عنوان پایان‌نامه
بررسی تاثیر چسبندگی بر آب شستگی موضعی بستر ناشی از جت افقی
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی-سازه های آبی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 3768;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 42386
- تاریخ دفاع
- ۱۷ شهریور ۱۳۸۸
- دانشجو
- حسین حمیدی فر
- استاد راهنما
- محمدحسین امید
- چکیده
- جریان خروجی از سازه¬های هیدرولیکی اغلب دارای انرژی زیادی است و توانایی بالایی برای تخریب بستر فرسا¬یش¬پذیر پایین¬دست را دارد. این جریان خروجی معمولاً به صورت جت می¬باشد که بایستی راهکارهای مناسبی برای استهلاک انرژی آن اندیشید. در اغلب موارد از مکانیسم پرش هیدرولیکی در حوضچه¬های آرامش برای این منظور استفاده می¬شود. علیرغم این تمهیدات، به علت مستهلک نشدن تمامی انرژی و آشفتگی، جریان خروجی همچنان منجر به آبشستگی موضعی بستر در مجاورت سازه هیدرولیکی می¬شود که ممکن است خطرات زیادی را برای پایداری آن در پی داشته باشد. اگرچه تحقیقات بسیاری بر روی آبشستگی بستر در رسوبات غیرچسبنده انجام شده است اما به علت طبیعت پیچیده رس¬ها، آبشستگی رسوبات چسبنده چندان مورد توجه قرار نگرفته است. در تحقیق حاضر به بررسی تاثیر چسبندگی بر آبشستگی موضعی بستر در پایین¬دست یک کف¬بند ناشی از جت افقی که از بازشدگی یک دریچه کشویی خارج می¬شود پرداخته شده است. آزمایش¬ها در دامنه گسترده¬ای از پارامترهای مختلف هیدرولیکی و مکانیکی جریان و رسوبات از قبیل درصد میزان مصالح چسبنده در بستر، عدد فرود ذره، عمق پایاب، اندازه ذره و نوع رس انجام صورت گرفته¬اند تا درک مناسبی از چگونگی تغییرات پارامترهای مشخصه حفره آبشستگی حاصل شود. خاک کائولین که یک رس صنعتی است به عنوان خاک چسبنده استفاده شده است. در مجموع 67 آزمایش¬ در دو سری جداگانه مربوط به رسوبات چسبنده و غیرچسبنده انجام شد. تغییرات زمانی هندسه حفره آبشستگی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می¬دهد که بخش اعظم آبشستگی در دقایق اولیه پس از شروع آزمایش رخ می¬دهد و پس از چند دقیقه، نرخ تغییرات مشخصات حفره آبشستگی به شدت کاهش می¬یابد. روابط و نمودارهای بدون¬بعدی برای بررسی تغییرات حداکثر عمق آبشستگی، ارتفاع تلماسه و حداکثر گسترش طولی حفره آبشستگی ارائه شده¬اند. اگرچه حفره آبشستگی در رسوبات غیرچسبنده به صورت یک پروفیل¬ بی¬بعد ارائه شده است اما در رسوبات چسبنده پروفیل¬های حفره آبشستگی به سه نوع مجزا تقسیم شدند. با بررسی تغییرات عرضی پروفیل حفره آبشستگی، مشخص شد که پروفیل حفره در عرض کانال یکنواخت نبوده و در کناره¬ها، میزان آبشستگی بیشتر است. همچنین مکانیسم آبشستگی در رسوبات چسبنده و غیرچسبنده متفاوت می¬باشد. به عبارت دیگر درصد میزان رس موجود در مصالح بستر تاثیر چشمگیری بر آبشستگی رسوبات غیرچسبنده دارد و به طور کلی با افزایش میزان رس، حداکثر عمق آبشستگی کاهش می¬یابد. البته نتایج نشان می¬دهد که در مقادیر کم رس، عدد فرود ذره نیز بسیار تاثیرگذار بوده و با افزایش درصد میزان رس نقش آن کاهش می-یابد بطوریکه در نسبت رس برابر 40 درصد، به ازای تمامی اعداد فرود ذره در دامنه آزمایش¬های این تحقیق، حداکثر عمق آبشستگی حدود 80 درصد کاهش می¬یابد.
- Abstract
- The outflow of hydraulic structures almost has an excess energy and potentially erodes the downstream bed. In the most situations, this is a jet-like flow and the design engineer must use a device to dissipate the excess energy and the stilling basins are used for this. However, these devices do not dissipate the whole energy and the downstream bed adjacent to the structure will be eroded which hazard the safety of the structure. Although many studies have done on the erosion of noncohesive soil, because of the complex nature of clayey soil, the scouring of cohesive soil has attracted less attention. In this research, the effect of cohesion on the local scour of noncohesive soil downstream of an apron is studied. The experiments are conducted in a wide range of different parameters such as clay content (Cc), particle densimetric Froude number (F0), tailwater depth (Tw), particle size and clay type to attain a comprehensive understanding of scour hole geometry. Kaolin which is an industrial soil is used as a cohesive agent. Totally, 67 experiments are done in two different series for noncohesive sediments and cohesive mixtures. Temporal variation of maximum scour depth is studied which indicates that the most part of scour is occurred in first minutes after that the experiment starts. However, the rate of variation of the scour hole will decay eventually. Non-dimensional equations and graphs are presented to study the variation of maximum scour depth, dune height and final extension of the scour hole. Although, the score hole profiles of all of the noncohesive sediment experiments dropped in a unique non-dimensional profile but in cohesive sediments there are three different type of non-dimensional profiles. The scour hole profile is not constant in the width and there is larger scour nearby to the walls. The mechanism of the scour in cohesive sediments is different from that of the noncohesive sediments. In the other word, the clay content affects the scour of noncohesive soils significantly. Totally, the maximum scour depth decreases with increase in clay content. However, the results show that F0 is an important factor in low values of clay content but its effects will
