دانشگاه قم

دانشکده­ی فنی و مهندسی

پایان نامه­ ی دوره ­ی کارشناسی ارشد سازه های هیدرولیکی

عنوان:

مطالعه 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 گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)

چکیده:
آب شستگی در اطراف سازه های موجود در مسیر جریان از موضوعاتی مهمی می باشد که در طرح این گونه سازه ها بایستی مورد توجه قرار گیرد. به این مقصود مطالعه این پدیده در اطراف پایه های مدور در شرایط آب صاف مدل سازی فیزیکی آزمایشگاهی انجام گردید. به این مقصود از دو نوع طوقه‌‌‌‌‌ی لبه دار شامل طوقه های با لبه‌ی قائم و طوقه های با لبه‌ی مایل بهره گیری گردید که ارتفاع لبه های بهره گیری شده در هر یک از این طوقه ها 0.5 cm،1.0 cm  و 1.5 cm می باشد. همچنین در این پژوهش اثر ارتفاع بر کارایی طوقه های لبه دار مطالعه گردید 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 پژوهش نظاره گردید 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 می باشد. تمامی آزمایش های انجام شده در این مطالعه در بخش تحقیقات رودخانه ایی پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری جهاد کشاورزی انجام شده می باشد
کلمات کلیدی: طوقه های لبه دار ،شرایط آب صاف، آب شستگی ، پایه های مدور
 
فهرست مطالب

عنوان                                                                                                            صفحه
فصل اول: کلیات  
1-1. مقدمه  ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 2
1-2.  ضرورت پژوهش …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 5
1-3. اهداف   …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 3
1-4. نوع پژوهش  ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 3
1-5. ساختار پایان نامه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 3
فصل دوم: تاریخچه پژوهش  
2-1. مقدمه  ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 5
2-2. آب شستگی چیست؟ ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 5
2-3. انواع آب شستگی  ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 5
2-4. مکانیزم های آب شستگی موضعی………………………………………………………………………………………………………………………. 8
2-5.آغاز حرکت ذرات بستر  …………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 10
2-5-1. روش نیروی کشش بحرانی …………………………………………………………………………………………………………… 10
2-6. دسته بندی آب شستگی موضعی  …………………………………………………………………………………………………………………………. 12
2-7. دسته بندی پارامترهای موثر فرآیند آب شستگی  ……………………………………………………………………………………. 14
2-7-1. عمق جریان  ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 15
االف

2-7-2. نسبت انقباض  …………………………………………………………………………………………………………………………………….

16
2-7-3. درشتی ذرات بستر و دانه بندی ……………………………………………………………………………………………… 16
2-7-4. اندازه ذرات  ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 20
2-8. گسترش گودال آب شستگی با زمان  ……………………………………………………………………………………………………………. 19
2-9. تشکیل ناهمواری های موجی شکل در بستر ماسه ای ‌………………………………………………………………………. 20
2-10. تعریف طوقه  …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 22
2-11. کارهای قبلی انجام شده در زمینه طوقه ها  …………………………………………………………………………………………….. 23
2-12. معرفی چالش ها …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 33
فصل سوم: روش پژوهش  
3-1. مقدمه  ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 35
3-2.کانال  ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 35
3-3. سرعت جریان  …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 38
3-4. ثبت نقطه ماکزیمم آب شستگی و برداشت توپوگرافی گودال آب شستگی  ………………. 40
3-5. پایه های پل مدل سازی شده   ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 41
3-6. ایده بهره گیری از طوقه های لبه دار  …………………………………………………………………………………………………………………… 43
3-7. ماسه بستر  ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 47
3-8. آستانه حرکت ذرات بستر  ………………………………………………………………………………………………………………………………………… 48
3-8-1. روش دیاگرام شیلدز………………………………………………………………………………………………………………………….. 48
3-8-2. روش فرمول های تجربی………………………………………………………………………………………………………………… 52
3-8-3. آزمایش تعیین سرعت بحرانی…………………………………………………………………………………………………….. 53
3-9. برنامه ریزی آزمایش ها  ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 55
3-10. روش کلی انجام آزمایش ها و جمع آوری اطلاعات  ………………………………………………………………………. 56
فصل چهارم: ارائه  و واکاوی نتایج   
4-1. معرفی  …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 59
4-2. نتایج آزمایش ها  ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 59
2-4-1. پایه بدون طوقه ( پایه شاهد)  ………………………………………………………………………………………….. 61
4-2-2. پایه با طوقه بدون لبه در تراز +5 cm  ……………………………………………………………………. 65
4-2-3. پایه با طوقه cm 5/0 قائم در تراز +5 cm ………………………………………………. 69
4-2-4. پایه با طوقه cm1 قائم در تراز +5 cm  …………………………………………………………. 72
4-2-5. پایه با طوقه cm 5/1 قائم در تراز +5 cm  …………………………………………………………. 74
4-2-6. پایه با طوقه cm 5/0مایل در تراز +5 cm  …………………………………………………………. 76
4-2-7. پایه با طوقه cm 1 مایل در تراز +5 cm    ……………………………………………………….. 78
4-2-8. پایه با طوقه cm 5/1مایل در تراز +5 cm  ……………………………………………………….. 81
4-2-9. پایه با طوقه بدون لبه در تراز +2/5 cm  ……………………………………………………………….. 83
4-2-10. پایه با طوقه cm 5/0 قائم در تراز +2/5 cm  ………………………………………………… 87
4-2-11. پایه با طوقه cm 1 قائم در تراز +2/5 cm………………………………………………….. 90
4-2-12. پایه با طوقه cm 5/1 قائم در تراز +2/5 cm  ………………………………………………… 92
4-2-13. پایه با طوقه cm 5/0 مایل در تراز +2/5 cm  ………………………………………………… 97
4-2-14. پایه با طوقه cm 1 مایل در تراز +2/5 cm ………………………………………………… 96
4-2-15. پایه با طوقه cm 5/1 مایل در تراز +2/5 cm  ……………………………………………….. 98
4-2-16. پایه با طوقه بدون لبه  در تراز cm0  ………………………………………………………………. 101
4-2-17. پایه با طوقه cm 5/0 قائم در تراز 0 cm   …………………………………. 107
4-2-18. پایه با طوقه cm 1 قائم در تراز 0 cm   ……………………………………… 109
4-2-19. پایه با طوقه cm 5/1 قائم در تراز 0 cm   ……………………………………… 112
4-2-20. پایه با طوقه cm 5/0 مایل در تراز 0 cm   …………………………………….. 114
4-2-21. پایه با طوقه cm 1 مایل در تراز 0 cm   ………………………………….. 117
4-2-22. پایه با طوقه cm 5/1 مایل در تراز 0 cm   ………………………………….. 119
4-2-23. پایه با طوقه بدون لبه در تراز cm5/1-  …………………………………………………………….. 121
4-2-24. پایه با طوقه cm 5/0 قائم در تراز cm 5/1-  …………………………………………………. 127
4-2-25. پایه با طوقه cm 1 قائم در تراز cm 5/1-    ………………………………….. 130
4-2-26. پایه با طوقه cm 5/1 قائم در تراز cm 5/1-    ………………………………….. 132
4-2-27. پایه با طوقه cm 5/0 مایل در تراز cm 5/1-   ………………………………. 135
4-2-28. پایه با طوقه cm 1 مایل در تراز cm 5/1-     ………………………………. 137
4-2-29. پایه با طوقه cm 5/1 مایل در تراز cm 5/1-     …………………………………. 139
4-2-30. پایه با طوقه بدون لبه  در تراز -3 cm   …………………………………………………………. 142
4-2-31. پایه با طوقه با لبه cm5/0 قائم در تراز -3 cm ………………………………….. 147
4-2-32. پایه با طوقه با لبهcm 1 قائم در تراز -3 cm  ………………………………….. 150
4-2-33. پایه با طوقه با لبه cm5/1 قائم در تراز -3 cm ………………………………….. 153
4-2-34. پایه با طوقه با لبه cm 5/0مایل در تراز -3 cm  ………………………………… 155
4-2-35. پایه با طوقه با لبه cm1 مایل در تراز -3 cm  …………………………………. 158
4-2-36. پایه با طوقه با لبه cm5/1 مایل در تراز -3 cm  ………………………………. 160
4-3. واکاوی نتایج  …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 163
فصل پنجم: نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات  
5-1. مقدمه  ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 170
5-2. نتیجه گیری  …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 170
5-3. پیشنهادات   ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 174
منابع  …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 175
  • مقدمه

آب شستگی در اطراف پایه های پل هایی که بر روی رودخانه ها قرار گرفته اند با در نظر داشتن 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 گردد) رخ می دهد. تاکنون تحقیقات بسیار زیادی در زمینه فرآیند آب شستگی انجام شده می باشد. 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، مطالعه 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 می باشد.
1-2. ضرورت پژوهش
با در نظر داشتن پتانسیل تخریب پل ها در اثر آب شستگی و هزینه های مالی و جانی آن، کوشش برای فهم فرآیند آب شستگی  و روشهای مقابله با آن امری ضروری گویا. تخمـین عمق آب شستگی پایه یک پل کمتر از مقدار واقعی منجر به تخریب آن می گردد در حالیکه تخمین بیش از حد آن  نیز منجر به تحمیل هزینه های بالاتر برای ساخت پل می گردد[1].
در ایالات متحده فاکتورهای هیدرولیکی متعددی از قبیل ناپایداری جریان، رسوب گذاری و رسوب برداری بستر در بلندمدت،آب شستگی کلی[6]، آب شستگی موضعی[7]  و حرکت جانبی ذرات بستر به عنوان عوامل اصلی برای 60% از خرابی های سـازه ای پل در آمریکا شناخـته شده می باشد[19]. حادثه مصیبت بار فروپاشی پل U.S.51 که بر روی رودخانه هتچی  واقع شده بود، منجر به مرگ 8 نفر گردید[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].
1-3. اهداف
 هدف اصلی در این پژوهش مطالعه 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 مقصود آغاز یک بار آزمایشات با شرایط مذکور برای پایه مدور بدون طوقه انجام می گردد سپس در مرحله دوم آزمایشات عیناً برای پایه های مدور با طوقه بدون لبه انجام می گردد و در مرحله سوم آزمایشات برای طوقه های لبه دار انجام خواهد گردید. در هرآزمایش عمق آب شستگی اندازه گیری خواهد گردید 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 گردد تا اثر این سه پارامتر بر عمق آب شستگی مطالعه گردد.
1-4. نوع پژوهش
پژوهش ارائه شده عنوان رساله کارشناسی ارشد دپارتمان سازه های هیدرولیکی دانشگاه قم می باشد که بر اساس آزمایشاتی می باشد که درآزمایشگاه مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آب خیز داری وزارت جهاد کشاورزی واقع در تهران و با بهره گیری از یک مدل فیزیکی، می باشد.
1-5. ساختار پایان نامه
این پایان نامه مشتمل بر پنج  فصل می باشد که درفصل اول کلیات مبحث آب شستگی موضعی آورده شده می باشد. در فصل دوم تحقیقاتی که توسط سایر محققین در زمینه بهره گیری از طوقه ها در کاهش عمق آب شستگی انجام شده می باشد تشریح شده و در فصل سوم روش انجام آزمایشات و وسایل به کار رفته در آزمایشات تبیین داده شده می باشد. ارائه و واکاوی نتایج در فصل چهارم اظهار شده و در فصل پنجم با در نظر داشتن نتایج به دست آمده نتیجه گیری شده می باشد.
 
 
2-1. مقدمه
تاکنون مقالات وکتاب های زیادی راجع به آب شستگی موضعی که در خاک های غیر چسبنده در اطراف پایه های یک پل اتفاق می افتد، چاپ شده می باشد. در این فصل کوشش بر اختصار 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 می باشد 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 می گردد. گودال آب شستگی به حفره تو رفتگی که پس از حرکت ذرات بستر به وسیله جریان آب به جا می ماند گفته می گردد.
2-3. انواع آب شستگی
به گونه کلی آب شستگی به سه نوع تقســـیم می گردد که شـــــامل آب شستـــگی کلی، آب شستگی انسدادی[8] و آب شستگی موضعی تقسیم می گردد.
کریمیسینوف و همکاران(1987) در یک تقســیم بــــندی دیگــــر آب شســتگی را به دو نوع کلی آب شستگی کلی و آب شستگی ناحیه ایی[9] تقسیم بندی کرده می باشد که این تقسیم بندی در دیاگرام 2-1 نشان داده شده می باشد.
                                             دیاگرام 2-1: دسته بندی انواع آب شستگی به وسیله کریمیسینوف(1987)
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 می گردد. این نوع از آب شستگی در اثر تغییر در رژیم رودخانه به وجود می آید. همان گونه که از دیاگرام 2-1 پیداست آب شستگی کلی به دو نوع طولانی مدت وکوتاه مدت تقسیم می گردد 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 می گردد.
آب شستگی ناحیه ایی
بر 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 می گردد.
آب شستگی انسدادی
این نوع آب شستگی در اثر تنگ شدگی جریان ( که ممکن می باشد 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 می گردد 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 موضعی
این نوع از آب شستگی به فرسایش قسمتی از بستر رودخانه که در مجاورت پایه پل قرار گرفته می باشد اطلاق می گردد. در اثر برخورد جریان آب با پایه پل، شتاب جریان آب افزایش می یابد و باعث به وجود آمدن گرداب های کوچک می گردد که در اثر تشکیل این گردابه ها ذرات از اطراف پایه های شسته می شوند 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 پژوهش راجع به آب شستگی موضعی می باشد، این نوع از آب شستگی در قسمت های بعدی بیشتر مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در ادامه این رساله مقصود از آب شستگی، آب شستگی موضعی می باشد.

تعداد صفحه :225
قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد : بررسی آنالیز های پوش اور مودال و جابه جایی محور جهت تخمین ظرفیت قاب‌های دوبعدی
دسته‌ها: عمران