گرداب نعل اسبی در جلوی پایه پل نتیجه نهایی ناشی از گرادیان فشار معکوس بر روی بستر بالادست پایه می باشد. بررسی مراجع نشان می دهد دیدگاه های مختلفی در مورد نحوه و زمان تشکیل شدن گرداب نعل اسبی وجود دارد. بر این اساس در تحقیق حاضر اقدام به بررسی نظرات مختلف در مورد نحوه شکل گیری گرداب نعل اسبی در جلوی پایه پل می گردد. بررسی مراجع نشان می دهد که هر سه شکل وجود گرداب نعل اسبی قبل از شکل گیری حفره آبشستگی، در لحظه شکل گیری و بعد از آن مورد تایید محققین مختلف است. در ادامه با جمع آوری داده های آزمایشگاهی مختلف اقدام به محاسبه اندازه گرداب نعل اسبی در شرایط تعادل حفره و همچنین تغییرات زمانی اندازه گرداب نعل اسبی با افزایش عمق آبشستگی می گردد. نتایج محاسبات نشان می دهد که منحنی تغییرات زمانی اندازه گرداب نعل اسبی مشابه با عمق آبشستگی بوده که در نهایت به یک مقدار ثابت میل می کند. همچنین اندازه گرداب نعل اسبی محاسبه شده با روش های مختلف در شرایط تعادل حفره از 3/0 تا 3/3 برابر عمق آبشستگی تعادلی بوده و تابعی از پارامترهای مختلف نظیر اندازه دانه های بستر و قطر پایه پل می باشد. در نهایت روشی برای محاسبه تغییرات زمانی تنش برشی اعمالی به بستر جلوی پایه با توجه به اندازه گرداب نعل اسبی شده است. در این روش با افزایش اندازه گرداب نعل اسبی، تنش برشی در جلوی پایه پل از 4 برابر تنش برشی در بالادست پایه تا مقدار تنش برشی آستانه حرکت دانه های بستر کاهش می یابد.

مقدمه: آبشستگی پایه های پل یکی از مهمترین عوامل تهدیدکننده پایداری پل های احداث شده برروی رودخانه ها می باشد. بنابراین ارائه روش های مناسب به منظور پیش بینی و کنترل عمق آبشستگی از مسائلی است که بسیار مورد توجه بوده است. روش های مختلفی برای کنترل آبشستگی اطراف پایه های پل پیشنهاد شده است. در مطالعه حاضر، اثر استفاده از آبپایه بر کاهش عمق آبشستگی اطراف پایه پل با اشکال هندسی متفاوت در شرایط آب صاف، مورد بررسی قرار گرفته است. روش­: در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی تاثیر آبپایه بر کاهش حفره ی آبشستگی موضعی اطراف پایه پل با اشکال هندسی متفاوت پرداخته شد. شکل هندسی پایه های پل و همچنین حضور آبپایه، مانع از تماس مستقیم جریان پایین رونده، کاهش فعالیت گرداب های نعل اسبی و در نتیجه کاهش سرعت آبشستگی می شود و زمان شروع آبشستگی را به تاخیر می اندازد. یافته­ ها: نتایج حاصل از آزمایش ها نشان داد بیشترین کاهش عمق آبشستگی در اطراف پایه پل با شکل هندسی بیضوی و با حضور آبپایه رخ می دهد. همچنین نتایج نشان داد که در یک وضعیت یکسان، عمق نسبی آبشستگی در پایۀ با شکل هندسی بیضوی نسبت به سایر پایه ها کمتر بوده (5/55 درصد آبشستگی کمتر از شاهد) و در پایه شاهد به بیشترین میزان خود می رسد همچنین عمق نسبی آبشستگی با افزایش عدد فرود در وضعیت یکسان افزایش یافته است. آبپایه چسبیده به پایه پل باعث کاهش 6/29 درصدی عمق آبشستگی شده است. نتیجه­ گیری: با توجه به مشاهدات و نتایج بدست آمده نحوه طراحی شکل هندسی پایه پل میتواند روش مناسبی جهت کاهش عمق آبشستگی باشد. بطوریکه هر چه لبه های پایه پل بیضوی شکل باشند (P1) با هدایت خطوط جریان به پایین دست پایه پل، باعث کاهش قدرت گرداب های رو به پایین و در نتیجه کاهش قدرت مخرب گرداب های نعل اسبی در جلوی پایه پل شده و عمق چاله آبشستگی به حداقل می رسد. ضمنا هرچه پایه پل دارای لبه های مستطیلی شکل و صاف باشد، به علت برخورد مستقیم خطوط جریان و هدایت آن ها به سمت پایین پایه پل باعث افزایش قدرت جریان های رو به پایین و گرداب های نعل اسبی و بلطبع آن، افزایش عمق آبشستگی در جلوی پایه می شود. همچنین آبپایه ابزار مناسبی جهت حفاظت از پایه های پل در مقابل گرداب های پایین رونده و نعل اسبی، در پایه ها می باشد.

آبشستگی به فرم های مختلف پایداری سازه های هیدرولیکی را مورد تهدید و فرسایش قرار می‍ دهد. یکی از روش های غیرمستقیم کاهش آبشستگی نصب طوق و صفحات مستغرق است. طوق عبارتست ازصفحه ای نازک که در یک ارتفاع مشخص از پایه پل نصب شده و به این وسیله مانع از تماس مستقیم جریان پایین رونده در جلوی پایه پل با بستر رودخانه می گردد و فعالیت گرداب های نعل اسبی را تضعیف می کند همچنین در پایه های طوق دار سرعت آبشستگی کاهش یافته و یا به عبارت دیگر زمان شروع آبشستگی به تأخیر می افتد. در این تحقیق با مدل سازی آزمایشگاهی به بررسی تأثیر توام طوق و صفحات مستغرق بر میزان کاهش عمق آبشستگی پایه های استوانه ای پرداخته شده است. با توجّه به نتایج حاصل از آزمایش بیشترین کاهش عمق آبشستگی برای فرود 246/0و پایه در مجاورت طوق دو برابر قطر پایه و شش صفحه مستغرق برای هر سه پایه به ترتیب (55%، 96%، 98%) اتفاق افتاده است. همچنین نتایج نشان داد که صفحات مستغرق با تاثیر بر روی خطوط جریان و طوق با محافظت از پایه در مقابل گرداب های پایین رونده و گرداب های نعل اسبی، ابزار مناسبی جهت کاهش عمق آبشستگی در پایه های استوانه ای باشد.

در این مقاله، الگوی جریان در یک تنگ شدگی، به واسطه ساخت کوله های پل مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور در فلومی به عرض 73.5 سانتیمتر با بستر فرسایش پذیر تنگ شدگی یک پل با ساخت کوله های آن ایجاد شده و پس از برقراری جریان و به تعادل رسیدن حفره آبشستگی الگوی جریان برداشت شده است. این آزمایش ها با یک دبی ثابت و دو عمق پایاب متفاوت انجام شده است.بدین منظور در شبکه نقاط بالادست محور تنگ شدگی سرعت جریان به صورت همزمان در سه جهت x،y،z، توسط دستگاه ADV، اندازه گیری و بر اساس تغییرات سرعتهای لحظه ای، شدت آشفتگی جریان نیز محاسبه شده است. بر مبنای اندازه و جهت بردارهای سرعت در شبکه نقاط اندازه گیری شده و همچنین مولفه های شدت آشفتگی جریان در سه جهت x،y،z، تحقیق حاضر به تجزیه و تحلیل الگوی جریان در بالادست تنگ شدگی در بستر فرسایش پذیر می پردازد.

در این مطالعه تأثیر زاویه قرارگیری دو پایه پل نسبت به جهت جریان بر روی عمق تعادل آبشستگی در جلو پایه ها تحت شرایط آبشستگی آب زلال بررسی می شود. بدین منظور پایه ها با 4 زاویه مختلف نسبت به جهت جریان قرار داده می شوند. افزون بر این جهت حصول عمق تعادل آبشستگی در جلو پایه ها، آزمایشها تا رسیدن به زمان تعادل آبشستگی انجام میگردند. نتایج نشان می دهد که افزایش زاویه قرارگیری پایه ها، عمق و زمان تعادل آبشستگی در پایه ها را افزایش می دهد. کمینه و بیشینه عمق تعادل آبشستگی برای هر دو پایه به ترتیب در زوایای 0 و 60 درجه مشاهده می شود. با توجه به تجزیه و تحلیل نتایج، بیشینه عمق تعادل آبشستگی در جلو پایه ها، برای زوایای کوچکتر و مساوی 28 درجه در پایه بالادست حادث می گردد، درحالی که برای زوایای بزرگتر از 28 درجه به پایه پایین دست منتقل می گردد. در ادامه با بکارگیری روش رگرسیون خطی نیمه لگاریتمی و داده های مشاهداتی روابطی برای تخمین عمق آبشستگی درجلو پایه ها ارائه می شوند.

چکیدهمقدمه: آبشستگی موضعی که به دلیل سازه های ساخت بشر در مسیر جریان رودخانه ها به وقوع می پیوندد، می تواند به فرم های مختلف باعث فرسایش کف رودخانه شده و تهدیدی در جهت تغییر رژیم طبیعی جریان رودخانه محسوب می شود. یکی از روش های غیر مستقیم کاهش آبشستگی استفاده از سازه های حفاظتی است. صفحه حفاظتی عبارتست از صفحه ای نازک که در یک ارتفاع مشخص از پایه پل نصب شده و به این وسیله مانع از تماس مستقیم جریان پایین رونده در جلوی پل با بستر رودخانه می‎گردد و فعالیت گرداب های نعل اسبی را تضعیف می کند همچنین در این نوع پایه ها سرعت آبشستگی کاهش یافته و یا به عبارت دیگر زمان شروع آبشستگی به تأخیر می افتد.روش­: در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی تاثیر طول صفحات حفاظتی بر میزان کاهش عمق آبشستگی پایه های استوانه ای پرداخته شد.یافته ­ها:  نتایج حاصل از انجام آزمایش ها نشان داد که قرارگیری صفحات حفاظتی توانست تا 69 درصد باعث کاهش عمق آبشستگی شود. همچنین بهترین طول نسبی (نسبت طول صفحه حفاظتی به عرض پایه پل،( ) صفحات حفاظتی معادل یک می باشد و با افزایش بیشتر طول صفحات حفاظتی، تاثیر طول صفحه بر کاهش عمق آبشستگی معکوس شد بطوریکه کاهش عمق آبشستگی برای طول نسبی 5/0 و 2 به ترتیب 50% و 60% بیشتر از حالت شاهد (بدون حضور صفحات حفاظتی) می باشد. همچنین در کلیۀ آزمایش ها با افزایش عدد فرود جریان، عمق نسبی آبشستگی افزایش پیدا کرده است.نتیجه­ گیری: با توجه به نتایج به دست آمده، با افزایش طول صفحات حفاظتی تا L=b روند کاهش عمق آبشستگی زیاد  بوده ولی با افزایش بیشتر طول نسبی صفحات حفاظتی، به علت برخورد تعداد بیشتر خطوط جریان رو به پایین و ایجاد گرداب های نعل اسبی بیشتر می تواند باعث افزایش قدرت تخریب رسوبات اطراف پایه پل شود و اثر این سازه را کاهش داده است. همچنین در تمام آزمایش ها در مجاورت صفحات حفاظتی، عمق آبشستگی به میزان قابل توجهی (حداکثر 54/69 درصد و حداقل 54/29 درصد) نسبت به حالت آزمایش شاهد کاهش پیدا کرده و با توجه به مشاهدات می توان نتیجه گرفت که استفاده از صفحات حفاظتی با تاثیر بر روی خطوط جریان رو به پایین و گرداب های نعل اسبی به عنوان سازه ی مناسبی در جهت کاهش عمق آبشستگی اطراف پایه های پل موثر است.

آبشستگی یک پدیده طبیعی است که در نتیجه عامل فرسایش­دهنده جریان آب رخ می­دهد. در اثر برخورد آب به پایه اسکله گرداب­هایی موسوم به گرداب نعل­اسبی به وجود می­آید. گرداب­های نعل­اسبی بیشتر در جلو پایه فعالیت دارند که عامل اصلی پدیده آبشستگی است. در این تحقیق اثر کاربرد سازه­های مثلثی بر کاهش آبشستگی اطراف پایه­های اسکله ساحلی به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. این پژوهش در یک فلوم آزمایشگاهی با قوس 90 درجه استفاده شد. سازه­های محافظ مثلثی با زوایای 15، 30، 45 و 60 درجه و یک سازه مثلثی دارای انحناء در نظر گرفته شد. آزمایشات با دبی­های 6، 5/7، 5/8 و 10 لیتر بر ثانیه انجام شد. نتایج نشان داد که نصب سازه­های محافظ مثلثی در دبی حداکثری 10 لیتر بر ثانیه، می­تواند در در بالادست و پایین­دست جریان عمق آبشستگی را به ترتیب تا 84 و 78 درصد کاهش دهد. بهترین عملکرد مربوط به سازه محافظ 15 درجه در بالادست جریان و هم چنین سازه محافظ 60 درجه در پایین­دست جریان می­باشد. نتایج حاکی از آن است که با افزایش عدد فرود عمق آبشستگی افزایش می­یابد. همچنین سازه محافظ دارای انحناء در بالا دست جریان عملکرد بسیار مطلوب و در پایین­دست جریان عملکرد ضعیف­تری نسبت به سایر سازه­های محافظ داشت.

گردابه نعل اسبی در اطراف تلاقی برجک-بدنه زیردریایی ایجاد شده و تاثیر مهمی در یکنواختی جریان و یک پروانه زیردریایی دارد، و نمی توان اثر گردابه نعل اسبی را روی عملکرد هیدرودینامیکی زیردریایی نادیده گرفت. گردابه نعل اسبی نویز هیدرودینامیکی زیردریایی را افزایش می دهد و باعث غیر-یکنواختی جریان پروانه می شود. یک روش مناسب برای کاهش اثرات جریان گردابه ای، استفاده از مولدهای ورتکس است. در تحقیق حاضر به کمک روش مرئی سازی با روغن و شبیه سازی عددی با نرم افزار اپن فوم، میدان جریان در اطراف یک مدل زیرسطحی استاندارد با استفاده از مولدهای ورتکس در زوایای حمله 0o£a£30o بررسی شده است. استفاده از روش آزمایشگاهی در تونل باد و شبیه سازی عددی در مطالعه حاضر به بررسی فیزیک اثر مولدهای ورتکس روی ساختار گردابه های تشکیل شده در اطراف زیرسطحی کمک نمود. در این مطالعه، نتایج حاصل نشان می دهند که استفاده از مولدهای ورتکس باعث کاهش قدرت گردابه نعل اسبی، خط جدایش، اندازه ابعاد گرادبه های عرضی و نیروی پسا می شود.