هیدرولیک
سال:1397 | دوره:13 | شماره:2 |تعداد مقالات:6

معمولا نقاط شکست در بستر رودخانه ها به صورت پایین افتادگی های متوالی بستر شکل می گیرند. پسروی نقاط شکست باعث ناپایداری، فرسایش، کف کنی و حرکت رسوبات در رودخانه می شود و ممکن است به سازه هایی همچون پل ها و بدنه آبراهه خسارات عمده وارد سازد. در تحقیق حاضر، دو نقطه شکست متوالی با شیب ده درصد به فاصله یک متر در بستر ماسه ای یک کانال مستطیلی روباز با شیب ملایم 0.003 احداث شد و فرسایش بستر، توسعه و مهاجرت نقاط شکست به ازای دبی های مختلف بررسی گردید. سپس عملکرد چهار نوع سازه آستانه سنگریز، آستانه شیب دار، خیزآب نیوبری و خیزآب باله ای عرضی در تثبیت هرکدام از دو نقطه شکست به طور آزمایشگاهی مطالعه شد. تمام سازه ها در کنترل فرسایش بستر موفق بودند، اما خیزآب ها بهتر از آستانه ها عمل کردند، به ویژه خیزآب نیوبری که همراه با تمرکز جریان در میانه کانال، مهاجرت نقطه شکست را به خوبی متوقف کرد و موقعیت آن را کاملا تثبیت نمود.آزمایش ها نشان داد که احداث سازه کنترل، نه تنها در تثبیت یک نقطه شکست موثر است، بلکه توسعه نقطه شکست مجاور آن را نیز کند می سازد.

یکی از روش های سازه ای ارزان قیمت کنترل سیلاب، استفاده از سدهای پاره سنگی فاقد هسته است. جریان های سیلابی معمولا بار رسوبی بالایی دارند و با توجه به بزرگ بودن خلل و فرج بدنه این سدها، همراه با آب مقدار زیادی رسوب به داخل بدنه سد نفوذ می کند. بنابراین تعیین غلظت رسوب در نقاط مختلف بدنه به منظور تعیین نقاط بحرانی از نظر رسوب گذاری، میزان تله اندازی رسوب، میزان رسوب عبوری و... از اهمیت خاصی برخوردار است. لذا در این تحقیق، ابتدا بر مبنای معادلات سنت ونانت و دوجمله ای فورشهایمر و با استفاده از روش عددی حجم محدود، مدل ریاضی شبیه ساز جریان در محیط متلب تهیه و اجرا شد. سپس با استفاده از نتایج خروجی مدل و بر مبنای معادله انتقال رسوب و با استفاده از روش عددی حجم محدود، مدل ریاضی شبیه ساز توزیع غلظت رسوبات غیر چسبنده در بدنه سد پاره سنگی توسعه داده شد. مدل ارائه شده مقادیر غلظت رسوبات را در نقاط مختلف بدنه بر مبنای شبکه بندی در نظر گرفته شده از مرحله قبل تعیین می کند. برای ارزیابی نتایج خروجی این مدل ها از نتایج آزمایشگاهی استفاده شد. مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی حاکی از صحت مدل عددی تهیه شده در شبیه سازی توزیع غلظت رسوبات بود. بطوری که بر مبنای مقایسه انجام شده بین داده های اندازه گیری شده توزیع رسوبات با مقادیر محاسباتی در سه مقطع از بدنه سد پاره سنگی، میانگین خطای نسبی 8.14 درصد بدست آمد.

هدف این پژوهش صحت سنجی نتایج مدل عددی با شواهد فیزیکی موجود در ساحل میانکاله است. این پژوهش با استفاده از مدل سازی با نرم افزار مایک 21 (ماژول های SW،HD وCOUPLED MODEL FM ) به همراه مطالعات میدانی و نمونه برداری رسوبی صورت پذیرفته است. بر اساس نتایج مدل عددی مایک در سواحل میانکاله، انرژی موج و سرعت جریان های ساحلی از غرب به شرق کاسته شده و همچنین اندازه ارتفاع امواج در درون دهانه خلیج گرگان تا 80 درصد کاهش را نشان می دهد. میانگین جهت جریان ها در یک سال در بیرون خلیج، از غرب به شرق بوده و درون خلیج، به صورت پادساعتگرد عمل می کند. نرخ کلی انتقال رسوب در زبانه میانکاله کمتر از 0.00002 متر مکعب در ثانیه بر هر متر است، که نرخ پایین انتقال رسوب از بالادست را نشان می دهد. سواحل شرقی حساسیت بالاتری از سواحل غربی نسبت به نوسانات تراز آب دریا دارند. نتایج مشاهدات میدانی و عوارض فیزیکی در ساحل نیز تایید کننده نتایج بدست آمده از مدل عددی مایک در منطقه است. میانگین اندازه رسوبات سواحل میانکاله 0.106 میلی متر می باشد. سواحل میانکاله از نوع سواحل پراکنشی بوده و از غرب به شرق به خاصیت پراکنشی ساحل افزوده می شود. منطقه غربی منبع رسوبی و منطقه شرقی میانکاله مقصد رسوبی می باشد. مدل عددی مایک نیز برای سواحل کم شیب از نوع پراکنشی پاسخگو است. مدل عددی مایک به وسیله شواهد فیزیکی ساحل صحت سنجی شده است.

در تحقیق حاضر با استفاده از روش اجزای محدود، اندرکنش سیال، سازه و سنگ در تونل تحت فشاری با پوشش بتنی در حالت دوبعدی مدل سازی می شود. سیال داخل تونل با استفاده از المان های آکوستیک که قابلیت شبیه سازی فشار های هیدرودینامیکی را دارند، مدل سازی می شود. با اعمال فشار در دو حالت پایدار و گذرا و درنظر گرفتن اندرکنش سیال و سازه، به بررسی نحوه ترک خوردگی سنگ اطراف پوشش به عنوان مستعدترین مکان برای بروز این پدیده مخرب پرداخته می شود. برای تحلیل جریان سیال در دو حالت پایدار و گذرا از نرم افزار HAMMER استفاده می شود. سپس بارگذاری های هیدرولیکی، به منظور تحلیل تنش به نرم افزار ABAQUS انتقال داده می شود. برای بررسی ترک خوردگی المان های سنگ اطراف پوشش از معیار شکست موهر-کولمب استفاده می شود. با اعمال فشار آب به تونل در حالت پایدار، حداقل میزان روباره برای ترک نخوردن سنگ مورد ارزیابی قرار می گیرد. در نهایت با تغییر روباره موجود در روی تونل به بررسی تاثیر افزایش ارتفاع روباره بر شکست هیدرولیکی، در صورت بروز جریان های گذرا در داخل تونل پرداخته می شود و نتایج در قالب نمودار هایی ارائه می شود. نتایج نشان می دهد که در حالت جریان گذرا، افزایش روباره الزاما راه کاری ایمن برای جلوگیری از بروز پدیده مخرب شکست هیدرولیکی نیست.

شناخت مساله هجوم آب شور در شرایط گذرا، نقش موثری بر مدیریت منابع آب های زیرزمینی ساحلی دارد. در این مطالعه، دینامیک گذرای گوه آب شور و ناحیه اختلاط در آبخوانی آزاد با سیستم هد- کنترل شده در مرزها بصورت آزمایشگاهی و عددی بررسی شد. داده های آزمایشگاهی با استفاده از فن پردازش تصویر برداشت شدند و شبیه سازی های عددی توسط کد SUTRA انجام گرفت. برای بررسی رفتار گوه آب شور در شرایط گذرا، علاوه بر آنالیز شاخص طول پنجه گوه که در اغلب تحقیقات آزمایشگاهی و عددی قبلی مورد استفاده قرار گرفته است، تغییرات شاخص ارتفاع گوه در مرز دریا نیز نسبت به زمان اندازه گیری شد. نتایج نشان دادند که الف) در هنگام پیشروی گوه، شاخص ارتفاع گوه به مراتب زودتر از شاخص طول پنجه گوه به شرایط دائمی می رسد، این در حالی است که در هنگام بازگشت گوه، هر دو شاخص بطور هم زمان به وضعیت پایدار می رسند. ب) بر خلاف طول پنجه گوه که در وضعیت برگشت زودتر از وضعیت پیشروی به شرایط دائمی می رسد، شاخص ارتفاع گوه در هر دو وضعیت پیشروی و بازگشت تقریبا مدت زمان یکسانی را برای رسیدن به شرایط دائمی طی می کند. همچنین نتایج برای ناحیه اختلاط نشان داد که در اثر فرایندهای شستشو و اختلاط، ناحیه اختلاط در اوایل مرحله بازگشت گوه گسترش می یابد و با نزدیک شدن گوه به شرایط دائمی، فرایند شستشو متوقف شده و ناحیه اختلاط کم کم منقبض می گردد.

گاهی مشاهده می شود بنا به دلایلی، شکل سدهای خاکی در پلان به صورت قوسی است. یکی از سوالاتی که در این ارتباط مطرح می شود، اثر این قوس بر روی پدیده تراوش است. در این پژوهش به بررسی عددی تراوش در سدهای خاکی قوسی به صورت سه بعدی پرداخته می شود. برای این منظور یک سری آنالیز توسط نرم افزار تفاضل محدود FLAC 3D انجام و تاثیر متغیرهای مختلف از جمله شکل دره، ارتفاع سد و شعاع قوس مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد احداث سد در حالت قوسی دبی عبوری از بدنه سد را تحت تاثیر قرار می دهد، بدین نحو که با افزایش شعاع قوس (انحنا کمتر) دبی خروجی از سد در هر دو دره با شکل مقطع ثابت و تنگ شونده، کمتر می گردد و دبی با طول قوس یک رابطه تقریبا خطی دارد. در دره با مقطع ثابت و در یک ارتفاع مشخص، دبی خروجی بیشتری نسبت به دره تنگ شونده مشاهده گردید. همچنین نتایج تحلیل ها نشان داد که در سدهای خاکی قوسی، متوسط گرادیان هیدرولیکی بیشتری نسبت به سدهای خاکی تخت در پایین دست ایجاد می گردد.