پایان نامه ارشد: بررسی آزمایشگاهی اثر طوقه های لبه دار بر فرآیند آب شستگی موضعی در اطراف پایه های مدور در شرایط آب صاف

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : سازه های هیدرولیکی

عنوان : بررسی آزمایشگاهی اثر طوقه های لبه دار بر فرآیند آب شستگی موضعی در اطراف پایه های مدور در شرایط آب صاف

دانشگاه قم

دانشکده­ فنی و مهندسی

پایان نامه­ دوره­ کارشناسی ارشد سازه های هیدرولیکی

عنوان:

بررسی آزمایشگاهی اثر طوقه های لبه دار بر فرآیند آب شستگی موضعی در اطراف پایه های مدور در شرایط آب صاف

استاد راهنما:

جناب آقای دکتر علیخانی

استاد مشاور:

جناب آقای دکتر رستمی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)چکیده:آب شستگی در اطراف سازه های موجود در مسیر جریان از موضوعاتی مهمی است که در طرح این گونه سازه ها بایستی مورد توجه قرار گیرد. به این منظور بررسی این پدیده در اطراف پایه های مدور در شرایط آب صاف مدل سازی فیزیکی آزمایشگاهی انجام شد. به این منظور از دو نوع طوقه‌‌‌‌‌ی لبه دار شامل طوقه های با لبه‌ی قائم و طوقه های با لبه‌ی مایل استفاده شد که ارتفاع لبه های استفاده شده در هر یک از این طوقه ها 0.5 cm،1.0 cm  و 1.5 cm می باشد. همچنین در این تحقیق اثر ارتفاع بر کارایی طوقه های لبه دار بررسی شد که به این منظـور طوقه ها در تراز های +5 cm،+2.5 cm ،0.0 cm ،-1.5 cm  و -3cm نصب شدند. در این تحقیق مشاهده شد که  طوقه های لبه دار در تراز های بالاتر نسبت به طوقه­ی بدون لبه درهمان تراز، عملکرد بهتری داشته و طوقه با لبه­ی مایل 0.5 cm در مقایسه با سایر طوقه های لبه دار، در اکثر تراز ها بهترین عملکرد را نسبت به طوقه­ی بدون لبه در همان تراز داشته است. تمامی آزمایش های انجام شده در این مطالعه در بخش تحقیقات رودخانه ایی پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری جهاد کشاورزی انجام شده است. فصل اول: کلیات1-1- مقدمهآب شستگی در اطراف پایه های پل هایی که بر روی رودخانه ها قرار گرفته اند با توجه به شرایط رودخانه ها بیشتر در حالت جریان یکنواخت[1] (در شرایط معمولی و جریان عادی رودخانه) و یا در شرایط جریان غیر یکنواخت[2] (در شرایط سیلاب و یا در مکان هایی که مسیر رودخانه عوض می شود) رخ می دهد. تاکنون تحقیقات بسیار زیادی در زمینه فرآیند آب شستگی انجام شده است. بسیاری از این تحقیقات در زمینه های شناسایی مکانیزم های موثر بر فرآیند آب شستگی، تعیین عمق آب شستگی در حالت تعادل[3]،  زمان بندی آب شستگی، بررسی عوامل موثر مختلف بر آب شستگی از قبیل اندازه و نوع خاک بستر، رژیم جریان(آب صاف[4] یا بستر فعال[5]) سرعت جریان، اندازه پایه های پل، شکل پایه ها و ... انجام شده است.2-1- ضرورت تحقیقبا توجه به پتانسیل تخریب پل ها در اثر آب شستگی و هزینه های مالی و جانی آن، تلاش برای فهم فرآیند آب شستگی  و روشهای مقابله با آن امری ضروری به نظر می رسد. تخمـین عمق آب شستگی پایه یک پل کمتر از مقدار واقعی منجر به تخریب آن می شود در حالیکه تخمین بیش از حد آن  نیز منجر به تحمیل هزینه های بالاتر برای ساخت پل می شود[1].در ایالات متحده فاکتورهای هیدرولیکی متعددی از قبیل ناپایداری جریان، رسوب گذاری و رسوب برداری بستر در بلندمدت،آب شستگی کلی[1]، آب شستگی موضعی[2]  و حرکت جانبی ذرات بستر به عنوان عوامل اصلی برای 60% از خرابی های سـازه ای پل در آمریکا شناخـته شده است[19]. حادثه مصیبت بار فروپاشی پل U.S.51 که بر روی رودخانه هتچی  واقع شده بود، منجر به مرگ 8 نفر شد[19]. در اثر تخریب پل واقع بر رودخانه آریو پاساژرو واقع در کالیفرنیا که در زمان رخداد یک سیل بزرگ به وقوع پیوست 7 نفر کشته شدند[19].3-1- اهداف هدف اصلی در این تحقیق بررسی اثر طوقه های لبه دار در کاهش عمق آب شستگی موضعی در اطراف پایه های مدور و در شرایط آب صاف می باشد. برای این منظور ابتدا یک بار آزمایشات با شرایط مذکور برای پایه مدور بدون طوقه انجام می شود سپس در مرحله دوم آزمایشات عیناً برای پایه های مدور با طوقه بدون لبه انجام می شود و در مرحله سوم آزمایشات برای طوقه های لبه دار انجام خواهد شد. در هرآزمایش عمق آب شستگی اندازه گیری خواهد شد تا درصد تغییر ماکزیمم عمق آب شستگی نسبت به طوقه بدون لبه بدست آید. همچنین آزمایشات برای طوقه های نصب شده  ارتفاع های متفاوت نسبت به بستر و با ارتفاع لبه های متفاوت و با زاویه های متفاوت نسبت به طوقه  انجام می شود تا اثر این سه پارامتر بر عمق آب شستگی بررسی شود.4-1- نوع تحقیقتحقیق ارائه شده عنوان رساله کارشناسی ارشد دپارتمان سازه های هیدرولیکی دانشگاه قم می باشد که بر اساس آزمایشاتی است که درآزمایشگاه مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آب خیز داری وزارت جهاد کشاورزی واقع در تهران و با استفاده از یک مدل فیزیکی، می باشد.5-1- ساختار پایان نامهاین پایان نامه مشتمل بر پنج  فصل می باشد که درفصل اول کلیات مبحث آب شستگی موضعی آورده شده است. در فصل دوم تحقیقاتی که توسط سایر محققین در زمینه استفاده از طوقه ها در کاهش عمق آب شستگی انجام شده است تشریح شده و در فصل سوم روش انجام آزمایشات و وسایل به کار رفته در آزمایشات توضیح داده شده است. ارائه و آنالیز نتایج در فصل چهارم بیان شده و در فصل پنجم با توجه به نتایج به دست آمده نتیجه گیری شده است.فصل دوم: تاریخچه تحقیق1-2- مقدمهتاکنون مقالات وکتاب های زیادی راجع به آب شستگی موضعی که در خاک های غیر چسبنده در اطراف پایه های یک پل اتفاق می افتد، به چاپ رسیده است. در این فصل سعی بر خلاصه کردن مطالب راجع به آب شستگی موضعی در خاک های غیر چسبنده و چگونگی توسعه آب شستگی در طول زمان و همچنین روش های کاهش آب شستگی موضعی در پایه های پل می باشد.2-2- آب شستگی چیست؟برازرز و همکاران(1977) آب شستگی را این گونه تعریف کرده اند: آب شستگی یک پدیده طبیعی است که در اثر جریان آب در رودخانه ها و جویبارها به وجود می آید. این پدیده نتیجه اثر فرسایشی آب می باشد که مواد و مصالح را از بستر و کناره های رودخانه ها و همچنین از اطراف پایه های پل و تکیه گاه های آن ها می شوید و در جاهای دیگر از رودخانه قرار می دهد.کریمیسینوف و همکاران(1987) بــــیان می کنــــــندکه آب شستگی به معنای پایین رفتن سطح بستر رودخانه بوسیله فرسایش آب می باشد که این فرآیند تا رسیدن به فونداسیون سازه های رودخانه ای و در نتیجه تخریب آن ها ادامه می‌یابد.به مقدار پایین رفتگی سطح بستر رودخانه (نسبت به قبل از رخداد آب شستگی) عمق آب شستگی گفته می‌شود. گودال آب شستگی به حفره تو رفتگی که پس از حرکت ذرات بستر به وسیله جریان آب به جا می ماند گفته می‌شود.3-2- انواع آب شستگیبه طور کلی آب شستگی به سه نوع تقســـیم می‌شود که شـــــامل آب شستـــگی کلی، آب شستگی انسدادی[1] و آب شستگی موضعی تقسیم می‌شود.کریمیسینوف و همکاران(1987) در یک تقســیم بــــندی دیگــــر آب شســتگی را به دو نوع کلی آب شستگی کلی و آب شستگی ناحیه ایی[2] تقسیم بندی کرده است که این تقسیم بندی در دیاگرام 2-1 نشان داده شده است.آب شستگی کلی این نوع از آب شستگی باعث تغییر در ارتفاع و تراز بستر رودخانه بخاطر علل انسانی یا طبیعی و همچنین باعث پایین رفتن پروفیل طولی در کل رودخانه می‌شود. این نوع از آب شستگی در اثر تغییر در رژیم رودخانه به وجود می آید. همان طور که از دیاگرام 2-1 پیداست آب شستگی کلی به دو نوع طولانی مدت وکوتاه مدت تقسیم می‌شود که آب شستگی کوتاه مدت در اثر یک یا چند سیلاب نزدیک به هم و در مدت زمان کوتاه به وقوع می پیوندد در حالیکه آب شستگی طولانی مدت در زمان طولانی تر (معمولاً در حدود چند سال) به وقوع می پیوندد و شامل فرسایش سواحل کناری رودخانه می‌شود.آب شستگی ناحیه اییبر خلاف آب شستگی کلی، آب شستگی ناحیه ایی در اثر حضور پل یا هر سازه دریایی و رودخانه ای دیگر به وجود می آید. این نوع آب شستگی به دو نوع آب شستگی انسدادی و آب شستگی موضعی تقسیم می‌شود.آب شستگی انسدادیاین نوع آب شستگی در اثر تنگ شدگی جریان ( که ممکن است بصورت طبیعی یا در اثر فعالیت های انسانی به وجود آید) رخ می دهد. در اثر این تنگ شدگی فضایی که جریان آب می تواند از آن عبور کند کاهش می‌یابد و در نتیجه سرعت متوسط جریان آب افزایش می‌یابد. در اثر این افزایش سرعت، نیروی فرساینده ای که از طرف جریان آب به بستر وارد می‌شود افزایش می‌یابد در نتیجه بستر رودخانه تحت فرسایش قرار می‌گیرد و سطح آن پایین تر می رود. آب شستگی در اطراف پایه های پل که بر روی بستر رودخانه قرار می گیرند نمونه خوبی از آب شستگی انسدادی می باشند.آب شستگی موضعیاین نوع از آب شستگی به فرسایش قسمتی از بستر رودخانه که در مجاورت پایه پل قرار گرفته است اطلاق می‌شود. در اثر برخورد جریان آب با پایه پل، شتاب جریان آب افزایش می یابد و باعث به وجود آمدن گرداب های کوچک می‌شود که در اثر تشکیل این گردابه ها ذرات از اطراف پایه های شسته می‌شوند و آب شستگی موضعی به وجود می آید. آب شستگی در مجاورت پایه های پل نمــونه خوبی از آب شســتگی موضعی می باشد که در شکل 2-1 این نوع از آب شستگی به وضوح نمایان می باشد.از آنجایی که موضوع اصلی این تحقیق راجع به آب شستگی موضعی می باشد، این نوع از آب شستگی در قسمت های بعدی بیشتر مورد بررسی قرار می‌گیرد. در ادامه این رساله منظور از آب شستگی، آب شستگی موضعی می باشد.4-2- مکانیزم های آب شستگی موضعیبر اساس تحقیقات انجام گرفته مکانیزم های اصلی که باعث به وجود آمدن آب شستگی درپایه های پل می‌شود شامل جریان رو به پایین (که در وجه بالا دست پایه پل رخ می دهد) و گردابه ها[1] (که در بستر تشکیل می‌شوند) می باشد.[28]گردابه ها به دو گونه گردابه های پشت پایه[2] و ورتکس نعل اسبی[3] تقسیم می شوند که هر یک به تفصیل توضیح داده می‌شوند.زمانی که پایه یک پل در رودخانه و یا پایه یک سازه دریایی در ساحل دریا قرار می‌گیرد، جریان آب هر چه قدر به پایه نزدیک تر می‌شود سرعت آن کاهش می‌یابد تا هنگامی‌که به وجه بالادست پایه برخورد می کند و سرعت آن به صفر می رسد که نتیجه آن افزایش فشار در وجه بالادست پایه می باشد. افزایش فشار در نقاط نزدیک به سطح بیشتر از افزایش فشار در نقاط نزدیک به بستر می باشد چون کاهش سرعت جریان در نقاط نزدیک به سطح آب بیشتر از کاهش سرعت در نقاط نزدیک به بستر می باشد. علت این امر شکل پروفیل سرعت جریان آب می باشد که در نقاط نزدیک به سطح سرعت جریان آب بیشتر از نقاط نزدیک به بستر می باشد. به عبارت دیگرهمان طور که سرعت جریان از بالا به پایین کاهش می‌یابد فشار ایستایی هم متناظراً از بالا به پایین کاهش می‌یابد که این به معنای به وجود آمدن یک گرادیان فشار رو به پایین می باشد که در اثر این گرادیان فشار یک جت آب قائم رو به پایین تشکیل می‌شود. در نتیجه برخورد جت به وجود آمده با بستر رودخانه یک گودال در اطراف پایه پل به وجود می آید که به گودال آب شستگی معروف است. برخورد جریان رو به پایین با بستر مکانیزم اصلی ایجاد آب شستگی می باشد[23]. در شکل 2-2 الگوهای آب شستگی دراطراف یک پایه دایره ای شکل به نمایش در آمده است. همان طور که در شکل نشان داده شده است یک حرکت گردابی قوی ذرات را از اطراف پایه پل به آرامی دور می کند[20]. زمانیکه جریان رو به پایین به بستر می رسد شروع به ایجاد حفره ای در نزدیکی پایه می کند. در اثر برخورد جریان رو به پایین با جریان نزدیک شونده به سمت پایه، یک سیستم گردابی به وجود می آیدکه با گذشت زمان از بالادست پایه و از طریق طرفین پایه به سمت پایین دست کشیده می‌شودکه بخاطر شباهتش به نعل اسب به ورتکس نعل اسبی معروف است. پس ورتکس نعل اسبی نتیجه جدایی جریان در بالادست حفره آب شستگی (که بوسیله جریان رو به پایین ایجاد شده است) می باشد. نقش اصلی ورتکس نعل اسبی انتقال ذرات جدا شده از بستر به پایین دست پایه پل می باشد. ورتکس نعل اسبی نتیجه پدیده آب شستگی می باشد و نه دلیل به وجود آمدن آن.[3] هر چه قدر عمق گودال آب شستگی بیشتر می‌شود قدرت ورتکس نعل اسبی کاهش می‌یابد که در نتیجه باعث کاهش سرعت جدایی رسوبات از بستر پایه پل می‌شود. همان طور که در شکل 2-2 نمایش داده شده است علاوه بر ورتکس نعل اسبی که در پیرامون بستر پایه پل اقدام به جابجایی ذرات بستر می کند، گردابه هایی در پایین دست پایه پل نیز اقدام به جابجایی ذرات بستر می کنند که به این گردابه ها،گردابه های پشت پایه گفته می‌شود. گردابه های پشت پایه در نتیجه جدایی جریان در سمت چپ و راست پایه پل به وجود می‌آیند. گردابه های پشت پایه پایدار نمی‌باشند و متعاقباً از یک سمت پایه به سمت دیگر آن منتقل می‌شوند. به این نکته باید توجه شود که ورتکس نعل اسبی و گردابه های پشت پایه دو مکانیزم اصلی در فرسایش ذرات بستر می‌باشند.قدرت گردابه های پشت پایه با دور شدن و فاصله گرفتن از پایه پل به شدت کاهش می‌یابد به طوری که از یک فاصله معین به بعد ذرات شسته شده بارگذاری می‌شوند[34].5-2- آغاز حرکت ذرات بستراطلاع از شرایط هیدرولیکی که در آن ذرات بستر با یک اندازه معلوم در آستانه فرسایش و جابجایی قرار می‌گیرند در مطالعات مربوط به آب شستگی از اهمیت خاصی برخوردار است. به این شرایط، آستانه حرکت ذرات[1] گفته می‌شود. بیشترین عمق آب شستگی در شرایط جریان آب صاف زمانی حاصل می‌شود که ذرات در آستانه حرکت یا فرسایش قرار بگیرند. مرسوم است که نوع آب شستگی موضعی بر اساس اینکه آیا ذرات بستر در بالادست پایه پل در حالت سکون قرار دارند یا خیر تعیین می‌شود که در این زمینه آستانه فرسایش ذرات نقش مهمی را بازی می‌کند. روش های مختلفی برای تعیین آستانه حرکت ذرات وجود دارد که از مهم‌ترین آنها می‌توان به روش نیروی کششی بحرانی اشاره کرد.[1] : Threshold of Motion[1] : vortices[2] : lee vortices (wake vortices)[3] :Horse shoe vortex[1] : Contraction scour[2] : Localized Scour[1] : General scour[2] : local scour[1] : steady current[2] : unsteady current[3] :Equilibrium scour depth[4] :clear water[5] :live bedتعداد صفحه : 224قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید