دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران مرکزی

گروه عمران

پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد

در گرایش مهندسی آب

عنوان:

تعیین شرابط آبشستگی موضعی اطراف سری آبشکن های L شکل

استاد راهنما:

دکتر هومن حاجی کندی

استاد مشاور:

دکتر امیر خسروجردی

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)
فهرست مطالب
فصل اول:
کلیات
1-1. مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 1
1-2. مرفولوژی رودخانه ……………………………………………………………………………………………………………………… 2
1-2-1. تثبیت بستر رودخانه ……………………………………………………………………………………………………………… 3
1-2-2. تثبیت دیواره رودخانه …………………………………………………………………………………………………………….. 4
1-2-3. علل فرسایش دیواره ها ………………………………………………………………………………………………………….. 4
1-2-4. انواع فرسایش دیواره ها ………………………………………………………………………………………………………….. 4
1-2-5. راه حل های جلوگیری از فرسایش دیواره ها ……………………………………………………………………………… 5
1-3. آبشکن ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 9
1-3-1. اهداف ساخت آبشکن …………………………………………………………………………………………………………….. 10
1-3-2. مروری بر انواع آبشکن­ها و تأثیر آنها در فرآیند فرسایش و رسوبگذاری ………………………………………… 12
1-3-3. آبشکن­های باز ………………………………………………………………………………………………………………………. 13
1-3-4. آبشکن­های بسته …………………………………………………………………………………………………………………… 14
1-3-5. انواع آبشکن­های بسته از نظر قرارگیری نسبت به امتداد جریان ………………………………………………….. 15
1-3-6. مصالح ساخت آبشکن …………………………………………………………………………………………………………….. 16
1-3-7. طبقه بندی آبشکن­ها …………………………………………………………………………………………………………….. 17
1-4. تاریخچه علم رسوب …………………………………………………………………………………………………………………… 18
1-5. آبشستگی …………………………………………………………………………………………………………………………………. 20
1-5-1. فرایندهای آبشستگی ……………………………………………………………………………………………………………… 25
1-5-2. آبشستگی عمومی ………………………………………………………………………………………………………………….. 26
1-5-3. افت سراسری تراز بستر …………………………………………………………………………………………………………… 26
1-5-4. آبشستگی تنگ شدگی …………………………………………………………………………………………………………… 27
1-5-5. آبشستگی در خمیدگی ها ………………………………………………………………………………………………………. 28
1-5-6. آبشستگی در چند شاخه­ها ……………………………………………………………………………………………………… 28
1-5-7. آبشستگی موضعی …………………………………………………………………………………………………………………. 29
1-5-8. آبشستگی آب زلال ………………………………………………………………………………………………………………… 30
1-5-8. آبشستگی کل ……………………………………………………………………………………………………………………….. 32
1-5-8. آبشستگی استاتیکی و دینامیکی ……………………………………………………………………………………………… 32
1-6. اهداف ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 33
1-7. روش کار و محدوده پژوهش …………………………………………………………………………………………………………. 33
1-8. چگونگی تدوین پایان نامه ……………………………………………………………………………………………………………….. 34
فصل دوم:
مروری بر منابع پژوهش    
2-1. مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 36
2-2. طول و فاصله آبشکن­ها ………………………………………………………………………………………………………………. 38
2-3. جهت آبشکن …………………………………………………………………………………………………………………………….. 42
2-4. نفوذپذیری ………………………………………………………………………………………………………………………………… 45
2-5. ارتفاع آبشکن، حالت تاج، شکل دماغه آبشکن ……………………………………………………………………………….. 47
2-6. محاسبه زمان ……………………………………………………………………………………………………………………………. 48
2-7. اثر سرعت جریان ……………………………………………………………………………………………………………………….. 49
2-8. اثر اندازه رسوب …………………………………………………………………………………………………………………………. 51
2-9. مکانیسم آبشستگی ……………………………………………………………………………………………………………………. 52
2-10. مطالعه­های صورت گرفته بر آبشستگی در زمینه آبشکن­ها …………………………………………………………… 54
2-11. ارتباط­های آزمایشگاهی …………………………………………………………………………………………………………….. 60
فصل سوم:
مواد و روش پژوهش
3-1. مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 63
3-2. وسایل آزمایشگاهی مورد بهره گیری ………………………………………………………………………………………………… 63
3-2-1. معرفی فلوم آزمایشگاهی و سیستم جریان بسته آب ………………………………………………………………….. 63
3-2-2. موقعیت نصب آبشکن …………………………………………………………………………………………………………….. 64
3-2-3. توزیع اندازه ذرات …………………………………………………………………………………………………………………… 65
3-2-4. اندازه گیری دبی ……………………………………………………………………………………………………………………. 69
3-2-5. اندازه گیری عمق …………………………………………………………………………………………………………………… 70
3-2-6. مشخصات آبشکن بکار رفته در آزمایش ها ……………………………………………………………………………….. 70
3-2-7. تنظیم عمق در محل مورد نظر ……………………………………………………………………………………………….. 71
3-3. چگونگی انجام آزمایش ها ………………………………………………………………………………………………………………… 72
3-3-1. تعیین سرعت آستانه حرکت ذرات بستر …………………………………………………………………………………… 72
3-3-2. تنظیم عمق جریان توسط دریچه انتهایی …………………………………………………………………………………. 74
3-3-3. آزمایش­های اولیه تعیین زمان تعادل ……………………………………………………………………………………….. 75
3-3-4. انجام آزمایش های اصلی ………………………………………………………………………………………………………… 77
3-4. واکاوی ابعادی ……………………………………………………………………………………………………………………………… 78
3-5. الگوی جریان …………………………………………………………………………………………………………………………….. 80
3-5-1. الگوی جریان در اطراف یک آبشکن …………………………………………………………………………………………. 80
3-5-2. الگوی جریان در بین دو آبشکن ………………………………………………………………………………………………. 82
3-6. آزمایش های مربوط به عمق آبشستگی و سری آزمایش ها …………………………………………………………….. 84
 فصل چهارم:
مشاهدات و تجزیه و تحلیل
4-1. تغییرات زمانی فرسایش و رسوبگذاری در طول دوره 23 ساعته ……………………………………………………… 87
4-2. الگوی جریان اطراف آبشکن ها ……………………………………………………………………………………………………. 89
4-3. ارتباط عمق آبشستگی با قطر متوسط ذرات …………………………………………………………………………………… 92
4-4. تغییرات حداکثر عمق آبشستگی با عدد فرود ……………………………………………………………………………….. 94
4-5. اثر فاصله بر روی حداکثر عمق آبشستگی نسبی ……………………………………………………………………………. 95
4-6. اثر فاصله بین آبشکن­ها بر روی حداکثر عمق آبشستگی برای ذرات ثابت …………………………………………. 97
4-7. فرسایش و توپوگرافی بستر …………………………………………………………………………………………………………. 98
4-8. ارائه ارتباط برازشی به مقصود برآورد حداکثر عمق آبشستگی …………………………………………………………… 104
فصل پنجم:
نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات
5-1. نتیجه گیری ……………………………………………………………………………………………………………. 107
5-2. پیشنهادها ……………………………………………………………………………………………………… 109
منابع ……………………………………………………………………………………………………………………… 111
پیوست الف: سایر نمودارها ………………………………………………………………………………………………. 115
پیوست ب: عکس های اضافی ……………………………………………………………………………….. 122
  چکیده
جهت انحراف جریان از ساحل فرسایش پذیر رودخانه و حفاظت دیواره خارجی رودخانه ها از سازه هایی مختلف، بایستی بهره گیری نمود و از آن جمله می توان گفت که آبشکن­های بسته یا نفوذناپذیر مانند سازه­های حفاظتی هستند که برای این مقصود و حفاظت از حواشی آسیب­پذیر رودخانه یا ایجاد شرایط مساعد پاکسازی مسیر از انباشته­های رسوبی در رودخانه­های با بار بستر زیاد بهره گیری نمود. در این نوع سازه­ها سرعت جریان آب در میدان آبشکن تقلیل یافته و با ترسیب مواد رسوبی شرایط لازم پایداری در امتداد کناره­ها فراهم می­گردد. در عین حال سازه­های آبشکن، هر چند با هدف رسوبگذاری و جلوگیری از فرسایش کناره­ها و تثبیت موقعیت رودخانه احداث می­گردند اما خود تحت تأثیر فرسایش ناشی از تمرکز جریان بخصوص در قسمت دماغه می­باشند. در قسمت دماغه، افزایش تنش­های حاصله از افزایش سرعت و وقوع جریان چرخشی منجر به تشکیل چاله آبشستگی گردیده و سلامت و استحکام سازه را به مخاطره می­اندازد. در این پژوهش با مطالعه آزمایشگاهی بر روی سری آبشکن های L شکل در شرایط آب زلال، آزمایشاتی با سه نوع دانه بندی مختلف، با تغییر در اندازه دبی ورودی در سه حالت مختلف و با سه فاصله متغییر بین آبشکن ها انجام گرفته می باشد و نتایج پژوهش نشان می دهد که در یک فاصله ثابت بین آبشکن ها هر چقدر دبی افزایش یابد اندازه عمق آبشستگی افزایش می یابد. همچنین تغییر فاصله بین آبشکن­ها اثر قابل توجه­ای بر اندازه عمق آبشستگی ایجاد شده در طول آبشکن اولی ایجاد نمی­کند، بلکه بر روی فرسایش و رسوبگذاری بین آبشکن ها تاثیر می گذارد. در یک دبی ثابت با افزایش فاصله بین آبشکن­ها، اندازه نسبت عمق آبشستگی به عمق جریان طریقه کاهشی دارد و بیشترین اندازه عمق آبشستگی در طول آبشکن اول اتفاق می­افتد. همچنین در یک دانه بندی ثابت، با افزایش عدد فرود جریان، اندازه نسبت عمق آبشستگی به عمق جریان طریقه افزایشی دارد.
فصل اول: کلیات
1-1) مقدمه
نیاز بشر به آب باعث شده تا اکثر تمدن های بشری در کنار رودخانه ها شکل بگیرند. بشر های اولیه با زندگی در کنار رودخانه ها بطور فطری و تجربی آموخته بودند که جهت بهره گیری بهینه از این منابع خدادادی، می بایستی رودخانه ها را دوست داشت و حتی در بعضی از فرهنگ های کهن آب و رودخانه بعنوان موجودی مقدس و حیات بخش مورد ستایش و تکریم بود. با توسعه شهرنشینی و اجراءی طرح های عمرانی و دور شدن انسانها از رودخانه این دوستی گسسته گردید و بشر با برداشت بی رویه شن و ماسه از بستر رودخانه، خانه و شهرک سازی در حریم و بستر رودخانه، احداث سازه های تقاطعی و غیره اقدام به تعرض به رودخانه و بر هم زدن رژیم متعادل و پایدار آن نمود. رودخانه ها به مثابه موجودات زنده ای هستند که پیش روی این تعارض، اقدام متقابل نموده و در نتیجه رژیم هیدرولیکی آن در یک طریقه تغیرپذیری، در رسیدن به تعادل مجدد، کوشش می نماید، مهندسی رودخانه علمی می باشد که این اعمال اندرکنشی را بطور سیستماتیک، متناسب و هدایت خواهد نمود. به تعبیری دیگر مهندسی رودخانه شامل تمام مراحل برنامه ریزی، طراحی، اجراءء و بهره برداری از عملیات مختلفی می باشد که به مقصود بهبود وضعیت رودخانه در جهت بهره گیری بهتر از آن اعمال می گردد.
رودخانه ها شریان های اصلی حیات کلیه سازه های آبی محسوب می شوند و حفاظت و بهره برداری بهینه از آنها و همچنین حراست از بستر و حریم آنها از مهم ترین مسئولیت های وزارت نیرو می باشد. بهره گیری بهینه از رودخانه ها به لحاظ اهمیتی که این منابع طبیعی در برآورد نیازهای بشری، از دیرباز تاکنون داشته اند، از انگیزه های مهم به وجود آمدن شاخه دیگری از مهندسی آب به نام مهندسی رودخانه بوده می باشد. به علت نزدیکی سازه های تغذیه کننده از آب رودخانه و زمین های کشاورزی اطراف رودخانه، نیاز به یک برنامه ریزی علمی جهت حفظ و حراست از این سازه ها، اجتناب ناپذیر می باشد. علمی که در مورد کلیه مراحل مطالعه و برنامه ریزی، طراحی، اجراءء و بهره برداری جهت بهبود و یا تغییر وضعیت موجود یک رودخانه به مقصود برآورد نیازهای عمرانی بحث می کند، مهندسی رودخانه نامیده می گردد. کلیه رودخانه ها در معرض تغییر و تحول قرار دارند و کارهای مهندسی رودخانه برای تغییر دبی، مطالعه بده رسوبی، مسیر رودخانه، عمق آبراهه، پهنه سیل گیر و کیفیت آب مورد نیاز می باشد. روش های معمول در راه رسیدن به این اهداف بهره گیری از سازه های مختلف به تنهایی یا ترکیبی از آنها مثل سد، سیل بند خاکی یا بتنی، پوشش بدنه، آبشکن یا به کار گرفتن راه حل های قدیمی مثل لایروبی می باشد. مانند موضوعات مهم در مهندسی رودخانه شناخت شکل رودخانه (مرفولوژی)، تثبیت سواحل و بستر رودخانه، کانالیزه کردن و کنترل سیلاب می باشد.
1-2) مرفولوژی رودخانه
شناختن شکل و ساختمان رودخانه، مرفولوژی رودخانه نامیده می گردد. به تعبیری به کمک مرفولوژی رودخانه، می توان اطلاعاتی از شکل هندسی آبراهه، شکل بستر و پروفیل طولی رودخانه به دست آورد. مرفولوژی یک رودخانه تحت تاثیر عوامل متفاوتی مثل سرعت جریان فرسایش و چگونگی رسوب گذاری قرار دارد.
از نظر مرفولوژی، رودخانه ها به دو طریق زمین شناسی و نوع مسیر تقسیم می شوند:
– از نظر زمین شناسی: در این تقسیم بندی با رودخانه های جوان، کامل و مسن مواجه می شویم.

  • رودخانه های جوان: رودخانه هایی هستند که در شیب های تند جریان دارند. فرسایش دره این رودخانه ها تا هنگامی که بستر به حالت تعادل نسبی برسد ادامه دارد.
  • رودخانه های کامل: این نوع رودخانه ها در دره های پهن تری جریان داشته و از شیب نسبتاً ملایمی برخوردارند. فرسایش دیواره ها در این نوع رودخانه ها جایگزین فرسایش بستر می گردد، زیرا که بستر قبلاً به یک حالت تعادل نسبی رسیده می باشد.
  • رودخانه های مسن: این رودخانه ها در دره های بسیار پهن جریان داشته، بسترشان دارای شیب ملایمی می باشد و در مسیر آنها آبشاری وجود ندارد. مسیرهای نعل اسبی در حاشیه رودخانه حاکی از تغییر مسیر پیچ های رودخانه در طول زمان می باشد. رود کارون در ایران مثال خوبی از این نوع رودخانه هاست.

– از لحاظ نوع مسیر: در این نوع تقسیم بندی، رودخانه ها با مسیر مستقیم، پیچان و شریانی، از یکدیگر مشخص می شوند.

  • رودخانه ها با مسیر مستقیم: این نوع رودخانه ها، بیشتر دربازه های کوتاه، این شکل را پیدا می کنند که خود یک حالت ناپایدار و انتقالی می باشد و پس از برخورد با مانع در مسیر رودخانه، این حالت از بین می رود.
  • رودخانه ها با مسیر پیچان: نمای بالای این رودخانه ها شامل یک رشته پیچ های پی در پی می باشد که با مسیرهای مستقیم به یکدیگر وصل شده اند. رودخانه های پیچان دارای شیب ملایم می باشند و غالباً ناپایداری در مسیر آنها دیده می گردد. در ساحل بیرونی پیچ، سرعت جریان زیاد شده که همین امر باعث ایجاد فرسایش در این سمت و در نتیجه رسوبگذاری در ساحل مقابل می گردد. این فعل و انفعالات به مرور زمان باعث پیش روی پیچ به سمت ساحل بیرونی و هم زمان با آن به طرف پایین دست رودخانه می گردد.
  • رودخانه ها با مسیر شریانی: این رودخانه ها شامل یک تعداد آبراهه می باشند که در طول مسیر از هم جدا شده و دوباره به یکدیگر می پیوندند.

1-2-1) تثبیت بستر رودخانه ها
این نوع فرسایش بیشتر در رودخانه های جوان که بستر آنها به حالت تعادل نرسیده، دیده می گردد و بستر رودخانه به علت شیب تند و سرعت زیاد جریان، فرسایش یافته و مواد شسته شده به پایین دست رودخانه منتقل می گردد. راه حل معمولی برای تثبیت بستر رودخانه احداث شیب شکن در طول بازه مورد نظر می باشد. این شیب شکن ها می توانند از جنس بتنی یا گابیونی ساخته شوند. ارتفاع متوسط شیب شکن ها و فاصله آنها از یکدیگر، پس از انجام مطالعات هیدرولیکی دقیق و با در نظر داشتن شرایط و جنس خاک قابل طراحی می باشد. شیب شکن ها را با در نظر داشتن شرایط جریان بر روی بستر رودخانه و یا در زیر بستر رودخانه می توان احداث نمود که با مرور زمان رسوبات بین این سدهای کوتاه، ته نشین می گردد و در نتیجه یک شیب ملایم در کف رودخانه ایجاد می گردد.
1-2-2) تثبیت دیواره رودخانه ها
فرسایش دیواره رودخانه ها که در رودهای مسن با آنها مواجه هستیم، باعث بروز خسارات زیادی در زمین های اطراف رودخانه و سازه ها شده و حریم کاذبی برای رودخانه ها به وجود می آورد که به این ترتیب از پتانسیل زمین های قابل بهره گیری اطراف رودخانه ها می کاهد.
1-2-3) علل فرسایش دیواره ها
اگر جنس مصالح دیواره ها ریزدانه رسی و یا چسبنده باشد، به علت نفوذپذیری کم، در زمان فروکش سیلاب، سطح آب سریع پایین آمده، امکان زهکش سریع موجود نبوده و کاهش نیروی برشی بین ذرات سبب فرو ریختن دیواره ها خواهد گردید. اگر جنس مصالح دیواره ها ریزدانه غیرچسبنده باشد، در اثر برخورد امواج با دیواره ها فرسایش سطحی به وقوع می پیوندد. در حالتی که مصالح دیواره ها انواعی از مصالح فوق باشند، بالا آمدن سطح آب زیرزمینی و زهکشی آب از دیواره ها به سمت رودخانه، ذرات ریز را شسته، باعث ریزش ذرات درشت بالایی می گردد.
تعداد صفحه : 141
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   سمینار کارشناسی ارشد مهندسی عمران : برنامه ریزی ارزیابی نگهداری و ارتقا سیستم سازه ای پلک های دسترسی در بنادر

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.

دسته‌ها: عمران