پایان نامه بررسی زمانی آبشستگی پایین دست جت های ریزشی با استفاده از مدلسازی فیزیکی

پایان نامه بررسی زمانی آبشستگی پایین دست جت های ریزشی با استفاده از مدلسازی فیزیکی

چکیده  :

پدیده  آبشسـتگ ی  یـک  جریـان  دو فـاز ی  شـامل  آب  و رسـوب  م ـی  باشـد کـه  بـه  روش  نظـر ی  کمتـر مورد برر سی  و تحلیـل  قـرار گرفتـه  اسـت  و عمومـاً از مطالعـات  صـحرایی  یـا آزمایشـگاه ی  بـرا ی  شـبیه  سازی  شرایط  خاص  استفاده  شده  است  .

درک  و اسـتنباط  از فراینـد هـای  فیزیکـی  و مـدل  کـردن  حرکـت  آب  و رسـوب  در  رودخانـه  هـا , مصب  ها و سـواحل  در سـالها ی  اخیـر پیشـرفت  هـا ی  زیـاد ی  داشـته  اسـت  . اگـر چـه  ایـن  پیشـرفت  ها به  سیسـتم  هـا ی  مـدل  هـا ی  آمـاده  ریاض ـی  منجـر شـده  اسـت  , لـیکن  ایـن  تحقیقـات  , موضـوعات  پژوهشی  جدید ی  را هم  مطرح  ساخته  انـد ,کـه  یک ـی  از ایـن  موضـوعات  تعامـل  زمـا نی  بـین  جـت  هـا ی ریزشی  و رسوب  در یک  رودخانه  می  باشد . تحقیقــات  حاضــر بــر اســاس  آزمایشــات  صــورت  گرفتــه  رو ی  مــدل  فیزیکـ ـی  شــامل  مــدل  جــت  برخوردی  و رسوب  شکل  گرفته  است  . 

مقدمه  :

بحـث  آبشسـتگی  دارای  قـدمتی  دیرینـه  در علـم  هیـدرولیک  اسـت  و هیـدرولیک  رودخانـه  و شـرایط  ریخت  شنا سی  و ژئوتکنیک ی  آن  ارتبـا طی  تنگاتنـگ  بـا ایـن  پدیـده  دارنـد ؛ بـه  همـین  دلیـل  پیچیـد گی هایی  خاص  بر ایـن  بحـث  سـایه  افکنـده  و موجـب  شـده  اسـت  همچنـان  مـورد توجـه  خـاص  محققـین  علم  هیدرولیک  و مهندسین  عمران   باشد .

آبشســتگی  از جملــه  مــواردی  اســت  کــه  تحــت  تــاثیر ایجــاد ســازه  هــا ی  آبــی  در فرآینــد طبیعــی سیستم  ها ی  آ بی  نمود پیدا م ی  کند و در واقـع  جـایی  کـه  بشـر بـه  لحـاظ  تـامین  منـابع  آب ـی  , کـه  بـه  نوعی  اصـل ی  تـرین  نیـاز بشـر م ـی  باشـد در سیسـتم  هماهنـگ  طبیعـت  دسـت  م ـی  بـرد بـه  دنبـال  آن  سازه  هیدرولیکی  نظام  هماهنگ  جریان  و حمل  رسوب  را به  هم  می  زند . 

مشخصه  های  جریان

معموًلا از بستر مجرا در اطراف  سازه  های  آبی  در مقابل  کارنت  , امواج  و چرخه  هامحافظت  بعمل  می  آید . طول  حفاظ  بستر به  آبشستگی  مجاز (عمق  آبشستگی  بیشینه  و شیب  بالادست  آبشستگی  ) و شرائط  ژئوتکنیکی  خاک  ذیربط  (ماسه  متراکم  یا پوک  ) بستگی  دارد . 

فهرست  مطالب 

عنوان                                                                                                                                    صفحه  

چکیده  

مقدمه

فصل  اول  : تعریف  مسئله  مورد بررسی  و هدف  از انجام  پایان  نامه     ۱

١-١ جت  ها و سر ریز های  نوع  سقوط  آزاد .............................................................................................................       ۲

١-٢ تاریخچه  علم  رسوب ...............................................................................................................................................................        ۵

١-٣ تعریف  آبشستگی .......................................................................................................................................................................        ۷

١-٤ مختصری  راجع  به  تاثیر مصالح  بستر و مسئله  مورد بررسی ..................................................        ۷

١-٥ هدف  از انجام  پایان  نامه ....................................................................................................................................................          ۸

فصل  دوم  : مروری  بر تحقیقات  و مطالعات  انجام  گرفته  پیرامون  موضوع   پایان  نامه       ۱۰

٢-١ مقدمه .....................................................................................................................................................................................................        ۱۱

٢-٢ آبشستگی  ناشی  از انواع  جت  ها ...............................................................................................................................        ۱۱

٢-٢-١ آبشستگی  ناشی  از جت  های  عمودی .......................................................................................................                   ۱۱

٢-۳-١ گروه  اول  آبشستگی ........................................................................................................................................................                   ۱۵

۲-۳-٢ گروه  دوم  روابط  آبشستگی .....................................................................................................................................     ۱۷

٢-۳-۳ گروه  سوم  روابط  آبشستگی ...................................................................................................................................     ۱۸

٢-۳-٤ گروه  چهارم  معادلات  آبشستگی  ......................................................................................................................       ۱۹

٢-۳-٥ گروه  پنجم  روابط  آبشستگی ................................................................................................................................       ۱۹

٢-۴ تاثیر هوای  ورودی  به  جت  در میزان  آبشستگی ....................................................................................     ۲۶

٢-۵ رسوبات  غیرچسبنده  دربررسی  های  شیلدز.................................................................................................     ۲۸

٢-۶ رسوبات  چسبنده .......................................................................................................................................................................       ۳۱

٢-۷ مشخصه  های  جریان ...............................................................................................................................................................       ۳۴ 

٢-۸ بررسی  پارامترهای  مورد بررسی  در این  پایان  نامه  به  صورت  موردی ............................     ۳۵ 

٢-۸-١ اصول  کلی  مسئله .............................................................................................................................................................       ۳۵ 

٢-۸-٢ تاثیر شکل  کالورت ..........................................................................................................................................................     ۳۶  

٢-۸-٣ تاثیر نوع  خاک  .....................................................................................................................................................................     ۳۸ 

٢-۸-٤ تاثیر شیب  کالورت ..........................................................................................................................................................       ۳۹

٢-۸-٥ تاثیر ارتفاع  کالورت  در بالای  بستر ...............................................................................................................       ۴۱

٢-۸-٦ روش  پیشنهادی  (DOT) ........................................................................................................................................       ۴۷

. ٢-۸-٦-١ هندسه  حفره  آبشستگی  ...................................................................................................................................      ۴۸ 

٢-۸-٦-٢  زمان  آبشستگی  .........................................................................................................................................................     ۴۸ 

٢-۸-٦-٣ دیواره  های  اطراف ......................................................................................................................................................     ۴۸ 

٢-۸-٦-٤ ارتفاع  سقوط  .....................................................................................................................................................................       ۴۹

٢-۸-٦-٥ شیب ........................................................................................................................................................................................       ۴۹

٢-۸-٦-٦ روش  طراحی  ..................................................................................................................................................................       ۵۰ 

فصل  سوم  : طراحی  و ساخت  مدل  آزمایشگاهی  و چگونگی  انجام  آزمایشات      ۵۱

٣-١ مقدمه ......................................................................................................................................................................................................     ۵۲ 

٣-٢ تشریح  مشخصات  تجهیزات  آزمایشگاهی  وکاربرد آنها و نحوه  اندازه  گیری  ها.       ۵۲

٣-٢-١ فلوم  ...............................................................................................................................................................................................      ۵۲ 

٣-٢-٢ کالورتهای  خروجی ........................................................................................................................................................        ۵۳  

٣-٢-٣ اندازه  گیری  دبی  برای  مقاطع  مختلف ...................................................................................................     ۵۳

٣-٢-٣-١ مقدمه .....................................................................................................................................................................................     ۵۳

٣-٢-٣-٢ روش  اندازه  گیری  دبی  در مقاطع  مورد بررسی  ..................................................................     ۵۴ 

٣-٢-٤ دستگاه  ژرفاسنج  نقطه  ای  ......................................................................................................................................     ۵۵

٣-٢-٥ تنظیم  ارتفاع  سطح  آب ...........................................................................................................................................     ۵۵ 

٣-٢-٦ تعیین  مدت  زمان  آزمایش  ..................................................................................................................................       ۵۶ 

٣-٢-٧ مخزن  انجام  آزمایشات ..............................................................................................................................................     ۵۶ 

۳-٢-٨ مصالح  مورد استفاده  در آزمایش .....................................................................................................................     ۵۹

٣-٣ شرایط  هیدرولیکی  جریان  ..............................................................................................................................................       ۶۰ 

٣-٤  انجام  آزمایشات .............................................................................................................................................................................          ۶۰ 

٣-٤-١ مقدمه .............................................................................................................................................................................................          ۶۰ 

٣-٤-٢ تشریح  آزمایشات ..............................................................................................................................................................        ۶۱  

٣-٥ پارامترهای  اندازه  گیری  شده  آزمایشگاه  ......................................................................................................       ۶۲ 

فصل  چهارم  : تجزیه  وتحلیل  نتایج  آزمایشات                                    ۷۰

١-٤ مقدمه  ....................................................................................................................................................................................................       ۷۱

٤-٢ بررسی  تغییرات  ابعاد حفره  آبشستگی  در زمان  ......................................................................................     ۷۲

٤-٢-١ بررسـی  تغییـرات  عمـق  حفـره  (hs.Rc) تحت  اثـر تغییـرات  ارتفاع  ریـزش

و ارتـفاع  پایاب ..................................................................................................................................................................................................           ۷۲

٤-٢-٢ بررسی  جزئی  تر تغییرات  عمق  با استفاده  از جدول  (٤-٢) و (٤-٣) .....................     ۷۴

٤-٢-٣ بررسی  میزان  تغییرات  عمق  حفره  آبشستگی  در زمان  های  مورد بررسی ..........         ۷۵

٤-٣ بررسی  تغییرات  عرض  حفره  آبشستگی ...............................................................................................................     ۷۷

٤-٣-١ بررسـی  تغییـرات  عرض  حفـره  (ws.Rc) تحت  اثر تغیـیرات  ارتـفاع  ریزش 

و ارتـفاع  پایاب ................................................................................................................................................................................................     ۷۷

٤-٣-٢ بررسی  جزئی  تر تغییرات  عرض  حفره  با استفاده  از دو جدول (٤-٦)و (٤-٧)       ۷۹

٤-٣-٣ بررسی  میزان  تغییرات  عرض  حفره  آبشستگی  در زمانهای  مورد بررسی ..............     ۸۰

٤-٤ بررسی  تغییرات  طول  حفره  آبشستگی ..............................................................................................................     ۸۲

٤-٤-١ بررسی  تغییـرات  طـول  حفره  (Ls.Rc) تحـت  اثـر تغیـیرات  ارتفاع  ریـزش 

و ارتـفاع  پایاب ...............................................................................................................................................................................................       ۸۲ 

٤-٤-٢ بررسی  جزئی  تر تغییرات  طول  حفـره   (Ls.Rc)  با استـفاده  از دو جـدول 

(٤-١٠) و (٤-١١).....................................................................................................................................................................................       ۸۴ 

٤-٤-٣ بررسی  میزان  تغییرات  طول  حفره  آبشستگی  در زمانهای  مورد بررسی ...............       ۸۴ 

٤-٥- بررسی  تغییرات  ارتفاع  برآمدگی  بعد از حفره ...........................................................................................          ۸۷ 

٤-٥-١بررسـی  تغییرات  ارتـفاع  برآمـدگی   (Hm.Rc) تحـت  اثـر تغییـرات  ارتـفاع

ریـزش  و ارتفاع  پایاب ............................................................................................................................................................................       ۸۷

٤-٥-٢ بررسی  جزئی  تر تغییرات  ارتفاع  برآمدگی (Hm.Rc) با استفاده  از دو جدول

(٤-١٤) و (٤-١٥)......................................................................................................................................................................................     ۸۸ 

٤-٥-٣- بررسی  میزان  تغییرات  ارتفاع  برآمدگی  حفره  در زمانهای  مورد بررسی ...........     ۸۹ 

٤-٦- بررسی  تغییرات  طول  کل  حفره ...............................................................................................................................       ۹۲ 

٤-٦-١ بررسی  تغییرات  طول  کل  حفره (Lst.Rc) تحت  اثرتغییرات  ارتـفاع  ریـزش

و ارتـفاع  پایاب ...............................................................................................................................................................................................         ۹۲ 

٤-٦-٢- بررسـی  جزئـی  تـر تغییرات  طول  حفـره  (Lst) با استــفاده  از دوجـدول

(٤-١٨) و  (٤-١٩)..................................................................................................................................................................................          ۹۲

٤-٦-٣- بررسی  میزان  تغییرات  طول  کل  حفره  در زمانهای  مورد بررسی ............................       ۹۴ 

٤-۷ تاثیرات  تغییر ارتفاع  ریزش  و ارتفاع  پایاب  بر ابعاد حفره  آبشستگی ................................       ۹۶ 

٤-۸ بررسی  معادله  کوتولاس ....................................................................................................................................................      ۹۸ 

٤-۹ بررسی  معادله  DOT .................................................................................................................................................       ۹۹  

٤-۹-١ نحوه  جایگذاری  مقادیر برداشت  شده  .........................................................................................................     ۹۹ 

٤-۹-٢ بررسی  تغییرات  عمق  حفره  آبشستگی  با توجه  به  نمودارهای (٤-۷),(٤-۸)

و (٤-۹) و جدول  (٤-٢٨) ...............................................................................................................................................     ۱۱۲

٤-۹-٣ بررسـی  تغییـرات  عرض  حفـره  آبشستگی  با توجه  به  نمـودارهای  (٤.-۱۰) ,

(٤-۱۱) و (٤-۱۲) و  جدول  (٤-٢٨)...................................................................................................................................    ۱۱۲

٤-۹-٤ بررسـی  تغییـرات  طول  حفره  آبشـستگی  با توجه  به  نمـودارهای  (٤-۱۳) و

(٤-۱۴) و (٤-۱۵) وجدول  (٤-٢٨).......................................................................................................................................     ۱۱۲

٤-۹-٥ نتیجه  گیری  کلی  از نمودارهای  (٤-١) الی  (٤-٩) و جدول  (٤-٢٨).......................       ۱۱۲

٤-۹-٦ ضرایب  پیشنهادی  برای  معادله  DOT ........................................................................................     ۱۱۳

٤-۹-۷ حداکثر ارتفاع  برآمدگی  و حداکثر طول  کل ........................................................................................     ۱۱۳

فصل  پنجم  : نتیجه  گیری  و ارائه  پیشنهادات                                    ۱۱۸

مقدمه .................................................................................................................................................................................     ۱۱۹

٥-١ نتایج ..........................................................................................................................................................................    ۱۱۹

٥-٢ پیشنهادات ................................................................................................................................................................     ۱۲۴

پیوست ...............................................................................................................................................................................     ۱۲۶

منابع ............................................................................................................................................................................................    ۱۲۹

چکیده  انگلیسی .............................................................................................................................................................     ۱۳۵