ج- مشخصات اساتید مشاور :
نام و نام‌خانوادگی: دکتر مهدی قمشی مرتبه علمی: استاد
رشته تخصصی: هیدرولیک
گروه آموزشی: سازه های آبی دانشکده: مهندسی علوم آب
آدرس: دانشگاه شهید چمران اهواز – دانشکده مهندسی علوم آب
تلفن:
د- هزینه های پیش بینی شده (با ذکر مورد):
جنستعداد فی (ریال)جمع (ریال)ساخت فلوم آزمایشگاهی و ماسه بادی000/500/82تایپ، کپی و صحافی000/500/2جمع کل00/000/85

نام و نام‌خانوادگی استاد راهنما : دکتر سید محمود کاشفی پور
تاریخ:
امضا
(ضمیمه الف)
تعریف مسأله، فرضیه‌ها و اهداف
یکی از بالاترین خسارات ناشی از حوادث غیر مترقبه، پدیده فرسایش سواحل می باشد. یکی از وظایف دولتها کاهش اثرات بلایای طبیعی بوده است . همین امر به روشنی لزوم یافتن راه حل اصولی برای کنترل و پیشگیری وکاهش خسارت ناشی از آنها را به اثبات می رساند.
مکانیزم رودخانهها به گونهای است که مقطع یک رودخانه به مرور زمان دچار تغییرات شدید میگردد. این تغییرات بویژه در قوس رودخانهها مشهودتر است. فرآیندهای فرسایش ساحل به طور مستقیم به مهاجرت جانبی آبراهههای آبرفتی مربوط میشود. اندرکنش نیروهای فعال حاصل از جریان آب و نیروهای مقاوم به جریان ناشی از مواد بستر باعث فرسایش ساحل میشود.
در قوس رودخانه، نیروهای هیدرودینامیکی جریانهای ثانوی را بوجود میآورند که خطوط جریان سطحی را به سمت ساحل بیرونی و خطوط جریان نزدیک به بستر را به سمت ساحل داخلی منحرف
میسازند. در مقطع جریان درامتداد قائم، خطوط جریان مجاور ساحل بیرونی بطرف پایین و خطوط جریان پشته متمرکز داخلی به طرف بالا هستند در نتیجه پایداری ذره در نزدیکی ساحل خارجی بهم
میخورد و بستر رودخانه گود میشود و از طرف دیگر در مجاورت پشته متمرکز داخلی به پایداری ذره اضلافه میشود و تراز بستر افزایش پدا میکند. آبشستگی در پنجه ساحل خارجی، خطالقعر را به سمت ساحل بیرونی قوس جابجا میکند و شیب ساحل را افزایش میدهد که در نهایت به شکست ساحل منتهی میشود.
شکل (1) الگوی جریان در قوس رودخانه]7[
با توجه به مطالب بیان شده در خصوص هیدرولیک جریان در خم رودخانهها، قوس خارجی همواره تحت تاثیر بردارهای شدید سرعت بوده و دچار فرسایش میگردد و در قوس داخلی رسوبگذاری ایجاد میگردد همچنین از آنجا که تخریب ساحل در قوس خارجی میتواند ضررهای زیادی را به همراه داشته باشد، حفاظت از این قسمت از ساحل بخش مهمی از مهندسی رودخانه را تشکیل میدهد. جهت محافظت ساحل در قوس بیرونی روشهای متعددی وجود دارد که از آن جمله میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
1- حفاظت ساحل بوسیله احداث آبشکن
2- حفاظت ساحل بوسیله احداث Bendway
3-حفاظت ساحل بوسیله احداث دایک
4- حفاظت ساحل بوسیله پوشش گیاهی
5- حفاظت ساحل بوسیله پوشش سنگ چین (Riprap)
6- حفاظت ساحل بوسیله پوشش خاک و سیمان
7- حفاظت ساحل بوسیله پوشش توری سنگ ها و روکش ها
8- حفاظت ساحل بوسیله پوشش با کیسه های مخصوص مخلوط سیمان و خاک
9- حفاظت ساحل با استفاده از مصنوعات ژئوسنتتیک
10- حفاظت ساحل بوسیله اجرای دیوار حائل
استفاده از آبشکن یا اپی از جمله بهترین و اقتصادیترین روش جهت محافظت سواحل در اغلب شرایط بوده و در اکثر نقاط دنیا مورد استفاده قرار میگیرد.
است. ” Bankheed ،Groin ،Groyne” کلمهای فرانسوی است. معادل آن در زبان انگلیسی “Epi”
که در زیان فارسی آب شکن ترجمه شده است. نقش آن این است که جریان آب کناره رودخانه را به طرف وسط رودخانه هدایت میکند و سرعت آب درکناره ها را کاهش میدهد و نیز قسمتی از آب رودخانه را بین اپیها به حالت سکون باقی میگذارد. در نتیجه، مواد محموله آب ته نشین میشود و رودخانه حالت پس رفتگی پیدا میکند و کناره بتدریج تثبیت میشود.
انواع آبشکن:
آبشکنها از نظر نوع استفاده به موارد زیر تقسیم میشوند:
الف: آبشکنهای طویل غیر مستغرق )قابل استفاده در آبخیزداری(
ب: آبشکنهای کوتاه غیر مستغرق )قابل استفاده در آبخیزداری(
ج: آبشکنهای طویل مستغرق (قابل استفاده در کشتیرانی)
د: آبشکنهای کوتاه مستغرق (قابل استفاده در کشتیرانی(
الگوی جریان برای دو آبشکن مستغرق و غیر مستغرق در شکل (2) ارائه شده است.
شکل(2) الگوی جریان در اطراف آبشکن مستغرق (چپ) و آبشکن غیر مستغرق(راست) ]13[
آبشکنها، نسبت به زاویه استقرار با جهت جریان آب، نیز به شرح زیر تقسیمبندی میشوند:
-1 آبشکنهای برگردان یا منحرف کننده: نسبت به جریان آب بین 10 تا 15 درجه درجهت جریان آب ) به سمت پایاب)
-2 آبشکن های بازدارنده: نسبت به مسیر جریان آب بین 10 تا 15 درجه در جهت عکس جریان آب ) به سمت سراب(
-3 آبشکن های عمودی :زاویه معادل 90 درجه نسبت به مسیر جریان آب به سمت محور رودخانه.
در شکل (3) وضعیت قرار گرفتن آبشکن نسبت به راستای جریان نشان داده شده است.
شکل (3) وضعیت قرار گرفتن آبشکن نسبت به راستای جریان ]13[
آبشکن‌های جذبی که در آن محور آبشکن به سمت پائین تمایل دارد و این امر موجب می‌گردد تا جریان آب به میدان آبشکن متمایل گردد. بعلاوه در این نوع آبشکن ساحل مقابل از انحراف جریان حاصله از سازه متأثر نمی‌گردد.
آبشکن‌های دفعی که در آن محور آبشکن به سمت بالا تمایل دارد. در این حالت غالباً جریان آب از محدوده آبشکن به سمت ساحل مقابل رانده شده و آنرا تحت تأثیر قرار می‌دهد.
آبشکن‌های برگردان که در آن فقط مسیر جریان بصورت محدود از اطراف سازه منحرف می‌گردد.
شکل (4) حالت کلی آبشکن‌های سه گانه مورد استفاده در رودخانه‌ها از نظر انحراف جریان ]13[
آبشکنها بر اساس نفوذپذیری به سه دسته زیر تقسیم بندی میشوند :
1- آبشکنهای تاخیری
2- آبشکنهای تاخیری- منحرف کننده
3- آبشکنهای منحرف کننده
از نظر ساختاری سازه آبشکن عموماً از پنج جزء مشخص شامل دماغه، بازو، ریشه، پیش‌بند و روکش تشکیل شده است. در شکل (5) اجزای پنجگانه مزبور نشان داده شده است.

شکل (5) نمایش اجزاء مختلف سازه آبشکن ]13[
مشخصات عمومی آبشکن‌ها
عملکرد آبشکن‌ها از نظر فرسایش و رسوبگذاری عموماً تابعی از فاصله، طول، راستا و شکل آنها می‌باشد. چنانچه فاصله آبشکن‌ها بیش از حد لازم انتخاب شد این احتمال وجود دارد که جریان رودخانه وارد میدان آبشکن گردیده و موجبات فرسایش کناره‌ها را فراهم آورد. بعلاوه این امر ایمنی آبشکن پایین دست را نیز به مخاطره می‌اندازد و مانع تشکیل لایه رسوبی یکپارچه در فضای بین آبشکن‌ها می‌شود. شکل (6) وضعیت جریان را در محدوده آبشکن در حالتی که فاصله سازه‌ها بیش از حد متعارف است نشان می‌دهد.
شکل (6) نمایش عملکرد نامطلوب آبشکن‌ها و وقوع پدیده فرسایش ناشی از افزایش بیش از حد فاصله سازه‌ها ]13[
طبق بررسی‌های انجام شده برای عملکرد مطلوب آبشکن‌ها (تشکیل لایه رسوبی و پایدارسازی کناره‌ها و برقراری جریان منظم در رودخانه) بهتر است رابطه ذیل رعایت شود:
(1)
در این رابطه L فاصله آبشکن‌ها (بر حسب متر)، C ضریب شزی و h عمق جریان (بر حسب متر) در رودخانه، ضریب اصلاحی و g شتاب ثقل می‌باشد، برقراری رابطه فوق موجب می‌گردد تا مطابق شکل (7) یک گرداب منفرد و فراگیر در میدان آبشکن تشکیل گردد. وقوع این حالت ترسیب یکنواخت‌تر مواد رسوبی در میدان آبشکن و عملکرد مطلوب آن را به دنبال دارد.
شکل (7) نمایش چگونگی تأثیر فاصله مناسب آبشکن‌ها در تشکیل گرداب منفرد و رسوبگذاری مطلوب و برقراری جریان منظم در رودخانه ]13[
علاوه بر فاصله، طول آبشکن‌ها نیز در عملکرد رفتاری آنها از نظر فرسایش و رسوبگذاری موثر است. براساس تحقیقات انجام شده در آزمایشگاه هیدرولیک دلفت هلند نسبت مناسب تشخیص داده شده است، و از این رو انتخاب آبشکن‌های کوتاه چندان مطلوب نمی‌باشد چه باعث افزایش نسبت مزبور می‌گردد. ممک و ولوسنی همچنین رابطه کلی ذیل را در انتخاب L و b پیشنهاد کرده‌اند :
(2)
در این رابطه B عرض کنترل شده رودخانه (شکل 7) و L و b به ترتیب فاصله و طول آبشکن‌ها می‌باشد. همانطوریکه از رابطه (2) بر می‌آید در انتخاب طول و فاصله آبشکن‌ها بعضی از محققین توجه به عرض رودخانه (B) را نیز توصیه نموده‌اند. در جدول (1) نسبت‌های پیشنهادی برای و توسط بعضی از منابع درج گردیده است.
جدول (1) نسبت‌های پیشنهادی برای تعیین فاصله و طول آبشکن‌ها توسط برخی از محققین ]13[
ردیفنویسندهنسبت پیشنهاد شدهنوع ساحل ملاحظات1سازه ملل1-قوس خارجیکاربردهای عمومی(گروه اقتصادی) (1953)2-5/2-قوس داخلیکاربردهای عمومی2جاگلکار (1971)2-5/2–آبشکن دفعی3ممک (1956)2-31–4جانسن و همکاران (1979)-2-1–5مزاآلوارز1/5-3/6-مستقیمآبشکن‌های شیب‌دار برای 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

راستای آبشکن‌ها نسبت به مسیر جریان نیز تأثیر عمده‌ای در عملکرد آنها از نظر جابجایی و انتقال مواد رسوبی دارد. براساس تحقیقات انجام شده توسط آکانتیس و همکاران آبشکن‌هایی که رو به پایین ساخته می‌شوند (آبشکنهای جذبی) از نظر میزان رسوبگذاری در میدان آبشکن ومسئله فرسایش در محدوده سازه از عملکرد خوبی برخوردارند. در جدول (2) زاویه انحراف آبشکن‌ها نسبت به امتداد جریان براساس نظریه کارشناسان مختلف ارائه شده است. در این جدول مطابق شکل (8) علامت معرف زاویه انحراف آبشکن است.
شکل (8) زاویه انحراف آبشکن () نسبت به مسیر جریان ]13[
جدول (2) مقادیر پیشنهادی برای زاویه انحراف آبشکن ()]13[
شمارهمرجعاندازه (درجه)ملاحظات1سازمان ملل100-120آبشکن‌های دفعی2ممک100-110آبشکن‌های دفعی3جاگلکار100-120آبشکن‌های دفعی4 “30-60آبشکن‌های جذبی5ماکورا110قوس خارجی6 “100بازه مستقیم7 “90قوس داخلی8 کاپلند90قوس داخلی9آکانتیس و همکاران65آبشکن جذبی10مزاآلوارز70آبشکن جذبی
براساس بررسی‌های انجام گرفته آبشکن‌های دفعی موجب تشدید فرسایش در دماغه و ایجاد چاله فرسایشی عمیق‌تری می‌شوند. از آنجائیکه یکی از اهداف احداث آبشکن برقراری شرایط لازم برای ترسیب مواد رسوبی درمیدان آبشکن می‌باشد. لذا در طراحی آبشکن‌ها این مسئله مورد توجه قرار می‌گیرد. آبشکن‌های دفعی در مقایسه با آبشکن‌های قائم موجب افزایش رسوبگذاری(بخصوص در جناح پایین دست) میدان آبشکن می‌گردد. در این نوع آبشکن‌ها با تشکیل یک گرداب فعال (هسته چرخشی) مواد معلق موجود در آب در میدان آبشکن (و بویژه در محدوده بالادست) آبشکن) ترسیب می‌نماید (چگونگی رسوبگذاری در محدوده آبشکن‌های دفعی و جذبی در شکل (9) نشان داده شده است). آبشکن‌های جذبی برای حفاظت سواحل فرسایشی رودخانه چندان مناسب نمی‌باشند. در این نوع آبشکن‌ها جریان فعال نفوذی به میدان آبشکن اغلب موجب تخریب و فرسایش کناره‌ها گردیده و به نوبه خود سلامت سازه آبشکن را نیز به مخاطره می‌اندازد. آبشکن‌های قائم نیز محدوده حفاظتی کمتری را پوشش می‌دهند. از اینرو آبشکن‌های دفعی در مقایسه با سایر انواع آبشکن‌ها برای حفاظت کناره‌ها از خطر فرسایش و همچنین تحقق اهداف رسوبگذاری و تشکیل لایه رسوبی ضخیم در فضای بین سازه‌ای مناسب می‌باشند.در زمینه آبشستگی پای آبشکن تحقیقات زیادی صورت گرفته و روابطی را جهت تعیین حداکثر عمق آبشستگی در پای آبشکن ارائه کردهاند ولی همچنان به عنوان یکی از مسائل مورد توجه مهندسی رودخانه به حساب میآید.
یکی از نواقص اکثر این تحقیقات استفاده از فلوم مستقیم در آزمایشگاه بوده است. همانطور که بیان گردید از آبشکنها جهت حفاظت سواحل در خم رودخانهها استفاده میشود و با توجه به ماهیت پیچیده جریان در خم رودخانه نمیتوان اطلاعات مربوط به کانالهای مستقیم را برای رودخانههای طبیعی بکار برد. بدلیل تشابه مکانیزم آبشکن و پایه پل، الگوی جریان و آبشستگی در اطراف این دو سازه شباهت زیادی به یکدیگر دارند.
شکل (9) شکل شماتیک الگوی جریان در اطراف آبشکن ]9[
جهت مقابله با آبشستگی ایجاد شده در اطراف پایهها، دیوارهها و آبشکنها روشهای متعددی ارائه شده که یکی از سادهترین و در عین حال اقتصادیترین روشها، استفاده از ریپ رپ میباشد. ریپ رپ لایهای از سنگ یا مواد دیگر بوده که در کانال و به ویژه در اطراف سازهها جهت کاهش اثرات فرسایش مورد استفاده قرار میگیرد. استفاده از ریپ رپ به دلیل در دسترس بودن مصالح، سادگی اجرا و هزینههای کم بسیار متداول است. علی رغم مزایای عنوان شده در فوق، چنانچه طراحی ریپ رپ به دقت صورت نگیرد، پس از مدتی به تدریج تخریب شده و اثر خود را از دست خواهد داد. بر همین اساس هر گونه طراحی موفقیت آمیزی میبایستی جهت حالتهای مختلف شکست مورد بررسی قرار گیرد. بر اساس نظر لاگاس و همکاران (2001) شکست ریپ رپ به سه دسته تقسیم شد که شامل فرسایش المانهای ریپ رپ، فرسایش زیرسطحی و فرسایش تودهای میباشد. فرسایش المانهای ریپ رپ تحت تاثیر اندازه سنگهای ریپ رپ در مقایسه با نیروهای هیدرودینامیکی و توربولانتی میباشد، هر چند شیب ریپ رپ، ضربه و سایش و یخ یا موج نیز میتوانند باعث این نوع تخریب شوند. فرسایش زیر سطحی زمانی اتفاق میافتد که مواد بستر که ریزتر از المانهای ریپ رپ میباشند از بین خلل و فرج ریپ رپ خارج شده و باعث نشست ریپ رپ گردند. استفاده از فیلتر تا حد زیادی این نوع فرسایش را کاهش میدهد. فرسایش تودهای نیز زمانی اتفاق میافتد که قسمت عظیمی از المانهای ریپ رپ و یا مواد بستر تحت تاثیر نیروهای ثقلی لغزیده و یا ریزش کنند. براساس نتایج آزمایشگاهی چیو (1995) سه مکانیزم متفاوت در ناپایداری ریپ رپ در اطراف پایه پل نقش دارند که این سه مکانیزم عبارتند از: گسیختگی ناشی از برش، تخریب زیر سطحی و تخریب لبهای. گسیختگی ناشی از برش در حقیقت همان فرسایش المانهای ریپ رپ بوده که لاگاس و همکاران (2001) به آن اشاره کردند. تخریب لبهای در حقیقت حرکت المانهای ریپ رپ به سمت چاله آبشستگی ایجاد شده در رسوبات بستر بوده که در نهایت این المانها در چاله مذکور افتاده و باعث کاهش اثر محافظتی ریپ رپ میگردند. آنگر و هاگر (2006) سه مکانیزم مختلف لغزش، تخریب زیر سطحی و غلطش را جهت ریپ رپ اطراف پایههای پل معرفی کردند که از این سه مکانیزم تنها لغزش و تخریب زیر سطحی در ریپ رپ اطراف ابشکنها مشاهده گردید (گیسونی و هاگر، 2008). گیسونی و هاگر (2008) در تحقیق خود پایداری ریپ رپ در اطراف مجموعهای از آبشکنها در یک فلوم مستقیم را مورد بررسی قرار داد.
(ضمیمه ب)
شرح روش اجرای تحقیق:
بررسی پارامترهای موثر بر آبشستگی پای آبشکن در قوس
1- خصوصیات مربوط به هندسه سیستم
شیب کانال اصلی (Sm)، عرض کانال اصلی (B)، شعاع قوس (R)، زاویه مرکزی محل استقرار آبشکن در قوس (?)، زاویه آبشکن (?)، فاصله طولی آبشکنها (L)، طول آبشکن (w)، تعداد ردیفهای ریپ رپ(n)، ضخامت ریپ رپ (T)
2- خصوصیات مربوط به جریان
دبی جریان در بالادست آبشکن (Q)، عمق جریان در کانال اصلی (y)، شتاب ثقل (g)
3- خصوصیات مربوط به سیال
جرم واحد حجم مایع (?)، لزجت دینامیکی (?)
4- خصوصیات مواد رسوبی
قطر متوسط ذرات رسوبی (ds)، چگالی رسوبات (s?)، انحراف معیار رسوبات (?)
نحوه انجام آزمایش
در این تحقیق از یک فلوم قوسی جهت انجام آزمایشات استفاده شده است. پارامترهای متغیر در آزمایشات این تحقیق شامل دبی (Q ) ، طول آبشکن(w)، زاویه آبشکن(?) ، تعداد ردیفهای ریپ رپ (n)، فاصله طولی آبشکنها (L)، عمق کارگذاری ریپ رپ (T) میباشد. نحوه انجام آزمایشات به این ترتیب میباشد که در ابتدا سطح بستر را کاملا صاف کرده و با استفاده از Bedprofiler توپوگرافی بستر را برداشت کرده تا پس از آزمایش بتوان مقادیر رسوبگذاری و فرسایش را به طور دقیق تعیین کرد. آزمایشات این تحقیق در دو بخش صورت میگیرد بخش اول آزمایشات شامل بررسی هیدرولیک جریان و وضعیت آبشستگی قوس بدون حضور آبشکنها به عنوان ازمایشهای شاهد میباشد. در این آزمایشات هدف بررسی الگوی جریان، برآورد تنشهای برشی در نقاط مختلف قوس و بررسی الگوی فرسایش در قوس میباشد. متغیرهای مورد نظر در این سری آزمایشات شامل دبی و عمق جریان و ریپ رپ در کف میباشند در بخش دوم این آزمایشات که آزمایشات اصلی این تحقیق میباشد ابتدا آبشکنها در موقعیت مورد نظر خود قرار داده میشوند. محل قرار گیری آبشکن بر اساس محدوده مورد حمله جریان و در نتیجه محدوده فرسایشپذیر انتخاب میگردد.
جهت تعیین این محدوده میتوان از روش معرفی شده توسط U.S. Army Corps of Engineers استفاده نمود (لاگاس و همکاران، 2001). تعیین محدوده مورد نیاز به حفاظت در قوسها در شکل (10) ارائه شده است.
شکل(10)تعیین محدوده مورد نیاز به حفاظت در قوسها بر اساس روش U.S. Army Corps of Engineers
پس از قرار دادن آبشکن باید به نحوه قرار گرفتن ریپ رپ در اطراف این سازهها توجه نمود،. قبل از راه اندازی پمپ، دریچه انتهایی به اندازه کافی بالا آورده شده و سپس به آرامی آب را به داخل فلوم انتقال می دهیم. پس از آنکه آب روی تمامی رسوبات را پوشاند اجازه می‌دهیم تا آب کم کم زهکشی شده و تراکم نقاط مختلف بستر رسوبی یکسان گردد. پس از آن به تدریج آب به درون کانال انتقال داده میشود. در این آزمایشات دبی را به تدریج زیاد کرده تا به دبی از پیش تعیین شده برسد. پس از رسیدن به دبی از پیش تعیین شده، دریچه انتهایی را به تدریج پایین آورده تا عمق مورد نظر در فلوم ایجاد شود. پس از این مرحله اجازه میدهیم آزمایش تا زمان رسیدن به حالت تعادل ادامه یابد. پس از رسیدن به حالت تعادل سطح آب در نقاط مختلف و نیز مولفههای سرعت را با استفاده از دستگاه ADV برداشت میکنیم. با داشتن مولفههای سه بعدی جریان خواهیم توانست مقادیر تنش برشی را در نقاط مختلف قوس تعیین کنیم. پس از آن به آرامی آب داخل فلوم را خارج کرده به گونهای که تغییری در توپوگرافی بستر بوجود نیاید. پس از تخلیه کامل فلوم میتوان با استفاده از Bedprofiler توپوگرافی بستر را برداشت کرده و با مقایسه دو اندازهگیری صورت گرفته الگوی فرسایش و رسوبگذاری را در نقاط مختلف قوس تعیین نمود.
پس از تعیین این محدوده آبشکنها با ابعاد و زوایا و ارتفاعهای مورد نظر در محدوده فرسایشپذیر قوس قرار گرفته و ریپرپهای مختلف با آرایشهای از پیش تعیین شده در اطراف آبشکنها قرار میگیرند. در این مرحله از انجام آزمایشات دبی و یا عمق را به تدریج افزایش داده تا شرایط شکست ریپ رپ حاصل شود. در این سری از آزمایشات با توجه به دبی از پیش تعیین شده، دریچه را به آرامی پایین آورده تا اینکه شرایط ایجاد شده به شکست ریپ رپ منجر شود. معمولا برای هر تغییر عمق یا دبی به مدت 5 دقیقه صبر میکنیم تا جریان مورد نظر به طور کامل بر فلوم حاکم شود. پس از این زمان اگر هیچ کدام از حالات شکست اتفاق نیافتاد، عمق جریان را تغییر میدهیم. منظور از شکست ریپ رپ در این تحقیق حرکت افقی و یا عمودی نزدیکترین المانها به آبشکن میباشد. پس از اتفاق افتادن حالت شکست، میتوان با استفاده از سرعت سنج سه بعدی، مولفه‌های سرعت را در نقاط مختلف قوس و اطراف آبشکنها اندازهگیری کرد.
جدول (3) الگوی کلی آزمایشات
پارامترQ دبیزاویه آبشکن (?)سرعت
(U)طول آبشکن(w)،فاصله طولی آبشکنها (L)،تعداد ردیفهای ریپ رپ (n)عمق کارگزاری ریپ رپ (T)تعداد حالات آزمایش4333333
در انجام آزمایشات این تحقیق پارامترهای فوق مورد بررسی قرار میگیرند. در انتخاب تعداد حالات هر آزمایش از استانداردهای موجود در زمینه آبشکنهای رودخانهای استفاده خواهد شد.
در این تحقیق زوایای مورد بررسی 3 زاویه میباشد در حالت اول زاویه آبشکن عمود در حالت دوم زاویه 60 درجه و در حالت سوم زاویه آبشکن 120 درجه میباشد
L
? W
.

استاندارد موجود در خصوص طول آبشکن عبارت از 10 تا 25 درصد عرض کانال اصلی میباشد که دراین تحقیق خواهیم داشت:

در این تحقیق فاصله آبشکن بر اساس تحقیقات قبلی صورت گرفته لحاظ میگردد در تحقیقات قبلی صورت گرفته بوده که در این تحقیق هم تلاش میگردد از این رابطه استفاده شود.
تحققیات قبلی صورت گرفته بر روی پایداری ریپ رپ اطراف پایه پل نشان میدهد که عمق کارگزاری ریپ رپ نیز بر روی پایداری آنها موثر میباشد. در آن تحقیقات که در این تحقیق در
مرحله اول ریپ رپ بر روی سطح بستر و در مرحله بعد ریپ رپ در عمق معادل و در مرحله بعد ریپ رپ در عمق قرار داده میشود.
جنبههای تازگی و نوآوری تحقیق
بررسیهای به عمل آمده از تحقیقات پیشین صورت گرفته در خصوص هیدرولیک آبشکن و پایداری ریپ رپ نشان میدهد تا کنون تحقیق جامعی صورت نگرفته است ایده این تحقیق از بررسی مطالعات صورت گرفته در خصوص الگوی جریان و رسوب در قوسها و همچنین تحقیقات صورت گرفته در خصوص پایداری پایههای پل و با توجه به اینکه هیچ گونه معیاری در خصوص پایداری آبشکنها وجود ندارد، آغاز و پس از برگزاری هشتمین کنفرانس مهندسی رودخانه و صحبت با دکتر ویلی هاگر تکمیل گردید. لازم به ذکر است که تحقیق مشابهی در دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز بر روی برخی دیگر از جنبههای پایداری آبشکن در قوسها در حال انجام میباشد که در آن تحقیق پارامترهای متغیر عبارتند از: طول آبشکن، ارتفاع آبشکن، قطر ریپ رپ و تعداد ردیفهای ریپ رپ.
در این تحقیق که به عنوان ادامه تحقیق قبل میباشد پارامترهای متغیر مورد بررسی عبارتند از: زاویه آبشکن، طول آبشکن، فاصله طولی آبشکن، ضخامت ریپ رپ و عمق کارگزاری ریپ رپ میباشد.
آنالیز ابعادی
پارمترهای موثر در این تحقیق عبارتند از:
1- خصوصیات مربوط به هندسه سیستم
شیب کانال اصلی (Sm)، عرض کانال اصلی (B)، شعاع قوس (R)، زاویه مرکزی محل استقرار آبشکن در قوس (?)، زاویه آبشکن (?)، فاصله طولی آبشکنها (L)، طول آبشکن (w)، تعداد ردیفهای ریپ رپ(n)،قطر ریپ رپ ، ضخامت ریپ رپ (T)
2- خصوصیات مربوط به جریان
دبی جریان در بالادست آبشکن (Q)، عمق جریان در کانال اصلی (y)، شتاب ثقل (g)، شتاب ثقلی نسبی
3- خصوصیات مربوط به سیال
جرم واحد حجم مایع (?)، لزجت دینامیکی (?)
4- خصوصیات مواد رسوبی
قطر متوسط ذرات رسوبی (ds)، چگالی رسوبات (s?)، انحراف معیار رسوبات ، قطر ریپ رپ
5- تعداد آبشکن
6- متوسط سرعت مقطع عرضی در محیط رسوبی
7- متوسط سرعت مقطع عرضی در شکست ریپرپ
8- طول نسبی آبشکن
9- ارتفاع نسبی آبشکن
10- ارتفاع آبشکن
از جمله پارامترهای بدون بعد در این تحقیق میتوان به موارد زیر اشاره نمود:

1) نسبت فاصله طولی آبشکن به طول آبشکن
2) نسبت طول آبشکن به عرض کانال
3) زاویه آبشکن
4) عدد فرود ذره
5) عدد فرود آستانهای
6) عدد رینولدز
7) نسبت طول آبشکن به عمق جریان
8) نسبت عمق جریان به دانهبندی رسوبات
9) نسبت عمق جریان به ضخامت ریپرپ
10) نسبت سرعت بحرانی به سرعت برشی بحرانی جریان
11) نسبت شعاع به زاویه آبشکن
12) فاکتور بالا آمدگی هیدرولیکی
13) فاکتور بالا آمدگی هیدرولیکی آبشکن
14) شعاع هیدرولیکی جریان آستانهای
15) فاکتور هندسی آبشکن
16) فاکتور ریپرپ
17) نسبت رسوبات
بررسیهای به عمل آمده نشان میدهد که:
همانگونه که در بخش مروری بر منابع بیان خواهدگردید بر اساس نظرات هاگر و الیوتو (2002) تمام اثراتی که از جریان سیال و رسوبات منشا می گیرند در ضابطه شیلدز دیده شده اند و اضافه کردن هرگونه پایه و یا دیواره ای تنها باعث تاثیرات هندسی می گردد.
بنابراین می توان از نسبت شکل آبشکن که حاصلضرب نسبت انسداد و ارتفاع نسبی آبشکن میباشد و نیز تعداد ردیف های ریپ رپ و قطر ریپ رپ به عنوان تاثیر آبشکن بر آستانه حرکت ذرات استفاده نمود. که این مورد از دیگر اهاف این تحقیق می باشد.
شیلدز در سال 1936 دیاگرامی ارائه داد که در آن عدد رینولدز ذره را به مربوط میکرد. در این رابطه u*= سرعت برشی، i?= تنش برشی آستانه میباشد. این رابطه نقدهای زیادی را به همراه داشته ولی تا امروز به عنوان بهترین رابطه جهت آستانه حرکت رسوبات به حساب میآید. امروزه معادلات متعددی جهت منحنی آستانه حرکت شیلدز معرفی شده ولی اغلب آنها پیچیده میباشند. یکی از این معادلات توسط هاگر و دلجودس (2000) براساس عدد بیبعد اندازه ذره محدوده مورد نظر را به سه قسمت تقسیم کردند. در رابطه فوق میباشد. بر این اساس دیاگرام شیلدز را میتوان به صورت زیر نشان داد:

در این معادلات که به عنوان تنش برشی بیبعد آستانه حرکت شناخته میشود. از آنجا که تخمین S0 کار بسیار مشکلی است میتوان با استفاده از معادله مانینگ- استریکلر آن را حذف کرد.
که در آن V= سرعت متوسط مقطع، S0= شیب سطح آزاد و Rh= شعاع هیدرولیکی میباشد. با توجه به رابطه استریکلر میتوان ضریب زبری مانینگ را بر حسب اندازه متوسط ذره نوشت:

حال میتوان نوشت که

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

براین اساس برای سه محدوده D* که قبلا معرفی شد معادلاتی بر اساس دینامیک سیال، مشخصات رسوب و عمق جریان نسبی وجود خواهد داشت.
از دیگر مسائل مورد بررسی در این تحقیق بررسی هیدرولیک جریان میباشد. همان گونه که اشاره گردید در آزمایشات این تحقیق از سرعت سنج سه بعدی به منظور اندازه گیری سرعت استفاده خواهد گردید. لذا با داشتن مولفههای سه بعدی جریان خواهیم توانست مقادیر تنش برشی را در نقاط مختلف قوس تعیین کنیم. بررسیهای اولیه حاکی از آن است که:

(ضمیمه ج)
پیشینه موضوع در ایران و جهان با ذکر منابع معتبر:
از آنجا که در زمینه هیدرولیک جریان و پایداری ریپ رپ در اطراف آبشکن در قوس مطالعات محدودی صورت گرفته در این قسمت علاوه بر این مطالعات، تحقیقات صورت گرفته در زمینه هیدرولیک جریان و رسوب در قوسها و نیز مطالعات مربوط به هیدرولیک جریان در اطراف آبشکنها ارائه میگردد.
تحقیقات محققین داخلی
در ایران به خصوص در سالهای اخیر مطالعات گستردهای در زمینه هیدرولیک جریان و رسوب در قوس و نیز پایداری ریپ رپ اطراف آبشکن صورت گرفته که از جمله مهمترین این تحقیقات میتوان به موارد زیر اشاره کرد.
فتحی (1371) با استفاده از فلوم آزمایشگاهی با طول 15 متر و عرض و عمق 60 سانتیمتر با کف و دیواره بتنی به انجام آزمایشاتی به منظور بررسی اثر نسبت بدون بعد S/L (فاصله دو آبشکن به طول آبشکن) بر روی عمق آبشستگی پرداخت. آزمایشات بر روی دو اندازه آبشکن به طول 18 و 12 سانتیمتر، 3 شیب و 3 دبی انجام شد. قطر متوسط رسوبات بستر 2 میلیمتر بوده است. براساس آزمایشات این محقق اگر این نسبت کمتر از 2 باشد جریانهای ثانویه تشکیل نشده و رسوبگذاری بین دو آبشکن بندرت صورت
میگیرد و در صورتی که این نسبت بیش از 4 باشد جریان بین دو آبشکن باعث افزایش فرسایش موضعی دماغه آبشکن و کاهش میزان رسوبگذاری میشود و فرسایش ساحل کناری بیشتر میگردد. پیشنهاد این محقق برای این نسبت بین 2 تا 4 میباشد که باعث افزایش رسوبگذاری و کاهش فرسایش موضعی
میشود.
شریفی منش (1374) با استفاده از مدل فیزیکی به انجام آزمایشاتی به منظور مطالعه حداکثر عمق آبشستگی اطراف آبشکن پرداخت. این آزمایشات در یک فلوم ازمایشگاهی به طول 14 متر، عرض 2 متر و عمق 5/0 متر که در مرکز تحقیقات آب وزارت نیرو به همین منظور طراحی و ساخته شده بود انجام گرفت. در طی انجام آزمایشات عمق جریان، دبی جریان و نسبت بازشدگی آبشکنها به عنوان پارامترهای متغیر درنظر گرفته شده و تاثیر هریک از این عوامل بر روی آبشستگی اطراف آبشکنها مورد بررسی قرار گرفت. در هر آزمایش تعداد 4 آبشکن به طول 5/0 متر مورد استفاده قرار گرفت، همچنین فاصله آبشکنها 5/1 متر درنظر گرفته شده بود. نتایج حاصل از این آزمایشات نشان داد که: (1) هرچه درصد بازشدگی آبشکن بیشتر باشد از میزان حداکثر عمق آبشستگی اطراف آن کاسته میشود. (2) در آبشکن بسته حفره آبشستگی اطراف دماغه آبشکن می‌باشد در حالیکه در آبشکن باز آبشستگی در سرتاسر آبشکن اتفاق می‌افتد.


دیدگاهتان را بنویسید