل (6) وضعيت جريان را در محدوده آبشكن در حالتي كه فاصله سازه‌ها بيش از حد متعارف است نشان مي‌دهد.
شكل (6) نمايش عملكرد نامطلوب آبشكن‌ها و وقوع پديده فرسايش ناشي از افزايش بيش از حد فاصله سازه‌ها ]13[
طبق بررسي‌هاي انجام شده براي عملكرد مطلوب آبشكن‌ها (تشكيل لايه رسوبي و پايدارسازي كناره‌ها و برقراري جريان منظم در رودخانه) بهتر است رابطه ذيل رعايت شود:
(1)
در اين رابطه L فاصله آبشكن‌ها (بر حسب متر)، C ضريب شزي و h عمق جريان (بر حسب متر) در رودخانه، ضريب اصلاحي و g شتاب ثقل مي‌باشد، برقراري رابطه فوق موجب مي‌گردد تا مطابق شكل (7) يك گرداب منفرد و فراگير در ميدان آبشكن تشكيل گردد. وقوع اين حالت ترسيب يكنواخت‌تر مواد رسوبي در ميدان آبشكن و عملكرد مطلوب آن را به دنبال دارد.
شكل (7) نمايش چگونگي تأثير فاصله مناسب آبشكن‌ها در تشكيل گرداب منفرد و رسوبگذاري مطلوب و برقراري جريان منظم در رودخانه ]13[
علاوه بر فاصله، طول آبشكن‌ها نيز در عملكرد رفتاري آنها از نظر فرسايش و رسوبگذاري موثر است. براساس تحقيقات انجام شده در آزمايشگاه هيدروليك دلفت هلند نسبت مناسب تشخيص داده شده است، و از اين رو انتخاب آبشكن‌هاي كوتاه چندان مطلوب نمي‌باشد چه باعث افزايش نسبت مزبور مي‌گردد. ممك و ولوسني همچنين رابطه كلي ذيل را در انتخاب L و b پيشنهاد كرده‌اند :
(2)
در اين رابطه B عرض كنترل شده رودخانه (شكل 7) و L و b به ترتيب فاصله و طول آبشكن‌ها مي‌باشد. همانطوريكه از رابطه (2) بر مي‌آيد در انتخاب طول و فاصله آبشكن‌ها بعضي از محققين توجه به عرض رودخانه (B) را نيز توصيه نموده‌اند. در جدول (1) نسبت‌هاي پيشنهادي براي و توسط بعضي از منابع درج گرديده است.
جدول (1) نسبت‌هاي پيشنهادي براي تعيين فاصله و طول آبشكن‌ها توسط برخي از محققين ]13[
رديفنويسندهنسبت پيشنهاد شدهنوع ساحل ملاحظات1سازه ملل1-قوس خارجيكاربردهاي عمومي(گروه اقتصادي) (1953)2-5/2-قوس داخليكاربردهاي عمومي2جاگلكار (1971)2-5/2–آبشكن دفعي3ممك (1956)2-31–4جانسن و همكاران (1979)-2-1–5مزاآلوارز1/5-3/6-مستقيمآبشكن‌هاي شيب‌دار براي حفاظت ساحل5/2-4-انحنادار

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

راستاي آبشكن‌ها نسبت به مسير جريان نيز تأثير عمده‌اي در عملكرد آنها از نظر جابجايي و انتقال مواد رسوبي دارد. براساس تحقيقات انجام شده توسط آكانتيس و همكاران آبشكن‌هايي كه رو به پايين ساخته مي‌شوند (آبشكنهاي جذبي) از نظر ميزان رسوبگذاري در ميدان آبشكن ومسئله فرسايش در محدوده سازه از عملكرد خوبي برخوردارند. در جدول (2) زاويه انحراف آبشكن‌ها نسبت به امتداد جريان براساس نظريه كارشناسان مختلف ارائه شده است. در اين جدول مطابق شكل (8) علامت معرف زاويه انحراف آبشكن است.
شكل (8) زاويه انحراف آبشكن () نسبت به مسير جريان ]13[
جدول (2) مقادير پيشنهادي براي زاويه انحراف آبشكن ()]13[
شمارهمرجعاندازه (درجه)ملاحظات1سازمان ملل100-120آبشكن‌هاي دفعي2ممك100-110آبشكن‌هاي دفعي3جاگلكار100-120آبشكن‌هاي دفعي4 “30-60آبشكن‌هاي جذبي5ماكورا110قوس خارجي6 “100بازه مستقيم7 “90قوس داخلي8 كاپلند90قوس داخلي9آكانتيس و همكاران65آبشكن جذبي10مزاآلوارز70آبشكن جذبي
براساس بررسي‌هاي انجام گرفته آبشكن‌هاي دفعي موجب تشديد فرسايش در دماغه و ايجاد چاله فرسايشي عميق‌تري مي‌شوند. از آنجائيكه يكي از اهداف احداث آبشكن برقراري شرايط لازم براي ترسيب مواد رسوبي درميدان آبشكن مي‌باشد. لذا در طراحي آبشكن‌ها اين مسئله مورد توجه قرار مي‌گيرد. آبشكن‌هاي دفعي در مقايسه با آبشكن‌هاي قائم موجب افزايش رسوبگذاري(بخصوص در جناح پايين دست) ميدان آبشكن مي‌گردد. در اين نوع آبشكن‌ها با تشكيل يك گرداب فعال (هسته چرخشي) مواد معلق موجود در آب در ميدان آبشكن (و بويژه در محدوده بالادست) آبشكن) ترسيب مي‌نمايد (چگونگي رسوبگذاري در محدوده آبشكن‌هاي دفعي و جذبي در شكل (9) نشان داده شده است). آبشكن‌هاي جذبي براي حفاظت سواحل فرسايشي رودخانه چندان مناسب نمي‌باشند. در اين نوع آبشكن‌ها جريان فعال نفوذي به ميدان آبشكن اغلب موجب تخريب و فرسايش كناره‌ها گرديده و به نوبه خود سلامت سازه آبشكن را نيز به مخاطره مي‌اندازد. آبشكن‌هاي قائم نيز محدوده حفاظتي كمتري را پوشش مي‌دهند. از اينرو آبشكن‌هاي دفعي در مقايسه با ساير انواع آبشكن‌ها براي حفاظت كناره‌ها از خطر فرسايش و همچنين تحقق اهداف رسوبگذاري و تشكيل لايه رسوبي ضخيم در فضاي بين سازه‌اي مناسب مي‌باشند.در زمينه آبشستگي پاي آبشکن تحقيقات زيادي صورت گرفته و روابطي را جهت تعيين حداکثر عمق آبشستگي در پاي آبشکن ارائه کردهاند ولي همچنان به عنوان يکي از مسائل مورد توجه مهندسي رودخانه به حساب ميآيد.
يکي از نواقص اکثر اين تحقيقات استفاده از فلوم مستقيم در آزمايشگاه بوده است. همانطور که بيان گرديد از آبشکنها جهت حفاظت سواحل در خم رودخانهها استفاده ميشود و با توجه به ماهيت پيچيده جريان در خم رودخانه نميتوان اطلاعات مربوط به کانالهاي مستقيم را براي رودخانههاي طبيعي بکار برد. بدليل تشابه مکانيزم آبشکن و پايه پل، الگوي جريان و آبشستگي در اطراف اين دو سازه شباهت زيادي به يکديگر دارند.
شکل (9) شكل شماتيك الگوي جريان در اطراف آبشکن ]9[
جهت مقابله با آبشستگي ايجاد شده در اطراف پايهها، ديوارهها و آبشکنها روشهاي متعددي ارائه شده که يکي از سادهترين و در عين حال اقتصاديترين روشها، استفاده از ريپ رپ ميباشد. ريپ رپ لايهاي از سنگ يا مواد ديگر بوده که در کانال و به ويژه در اطراف سازهها جهت کاهش اثرات فرسايش مورد استفاده قرار ميگيرد. استفاده از ريپ رپ به دليل در دسترس بودن مصالح، سادگي اجرا و هزينههاي کم بسيار متداول است. علي رغم مزاياي عنوان شده در فوق، چنانچه طراحي ريپ رپ به دقت صورت نگيرد، پس از مدتي به تدريج تخريب شده و اثر خود را از دست خواهد داد. بر همين اساس هر گونه طراحي موفقيت آميزي ميبايستي جهت حالتهاي مختلف شکست مورد بررسي قرار گيرد. بر اساس نظر لاگاس و همکاران (2001) شکست ريپ رپ به سه دسته تقسيم شد که شامل فرسايش المانهاي ريپ رپ، فرسايش زيرسطحي و فرسايش تودهاي ميباشد. فرسايش المانهاي ريپ رپ تحت تاثير اندازه سنگهاي ريپ رپ در مقايسه با نيروهاي هيدروديناميکي و توربولانتي ميباشد، هر چند شيب ريپ رپ، ضربه و سايش و يخ يا موج نيز ميتوانند باعث اين نوع تخريب شوند. فرسايش زير سطحي زماني اتفاق ميافتد که مواد بستر که ريزتر از المانهاي ريپ رپ ميباشند از بين خلل و فرج ريپ رپ خارج شده و باعث نشست ريپ رپ گردند. استفاده از فيلتر تا حد زيادي اين نوع فرسايش را کاهش ميدهد. فرسايش تودهاي نيز زماني اتفاق ميافتد که قسمت عظيمي از المانهاي ريپ رپ و يا مواد بستر تحت تاثير نيروهاي ثقلي لغزيده و يا ريزش کنند. براساس نتايج آزمايشگاهي چيو (1995) سه مکانيزم متفاوت در ناپايداري ريپ رپ در اطراف پايه پل نقش دارند که اين سه مکانيزم عبارتند از: گسيختگي ناشي از برش، تخريب زير سطحي و تخريب لبهاي. گسيختگي ناشي از برش در حقيقت همان فرسايش المانهاي ريپ رپ بوده که لاگاس و همکاران (2001) به آن اشاره کردند. تخريب لبهاي در حقيقت حرکت المانهاي ريپ رپ به سمت چاله آبشستگي ايجاد شده در رسوبات بستر بوده که در نهايت اين المانها در چاله مذکور افتاده و باعث کاهش اثر محافظتي ريپ رپ ميگردند. آنگر و هاگر (2006) سه مکانيزم مختلف لغزش، تخريب زير سطحي و غلطش را جهت ريپ رپ اطراف پايههاي پل معرفي کردند که از اين سه مکانيزم تنها لغزش و تخريب زير سطحي در ريپ رپ اطراف ابشکنها مشاهده گرديد (گيسوني و هاگر، 2008). گيسوني و هاگر (2008) در تحقيق خود پايداري ريپ رپ در اطراف مجموعهاي از آبشکنها در يک فلوم مستقيم را مورد بررسي قرار داد.
(ضميمه ب)
شرح روش اجراي تحقيق:
بررسي پارامترهاي موثر بر آبشستگي پاي آبشکن در قوس
1- خصوصيات مربوط به هندسه سيستم
شيب کانال اصلي (Sm)، عرض کانال اصلي (B)، شعاع قوس (R)، زاويه مرکزي محل استقرار آبشکن در قوس (?)، زاويه آبشکن (?)، فاصله طولي آبشکنها (L)، طول آبشکن (w)، تعداد رديفهاي ريپ رپ(n)، ضخامت ريپ رپ (T)
2- خصوصيات مربوط به جريان
دبي جريان در بالادست آبشکن (Q)، عمق جريان در کانال اصلي (y)، شتاب ثقل (g)
3- خصوصيات مربوط به سيال
جرم واحد حجم مايع (?)، لزجت ديناميکي (?)
4- خصوصيات مواد رسوبي
قطر متوسط ذرات رسوبي (ds)، چگالي رسوبات (s?)، انحراف معيار رسوبات (?)
نحوه انجام آزمايش
در اين تحقيق از يک فلوم قوسي جهت انجام آزمايشات استفاده شده است. پارامترهاي متغير در آزمايشات اين تحقيق شامل دبي (Q ) ، طول آبشکن(w)، زاويه آبشکن(?) ، تعداد رديفهاي ريپ رپ (n)، فاصله طولي آبشکنها (L)، عمق كارگذاري ريپ رپ (T) ميباشد. نحوه انجام آزمايشات به اين ترتيب ميباشد که در ابتدا سطح بستر را کاملا صاف کرده و با استفاده از Bedprofiler توپوگرافي بستر را برداشت کرده تا پس از آزمايش بتوان مقادير رسوبگذاري و فرسايش را به طور دقيق تعيين کرد. آزمايشات اين تحقيق در دو بخش صورت ميگيرد بخش اول آزمايشات شامل بررسي هيدروليك جريان و وضعيت آبشستگي قوس بدون حضور آبشكنها به عنوان ازمايشهاي شاهد ميباشد. در اين آزمايشات هدف بررسي الگوي جريان، برآورد تنشهاي برشي در نقاط مختلف قوس و بررسي الگوي فرسايش در قوس ميباشد. متغيرهاي مورد نظر در اين سري آزمايشات شامل دبي و عمق جريان و ريپ رپ در کف ميباشند در بخش دوم اين آزمايشات كه آزمايشات اصلي اين تحقيق ميباشد ابتدا آبشكنها در موقعيت مورد نظر خود قرار داده ميشوند. محل قرار گيري آبشكن بر اساس محدوده مورد حمله جريان و در نتيجه محدوده فرسايشپذير انتخاب ميگردد.
جهت تعيين اين محدوده ميتوان از روش معرفي شده توسط U.S. Army Corps of Engineers استفاده نمود (لاگاس و همکاران، 2001). تعيين محدوده مورد نياز به حفاظت در قوسها در شکل (10) ارائه شده است.
شکل(10)تعيين محدوده مورد نياز به حفاظت در قوسها بر اساس روش U.S. Army Corps of Engineers
پس از قرار دادن آبشکن بايد به نحوه قرار گرفتن ريپ رپ در اطراف اين سازهها توجه نمود،. قبل از راه اندازي پمپ، دريچه انتهايي به اندازه کافي بالا آورده شده و سپس به آرامي آب را به داخل فلوم انتقال مي دهيم. پس از آنکه آب روي تمامي رسوبات را پوشاند اجازه مي‌دهيم تا آب کم کم زهکشي شده و تراکم نقاط مختلف بستر رسوبي يکسان گردد. پس از آن به تدريج آب به درون کانال انتقال داده ميشود. در اين آزمايشات دبي را به تدريج زياد کرده تا به دبي از پيش تعيين شده برسد. پس از رسيدن به دبي از پيش تعيين شده، دريچه انتهايي را به تدريج پايين آورده تا عمق مورد نظر در فلوم ايجاد شود. پس از اين مرحله اجازه ميدهيم آزمايش تا زمان رسيدن به حالت تعادل ادامه يابد. پس از رسيدن به حالت تعادل سطح آب در نقاط مختلف و نيز مولفههاي سرعت را با استفاده از دستگاه ADV برداشت ميکنيم. با داشتن مولفههاي سه بعدي جريان خواهيم توانست مقادير تنش برشي را در نقاط مختلف قوس تعيين کنيم. پس از آن به آرامي آب داخل فلوم را خارج کرده به گونهاي که تغييري در توپوگرافي بستر بوجود نيايد. پس از تخليه کامل فلوم ميتوان با استفاده از Bedprofiler توپوگرافي بستر را برداشت کرده و با مقايسه دو اندازهگيري صورت گرفته الگوي فرسايش و رسوبگذاري را در نقاط مختلف قوس تعيين نمود.
پس از تعيين اين محدوده آبشکنها با ابعاد و زوايا و ارتفاعهاي مورد نظر در محدوده فرسايشپذير قوس قرار گرفته و ريپرپهاي مختلف با آرايشهاي از پيش تعيين شده در اطراف آبشکنها قرار ميگيرند. در اين مرحله از انجام آزمايشات دبي و يا عمق را به تدريج افزايش داده تا شرايط شکست ريپ رپ حاصل شود. در اين سري از آزمايشات با توجه به دبي از پيش تعيين شده، دريچه را به آرامي پايين آورده تا اينکه شرايط ايجاد شده به شکست ريپ رپ منجر شود. معمولا براي هر تغيير عمق يا دبي به مدت 5 دقيقه صبر ميکنيم تا جريان مورد نظر به طور کامل بر فلوم حاکم شود. پس از اين زمان اگر هيچ کدام از حالات شکست اتفاق نيافتاد، عمق جريان را تغيير ميدهيم. منظور از شکست ريپ رپ در اين تحقيق حرکت افقي و يا عمودي نزديکترين المانها به آبشکن ميباشد. پس از اتفاق افتادن حالت شکست، ميتوان با استفاده از سرعت سنج سه بعدي، مولفه‌هاي سرعت را در نقاط مختلف قوس و اطراف آبشکنها اندازهگيري کرد.
جدول (3) الگوي کلي آزمايشات
پارامترQ دبيزاويه آبشکن (?)سرعت
(U)طول آبشکن(w)،فاصله طولي آبشکنها (L)،تعداد رديفهاي ريپ رپ (n)عمق كارگزاري ريپ رپ (T)تعداد حالات آزمايش4333333
در انجام آزمايشات اين تحقيق پارامترهاي فوق مورد بررسي قرار ميگيرند. در انتخاب تعداد حالات هر آزمايش از استانداردهاي موجود در زمينه آبشكنهاي رودخانهاي استفاده خواهد شد.
در اين تحقيق زواياي مورد بررسي 3 زاويه ميباشد در حالت اول زاويه آبشكن عمود در حالت دوم زاويه 60 درجه و در حالت سوم زاويه آبشكن 120 درجه ميباشد
L
? W
.

استاندارد موجود در خصوص طول آبشكن عبارت از 10 تا 25 درصد عرض كانال اصلي ميباشد كه دراين تحقيق خواهيم داشت:

در اين تحقيق فاصله آبشكن بر اساس تحقيقات قبلي صورت گرفته لحاظ ميگردد در تحقيقات قبلي صورت گرفته بوده كه در اين تحقيق هم تلاش ميگردد از اين رابطه استفاده شود.
تحققيات قبلي صورت گرفته بر روي پايداري ريپ رپ اطراف پايه پل نشان ميدهد كه عمق كارگزاري ريپ رپ نيز بر روي پايداري آنها موثر ميباشد. در آن تحقيقات كه در اين تحقيق در
مرحله اول ريپ رپ بر روي سطح بستر و در مرحله بعد ريپ رپ در عمق معادل و در مرحله بعد ريپ رپ در عمق قرار داده ميشود.
جنبههاي تازگي و نوآوري تحقيق
بررسيهاي به عمل آمده از تحقيقات پيشين صورت گرفته در خصوص هيدروليك آبشكن و پايداري ريپ رپ نشان ميدهد تا كنون تحقيق جامعي صورت نگرفته است ايده اين تحقيق از بررسي مطالعات صورت گرفته در خصوص الگوي جريان و رسوب در قوسها و همچنين تحقيقات صورت گرفته در خصوص پايداري پايههاي پل و با توجه به اينكه هيچ گونه معياري در خصوص پايداري آبشكنها وجود ندارد، آغاز و پس از برگزاري هشتمين كنفرانس مهندسي رودخانه و صحبت با دكتر ويلي هاگر تكميل گرديد. لازم به ذكر است كه تحقيق مشابهي در دانشكده مهندسي علوم آب دانشگاه شهيد چمران اهواز بر روي برخي ديگر از جنبههاي پايداري آبشكن در قوسها در حال انجام ميباشد كه در آن تحقيق پارامترهاي متغير عبارتند از: طول آبشكن، ارتفاع آبشكن، قطر ريپ رپ و تعداد رديفهاي ريپ رپ.
در اين تحقيق كه به عنوان ادامه تحقيق قبل ميباشد پارامترهاي متغير مورد بررسي عبارتند از: زاويه آبشكن، طول آبشكن، فاصله طولي آبشكن، ضخامت ريپ رپ و عمق كارگزاري ريپ رپ ميباشد.
آناليز ابعادي
پارمترهاي موثر در اين تحقيق عبارتند از:
1- خصوصيات مربوط به هندسه سيستم
شيب کانال اصلي (Sm)، عرض کانال اصلي (B)، شعاع قوس (R)، زاويه مرکزي محل استقرار آبشکن در قوس (?)، زاويه آبشکن (?)، فاصله طولي آبشکنها (L)، طول آبشکن (w)، تعداد رديفهاي ريپ رپ(n)،قطر ريپ رپ ، ضخامت ريپ رپ (T)
2- خصوصيات مربوط به جريان
دبي جريان در بالادست آبشکن (Q)، عمق جريان در کانال اصلي (y)، شتاب ثقل (g)، شتاب ثقلي نسبي
3- خصوصيات مربوط به سيال
جرم واحد حجم مايع (?)، لزجت ديناميکي (?)
4- خصوصيات مواد رسوبي
قطر متوسط ذرات رسوبي (ds)، چگالي رسوبات (s?)، انحراف معيار رسوبات ، قطر ريپ رپ
5- تعداد آبشكن
6- متوسط سرعت مقطع عرضي در محيط رسوبي
7- متوسط سرعت مقطع عرضي در شكست ريپرپ
8- طول نسبي آبشكن
9- ارتفاع نسبي آبشكن
10- ارتفاع آبشكن
از جمله پارامترهاي بدون بعد در اين تحقيق ميتوان به موارد زير اشاره نمود:

1) نسبت فاصله طولي آبشكن به طول آبشكن
2) نسبت طول آبشكن به عرض كانال
3) زاويه آبشكن
4) عدد فرود ذره
5) عدد فرود آستانهاي
6) عدد رينولدز
7) نسبت طول آبشكن به عمق جريان
8) نسبت عمق جريان به دانهبندي رسوبات
9) نسبت عمق جريان به ضخامت ريپرپ
10) نسبت سرعت بحراني به سرعت برشي بحراني جريان
11) نسبت شعاع به زاويه آبشكن
12) فاكتور بالا آمدگي هيدروليكي
13) فاكتور بالا آمدگي هيدروليكي آبشكن
14) شعاع هيدروليكي جريان آستانهاي
15) فاكتور هندسي آبشكن
16) فاكتور ريپرپ
17) نسبت رسوبات
بررسيهاي به عمل آمده نشان ميدهد كه:
همانگونه كه در بخش مروري بر منابع بيان خواهدگرديد بر اساس نظرات هاگر و اليوتو (2002) تمام اثراتي که از جريان سيال و رسوبات منشا مي گيرند در ضابطه شيلدز ديده شده اند و اضافه کردن هرگونه پايه و يا ديواره اي تنها باعث تاثيرات هندسي مي گردد.
بنابراين مي توان از نسبت شکل آبشکن که حاصلضرب نسبت انسداد و ارتفاع نسبي آبشکن ميباشد و نيز تعداد رديف هاي ريپ رپ و قطر ريپ رپ به عنوان تاثير آبشکن بر آستانه حرکت ذرات استفاده نمود. كه اين مورد از ديگر اهاف اين تحقيق مي باشد.
شيلدز در سال 1936 دياگرامي ارائه داد که در آن عدد رينولدز ذره را به مربوط ميکرد. در اين رابطه u*= سرعت برشي، i?= تنش برشي آستانه ميباشد. اين رابطه نقدهاي زيادي را به همراه داشته ولي تا امروز به عنوان بهترين رابطه جهت آستانه حرکت رسوبات به حساب ميآيد. امروزه معادلات متعددي جهت منحني آستانه حرکت شيلدز معرفي شده ولي اغلب آنها پيچيده ميباشند. يکي از اين معادلات توسط هاگر و دلجودس (2000) براساس عدد بيبعد اندازه ذره محدوده مورد نظر را به سه قسمت تقسيم کردند. در رابطه فوق ميباشد. بر اين اساس دياگرام شيلدز را ميتوان به صورت زير نشان داد:

در اين معادلات که به عنوان تنش برشي بيبعد آستانه حرکت شناخته ميشود. از آنجا که تخمين S0 کار بسيار مشکلي است ميتوان با استفاده از معادله مانينگ- استريکلر آن را حذف کرد.
که در آن V= سرعت متوسط مقطع، S0= شيب سطح آزاد و Rh= شعاع هيدروليکي ميباشد. با توجه به رابطه استريکلر ميتوان ضريب زبري مانينگ را بر حسب اندازه متوسط ذره نوشت:

حال ميتوان نوشت که

پس از آن عدد فرود آستانه حرکت ذره بصورت زير خواهد بود:

براين اساس براي سه محدوده D* که قبلا معرفي شد معادلاتي بر اساس ديناميک سيال، مشخصات رسوب و عمق جريان نسبي وجود خواهد داشت.
از ديگر مسائل مورد بررسي در اين تحقيق بررسي هيدروليك جريان ميباشد. همان گونه كه اشاره گرديد در آزمايشات اين تحقيق از سرعت سنج سه بعدي به منظور اندازه گيري سرعت استفاده خواهد گرديد. لذا با داشتن مولفههاي سه بعدي جريان خواهيم توانست مقادير تنش برشي را در نقاط مختلف قوس تعيين کنيم. بررسيهاي اوليه حاكي از آن است كه:

(ضميمه ج)
پيشينه موضوع در ايران و جهان با ذكر منابع معتبر:
از آنجا که در زمينه هيدروليک جريان و پايداري ريپ رپ در اطراف آبشکن در قوس مطالعات محدودي صورت گرفته در اين قسمت علاوه بر اين مطالعات، تحقيقات صورت گرفته در زمينه هيدروليک جريان و رسوب در قوسها و نيز مطالعات مربوط به هيدروليک جريان در اطراف آبشکنها ارائه ميگردد.
تحقيقات محققين داخلي
در ايران به خصوص در سالهاي اخير مطالعات گستردهاي در زمينه هيدروليک جريان و رسوب در قوس و نيز پايداري ريپ رپ اطراف آبشکن صورت گرفته که از جمله مهمترين اين تحقيقات ميتوان به موارد زير اشاره کرد.
فتحي (1371) با استفاده از فلوم آزمايشگاهي با طول 15 متر و عرض و عمق 60 سانتيمتر با کف و ديواره بتني به انجام آزمايشاتي به منظور بررسي اثر نسبت بدون بعد S/L (فاصله دو آبشکن به طول آبشکن) بر روي عمق آبشستگي پرداخت. آزمايشات بر روي دو اندازه آبشکن به طول 18 و 12 سانتيمتر، 3 شيب و 3 دبي انجام شد. قطر متوسط رسوبات بستر 2 ميليمتر بوده است. براساس آزمايشات اين محقق اگر اين نسبت کمتر از 2 باشد جريانهاي ثانويه تشکيل نشده و رسوبگذاري بين دو آبشکن بندرت صورت
ميگيرد و در صورتي که اين نسبت بيش از 4 باشد جريان بين دو آبشکن باعث افزايش فرسايش موضعي دماغه آبشکن و کاهش ميزان رسوبگذاري ميشود و فرسايش ساحل کناري بيشتر ميگردد. پيشنهاد اين محقق براي اين نسبت بين 2 تا 4 ميباشد که باعث افزايش رسوبگذاري و کاهش فرسايش موضعي
ميشود.
شريفي منش (1374) با استفاده از مدل فيزيکي به انجام آزمايشاتي به منظور مطالعه حداکثر عمق آبشستگي اطراف آبشکن پرداخت. اين آزمايشات در يک فلوم ازمايشگاهي به طول 14 متر، عرض 2 متر و عمق 5/0 متر که در مرکز تحقيقات آب وزارت نيرو به همين منظور طراحي و ساخته شده بود انجام گرفت. در طي انجام آزمايشات عمق جريان، دبي جريان و نسبت بازشدگي آبشکنها به عنوان پارامترهاي متغير درنظر گرفته شده و تاثير هريک از اين عوامل بر روي آبشستگي اطراف آبشکنها مورد بررسي قرار گرفت. در هر آزمايش تعداد 4 آبشکن به طول 5/0 متر مورد استفاده قرار گرفت، همچنين فاصله آبشکنها 5/1 متر درنظر گرفته شده بود. نتايج حاصل از اين آزمايشات نشان داد که: (1) هرچه درصد بازشدگي آبشکن بيشتر باشد از ميزان حداکثر عمق آبشستگي اطراف آن کاسته ميشود. (2) در آبشکن بسته حفره آبشستگي اطراف دماغه آبشکن مي‌باشد در حاليکه در آبشکن باز آبشستگي در سرتاسر آبشکن اتفاق مي‌افتد.


پاسخ دهید