بررسی آبشستگی ناشی از جریان های پرسرعت افقی مستغرق با استفاده از مدل آزمایشگاهی

هر ساله هزینهصهای سنگینی برای کنترل و جلوگیری از تخریبص ناشی از آبشستگی در پایین دست سازهصهای آبی، در مواقع سیلابی و غیر سیلابی، صرف میصشود. از این رو پدیده آبشستگی در سازهصها بسیار حایز اهمیت است و پیشصبینی آن قبل از ساخت سازه امری ضروری میصباشد. گسترش این پدیده میصتواند پایداری سازه را به خطر اندازد ضمن اینکه تجمع مواد فرسایش یافته با تغییر رقوم پایاب بر عملکرد سازهص تاثیر میصگذارد. در این تحقیق نتایج بررسی آزمایشگاهی پدیده آبشستگی در بستر آبرفتی با مصالح غیر چسبنده در پایینصدست یک کفصبند، در اثر جت افقی مستغرق ناشی از بازشدگی دریچه کشویی ارایه شده است. در این تحقیق با انجام شبیه سازی فیزیکی، پروفیل حفره آبشستگی بانضمام تپه تشکیل شده در پایین دست حفره در زمانصهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. تحلیل نتایج بدست آمده نشان داد که در شرایط هیدرولیکی و آزمایشی مختلف، انطباق مناسبی بین منحنی پروفیلصصهای بیصبعد آبشستگی وجود دارد در نتیجه پروفیلص آبشستگی در حالت بیصبعد مستقل از تغییرات کلیه پارامترهای موثر در مکانیزم آبشستگی مانند دبی، زمان، عمق پایاب، قطر ذرات رسوب و ضخامت جت است. معادله منحنی واحد پروفیل بیصبعد شده آبشستگی به صورت یک رابطه ترکیبی سینوسی و کسینوسی بیان شدهصاست. مطابق با نتایج به دست آمده با گذشت زمان، ابعاد پروفیل آبشستگی افزایش یافته در حالی که روند افزایش ابعاد پروفیل مورد بحث کاهشی بوده است. به عبارت دیگر قسمت اعظم آبشستگی در زمانصهای اولیه آزمایش رخ داده و سپس روند آبشستگی به طور قابل ملاحظهصای کاهش یافته است. تغییرات زمانی عمق حفره آبشستگی با یک رابطه لگاریتمی برازش داده شد. آزمایشصها نشان داد که افزایش دبی و در نتیجه افزایش سرعت جت، باعث افزایش در پارامترهای ابعاد پروفیل آبشستگی میصشود و اندازه ذرات رابطه معکوس با ابعاد پروفیل آبشستگی دارد به طوریکه افزایش اندازه ذرات باعث کاهش ابعاد پروفیل آبشستگی شد. در نتیجه برای یک بازشدگی دریچه (ضخامت جت) و عمق پایاب ثابت، با افزایش عدد فرود ذره ‭(Frd)‬، ابعاد پروفیل آبشستگی نیز افزایش میصیابد. همچنین زمان آزمایش تاثیری در روند تغییرات ابعاد پروفیل آبشستگی نسبت به ‭Frd ‬نداشت. با توجه به میزان عمق پایاب، جت مستغرق افقی به دو نوع جت مستغرق عمیق و کمصعمق تقسیمصبندی شد. در جت مستغرق عمیق روند توسعه آبشستگی با گذشت زمان، به تعادل میصرسد ولی در حالت استغراق کم، جریان جت به صورت ناپایدار است و همراه با فرسایش بستر، چرخش مصالح و پر شدن بخشی از حفره آبشستگی به صورت متوالی میصباشد. با توجه به میزان عمق پایاب، یک مقدار ماکزیمم برای ابعاد پروفیل آبشستگی وجود دارد. بدین معنی که برای عمق پایاب، مقدار حدی وجود دارد که در مقادیر عمق پایاب پایینصتر از این مقدار حدی، با افزایش عمق پایاب، ابعاد پروفیل آبشستگی افزایش یافته و برای مقادیر عمق پایاب بالاصتر از این مقدار حدی، با افزایش عمق پایاب، ابعاد پروفیل آبشستگی کاهش میصیابد. همچنین به منظور کاهش ابعاد پروفیل آبشستگی، آزمایشصهایی مشابه بر روی بستر حفاظت شده توسط سنگچین ‭(RipRap) ‬انجام شد، نتایج، کاهش قابل ملاحظهصای در میزان ابعاد پروفیل آبشستگی را نشان داد. به طوری که بیشترین کاهش عمق تعادل حفره آبشستگی توسط سنگچینصها، %‮‭65‬ و کمترین کاهش عمق تعادل حفره آبشستگی توسط سنگچینصها، %‮‭13‬ و میانگین کاهش عمق آبشستگی توسط سنگچینصها %‮‭38‬ برآورد شد. با استفاده از آنالیز ابعادی روابط کلی برای مقادیر ابعاد پروفیل آبشستگی به صورت تابعی از متغی رهای بدون بعد و تاثیرگذار از سرعت جت ‭(V)‬، ضخامت جت در ورودی ‭(b)‬، عمق پایاب ‭(Tw)‬، زمان ‭(t) ‬و عدد فرود ذره ‭(Frd)‬، به دست آمدند که با دادهصهای آزمایشی تطابق مناسبی را دارند. واژه های کلیدی: آبشستگی، دریچه کشویی، جت افقی مستغرق، کف بند، مدل آزمایشگاهی

کلیدواژه ها:

سازه های هیدرولیک ، مهندسی هیدرولیک ، انتقال آب ها ، جریان آب ، بررسی آزمایشگاهی ، مدل