تحقیق بررسی پروفیل آبشستگی پایین دست پرش هیدرولیکی با استفاده از تحقیقات آزمایشگاهی 39 ص
دسته بندي :
دانش آموزی و دانشجویی »
دانلود تحقیق
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل : word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 28 صفحه
قسمتی از متن word (..doc) :
بررسی پروفیل آبشستگی پایین دست پرش هیدرولیکی با استفاده از تحقیقات آزمایشگاهی
2-1 مقدمه
از جمله مسائل مهمی که ارتباط مستقیم با رسوبات رودخانه‌ای دارد و لازم است تا مهندسان هیدرولیک آشنایی کافی با آن داشته باشند مسأله آبشستگی (کف کنی Degadation
) و رسوبگذاری (بالا آمدن بستر Agradation
) رودخانه می باشد.
چنانچه مقدار رسوب وارد شده کمتر از مقدار رسوب خارج شده باشد، عمل فرسایش کف رودخانه (و یا بدنه آن) وجود دارد. در اثر این عمل کف رودخانه بتدریج گود می شود. یکی از محل‌هایی که بطور کلی در معرض گود شدن بستر قرار دارد، پایین دست سدهای مخزنی می‌باشد، زیرا سدهای مخزنی تا 99 درصد از رسوبات حمل شده توسط رودخانه در شرایط عادی را در پشت خود نگه می‌دارند و در نتیجه آب تقریباً بدون رسوب از سد بیرون خواهد ریخت. بعلت اینکه این آب قدرت حمل رسوب را دارد، رسوبات خود را از بستر رودخانه (پایین دست) تأمین می‌کند. با حمل این رسوبات به پایین دست بتدریج بستر رودخانه گود خواهد شد. گود شدن بستر رودخانه تأثیراتی روی محیط اطراف دارد که در ذیل به برخی از آنها اشاره خواهد شد. [1]
الف) گود شدن بستر رودخانه در پایین دست حوضچه آرامش باعث ایجاد شکست برشی و لغزش در بستر حوضچه می‌شود و با افزایش عمق آبشستگی، تأسیسات حوضچه آرامش و سد در خطر قرار می‌گیرد.
ب) در مورد سدهایی که روی پی نفوذپذیر قرار دارند، پایین آمدن سطح بستر رودخانه باعث افزایش پتانسیل مؤثر (گرادیان هیدرولیکی) می‌شود. این افزایش در هنگام طراحی می‌باید منظور شود زیرا این امر سبب فزونی فشار بالا برنده و ایجاد پدیده تراوش می‌گردد.
ج) پایین آمدن بستر رودخانه در اثر عمل گود شدن آن باعث خواهد شد تا ظرفیت حمل رودخانه برای مواقع سیلابی زیاد گردد که در نتیجه باعث کاهش سطح آب در هنگام سیلاب می‌شود.
در بعضی از کشورها نظیر چین و هندوستان سعی شده است تا از عمل گود شدن بستر به طور مصنوعی به عنوان یک راه حل برای مسأله سیلاب استفاده کنند.
د) گود شدن بستر رودخانه خطراتی برای پایه‌های پل Bridge piers
بوجود خواهد آورد. در مورد پل‌ها می‌باید مقدار گود شدن در اثر عمل آبشستگی محاسبه گردد و در طراحی پایه پل مد نظر قرار گیرد.
از آنجائیکه مکانیزم عمل آبشستگی درمکان‌های مختلف متفاوت می‌باشد، از این رو آبشستگی را به دو نوع تقسیم‌بندی می‌کنند. نوع اول، آبشستگی عمومی General Scour
مثل آبشستگی در اثر انقباض تدریجی مقطع رودخانه می‌باشد. این نوع آبشستگی در محل‌هایی رخ می‌دهد که سرعت جریان به دلایلی افزایش می‌یابد. برای مثال کاهش مقطع رودخانه در محل احداث پل یا در محل ایجاد آبشکن‌های متوالی باعث بروز آبشستگی عمومی در مقطع تنگ شده می‌گردد. نوع دیگر آبشستگی، آبشستگی موضعی Local Scour
می‌باشد. این نوع آبشستگی در پایین دست سازه‌های هیدرولیکی، اطراف آبشکن‌ها، در محل پایه‌های پل و بطور کلی در هر مکانی که شدت جریان‌های در هم به طور موضعی افزایش یابد بوجود می‌آید.
2-2- انواع آبشستگی
2-2-1- آبشستگی عمومی
آبشستگی عمومی در دو حالت اتفاق می‌افتد:
الف) در جائیکه رودخانه هنوز به حالت تعادل نرسیده و پتانسیل حمل رسوب در بازه‌ای از رودخانه بیش از میزان رسوب ورودی به این بازه باشد.
ب) در جائیکه سرعت جریان به دلایلی افزایش پیدا می‌کند مانند کاهش مقطع رودخانه در محل پل‌ها که در مقطع تنگ شده آبشستگی عمومی اتفاق می‌افتد.
در محل احداث پل، آبشکن و یا دیواره ساحلی Abutment
معمولاً عرض رودخانه را کاهش می‌دهند (شکل 2-1) این عمل باعث می‌شود که سرعت جریان در این محدوده افزایش یابد در نتیجه به ظرفیت حمل رسوب افزوده شده و سبب خواهد شد تا بستر رودخانه در این محل فرسایش یابد. عمل فرسایش آنقدر ادامه می‌یابد تا ظرفیت حمل رسوب کاهش یافته و برابر با ظرفیت حمل رسوب در مقطع بالادست گردد. در این حالت فرسایش در این محل متوقف می‌گردد. هرچند این فرسایش موجب می‌شود که تأثیر پس زدگی آب در بالادست کاهش یابد ولی بخاطر این مسئله نباید اجازه داده شود تا فرسایش صورت گیرد زیرا آبشستگی باعث خطرات جدی مثل ریزش پل می‌گردد. [1]
شكل 2-1: آبشستگي به دليل تنگ شدگي مقطع جريان
برای محاسبه میزان آبشستگی در اثر تنگ شدگی روابطی نیز ارائه شده است که از آن جمله می‌توان به رابطه لارسن و توچ Laursen & Toch
که بصور زیر بیان شده است اشاره کرد. [10]
(2-1)
که در این رابطه:
: عرض مقطع تنگ شده (m)
: عرض رودخانه (m)
: عمق جریان در بالادست مقطع تنگ شده (m)
: نسبت تنگ شدگی
: عمق آبشستگی در مقطع تنگ شده (m)
: ضریبی است که بین 0.67 و 0.80 متغیر می‌باشد.
در حالتی که جریان از جداره‌های رودخانه لبریز کند، معادله (2-1) بصورت زیر در می‌آید:
(2-2)
در این رابطه:
Q: دبی کل
Q: دبی جریان لبریز شده
شكل 2-2: آبشستگي در تنگ شدگي
2-2-2- آبشستگی موضعی
همانگونه که قبلاً اشاره شد، آبشستگی موضعی در هر مکانی که شدت جریان‌های درهم به طور موضعی افزایش می‌یابد، بوجود می‌آید.
همانگونه که قبلاً اشاره شد، آبشستگی موضعی در هر مکانی که شدت جریان‌های درهم بطور موضعی افزایش می‌یابد، بوجود می‌آید.
آبشستگی موضعی پایین دست سازه‌های هیدرولیکی نظیر سرریزها، شوتها، دریچه‌ها و غیره پدیده‌ای است که به‌دلیل وجود سرعت محلی بیش از سرعت بحرانی (سرعت آستانه حرکت ذرات) بوجود می‌آید. دلایل آن را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:
ناکافی بودن مقدار استهلاک انرژی
تشکیل پرش هیدرولیکی ناپایدار و انتقال پرش خارج از کف حوضچه آرامش
بوجود آمدن جریان‌های پیچشی در پایین دست سازه‌های هیدرولیکی.
شکل (2-3) چند نوع سازه هیدرولیکی و آبشستگی پایین دست آنها را نشان می‌دهد. میزان عمق آبشستگی برای هر یک از سازه‌ها بستگی به شرایط هیدرولیکی جریان و مشخصات رسوب و شرایط هندسی سازه دارد. تخمین میزان عمق آبشستگی از این رو اهمیت دارد که این پدیده ممکن است باعث تخریب سازه گردد. یک فرمول عمومی که بتواند برای تعیین میزان عمق فرسایش در هریک از حالات مورد استفاده قرار گیرد وجود ندارد. روشی که معمولاً استفاده می‌شود، پیدایش رابطه‌ای در آزمایشگاه و با استفاده از مدل‌های هیدرولیکی می‌باشد.
برای بدست آوردن روابط هیدرولیکی در زمان شروع حرکت ذره، روشهای متعددی ارائه شده است که در زیر تعدادی از این روش‌ها ذکر خواهد گردید:
2-3-1- روش تنش برشی
شیلدز (1936) Shields
مطالعات بنیادی خود را برای یافتن رابطه‌ای در آستانه حرکت ذرات انجام داد. او پس از آزمایشهای متعدد شروع حرکت ذرات کروی یکنواخت را وابسته به عوامل زیر تشخیص داد:
اندازه ذره ، لزجت مایع ، جرم مخصوص مایع ، وزن مخصوص ذره تنش برشی جریان در آستانه حرکت ذره .
به عبارت دیگر می‌توان نوش: