بررسي عددي درجه غيريكنواختي رسوبات بر آبشستگي موضعي در پايه‌هاي پل تكي و سه تايي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

علوم و مهندسي آب

كارشناسي ارشد

آبشستگي پديده‌اي طبيعي به معناي كاهش سطح بستر رودخانه با حذف رسوبات به دليل فرسايش حاصل از جريان است. در سازه¬هاي هيدروليكي به ويژه پل¬ها اين پديده مي¬تواند به پايداري و دوام سازه آسيب برساند، چراكه سيال آب مي¬تواند خاك كف و اطراف پايه هاي سازه هاي هيدروليكي يا ديوارها و سواحل رودخانه ها و درياها را بشويد و با خود در جهت جريان حمل كند. در هر سال در سراسرجهان پل¬هاي زيادي به دليل آبشستگي تخريب مي¬شوند. بدين ترتيب آبشستگي پايه پل يكي از مهمترين چالش¬ها و نگراني¬ها در ايمني پل¬ها است. بنابراين،تخمين دقيق حداكثر عمق آبشستگي به منظور حفظ سرمايه مالي و جان انسان ها اهميت بالايي دارد. پيچيدگي و تنوع پارامترهاي اثرگذار در آبشستگي موضعي پايه پل در آزمايشگاه سبب بررسي پرهزينه و زمان‌بر اين پديده به صورت آزمايشگاهي مي‌شود. در حالي كه بررسي اين گونه پارامترها توسط روش‌هاي عددي اين معضل را برطرف مي‌كند. در اين پژوهش به بررسي عددي آبشستگي موضعي در اطراف تك پايه پل و گروه‌هاي‌ پايه‌ پل‌ در دو بستر رسوبي يكنواخت و غيريكنواخت پرداخته شده است. شبيه¬سازي مذكور در مدت زمان يك ساعت توسط نرم¬افزار SSIIM انجام گرفت ( 12 آزمون عددي). براي شبيه‌سازي آبشستگي موضعي در اطراف 1پايه پل نياز به مطالعه آزمايشگاهي براي واسنجي نتايج عددي خواهد بود. بدين منظور از مطالعات منتخب آزمايشگاهي اخروي (1399) براي تطابق نتايج عددي تكامل زماني عمق آبشستگي با نتايج آزمايشگاهي ايشان استفاده شده است. آزمايش¬هاي تك پايه براي دو بستر رسوبي يكنواخت و غيريكنواخت براساس نتايج آزمايشگاهي اخروي(1399) در مدت زمان يك ساعت واسنجي شدند. مقايسه نتايج مدل عددي و آزمايشگاهي نشان¬دهنده¬ي توافق بالاي آن¬ها براي هر دو بستر يكنواخت و غيريكنواخت است. در مطالعه عددي حاضر، متغير مؤثر بر آبشستگي در تك پايه تنها ميزان غيريكنواختي ذرات (σg) مي¬باشد و در آزمايش¬هاي گروه¬پايه، دو متغير σg و s/dpبر فرآيند آبشستگي مؤثرند. براي هر آزمايش نمودار تكامل زماني حداكثرعمق آبشستگي، توپوگرافي سطح بستر، نيم¬رخ طولي عمق آبشستگي و موقعيت نقطه حداكثر عمق آبشستگي ترسيم و مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. نتايج شبيه¬سازي در حالت گروه پايه نشان داد كه با افزايش فاصله بين پايه¬ها در بستر رسوبي يكنواخت، حداكثر عمق آبشستگي به طور كلي در گروه¬پايه كاهش يافته است. در حالي كه براي بسترهاي غيريكنواخت در شرايط يكسان جريان، روند خاصي بين حداكثر عمق آبشستگي و فاصله بين پايه¬ها مشاهده نشد كه دليل اين موضوع را مي¬توان با توزيع دانه¬بندي ذرات در بسترهاي غيريكنواخت و رفتارهاي تصادفي ذرات رسوب مرتبط با اندازه و درجه غيريكنواختي مصالح بستر مرتبط دانست. علاوه بر اين نتايج شبيه¬سازي نشان داد كه شكل گودال آبشستگي و تپه رسوبات در دو بستر رسوبي يكنواخت و غيريكنواخت بسيار متفاوت هستند. تغيير فاصله بين پايه¬ها در بستر رسوبي يكنواخت سبب تغيير آشكار در شكل گودال و تپه رسوبات نشده است. در حالي كه در بستر رسوبي غيريكنواخت، در فاصله كم بين پايه¬ها، رسوبات منتقل شده در محور مركزي محيط محاسباتي تجمع يافته است كه با افزايش اين فاصله به سمت خارج از محور مركزي محيط محاسباتي متمايل مي¬شوند. همچنين بررسي نتايج نشان داد كه موقعيت نقطه حداكثر عمق آبشستگي در بستر يكنواخت و غير يكنواخت تفاوت دارد به طوري¬كه در بستر رسوبات يكنواخت نقطه حداكثر عمق آبشستگي تقريباً در جلوي پايه و با زاويه 33 درجه نسبت به مركز پايه قرار گرفته است، در حالي كه در بستر غيريكنواخت، به دليل وجود ذرات درشت¬دانه در جلوي پايه، حداكثر عمق آبشستگي به كناره¬هاي پايه متمايل مي¬شود و زاويه آن با مركز پايه، 61 درجه مي¬باشد.

224481

سازه هاي آبي

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان