پيش بيني آزمايشگاهي نيمرخ بستر با تجمع اجسام شناور مستغرق كامل و نيمه مستغرق در بالادست پايه پل استوانه اي

سابقه و هدف: در مواقع سيلابي كه سرعت جريان آب در رودخانه‌ها زياد است، جريان بقاياي شاخ و برگ درختان و ديگر اجسام جامد را با خود حمل كرده و با برخورد با پايه‌هاي پل‌هاي احداث‌شده در مسير جريان آب، در بالادست آن تجمع مي‌يابند. اين فرايند موجب تغيير در روند و مقادير بيشينه عمق آب‌شستگي اطراف پايه پل مي‌شود. اگر مقادير بيشينه عمق آب‌شستگي از مقادير پيش‌بيني‌شده در طراحي پايه‌هاي پل بيشتر گردد، مي‌تواند حتي سبب تضعيف پايه‌ها و در مواقعي خرابي و واژگوني آنها شود. ازاين‌رو در اين پژوهش به مطالعه اثر تجمع اجسام شناور در بالادست پايه‌هاي پل استوانه‌اي در دو حالت استغراق كامل و نيمه‌مستغرق بر نيمرخ‌هاي آب‌شستگي اطراف پايه پل و مقادير بيشينه عمق آب‌شستگي در فلوم آزمايشگاه هيدروليك دانشگاه صنعتي نوشيرواني بابل پرداخته مي‌شود. بدين منظور كليه پارامترهاي مختلف توسط آناليز ابعادي تعيين و اثر پارامترهاي مؤثر عدد فرود چگال، عمق استغراق و ترار قرارگيري اجسام شناور بر نيمرخ‌هاي طول و عرضي اطراف پايه پل بررسي مي‌شوند. همچنين معادله‌اي براي پيش‌بيني بيشينه عمق آب‌شستگي برمبناي داده‌هاي آزمايشگاهي ارائه و دامنه كاربرد پارامترهاي حاصل از تحليل ابعادي براي كاربرد در طراحي‌ها بيان مي‌شود.‌مواد و روش‌ها: براي بررسي اثر تجمع اجسام شناور بر مقادير آب‌شستگي سه مجموعه آزمايش اجرا گرديد كه تمامي آنها در شرايط آب زلال و جريان دائمي بودند. مجموعه اول آزمايش‌هاي شاهد در حالت پايه پل استوانه‌اي تنها با قطر (D) 3 سانتي‌متر، حالت دوم براي اجسام شناور مدفون (0=y0) و حالت سوم براي اجسام شناور آزاد (D=y0) بوده‌است. پارامترهاي متغير در آزمايش‌ها سرعت نسبي جريان (0.838≥u/uc ≥0.230) و عمق نسبي جريان (3≥y/D≥1.33) مي‌باشد. فاصله پايه پل از ابتداي بستر ثابت و برابر 3 متر و اندازه دانه متوسط دانه‌ها 0.82 ميلي‌متر بوده‌است. در اين پژوهش ضمن بررسي منحني‌هاي تكامل زماني بيشينه عمق آب‌شستگي، براي اطمينان از به تعادل رسيدن حفره آب‌شستگي آزمايش‌ها، زمان انجام آزمايش‌ها 480 دقيقه درنظر گرفته شد.يافته‌ها: نتايج مشاهدات آزمايشگاهي نشان داد، هنگامي‌كه اجسام شناور به صورت مدفون قرار گيرند، در y/D= 1تا 1.67، بيشينه عمق حفره آب‌شستگي حداكثر تا 10 درصد نسبت به حالت شاهد افزايش مي‌يابد. با افزايش عمق نسبي جريان، اجسام شناور مدفون به‌صورت طوقه عمل كرده و در 2≤y/D از ميزان عمق حفره آب‌شستگي نسبت به حالت شاهد كاسته مي‌شود. در حالت اجسام شناور آزاد در تمام عمق‌هاي نسبي (3≥y/D≥1.33) بيشينه عمق آب‌شستگي نسبت به حالت شاهد افزايش داشته و حداكثر آن حدود 57 درصد در 1/33=y/D مي‌باشد. همبستگي رابطه پيشنهادي براي پيش‌بيني بيشينه عمق آب‌شستگي با ضريب R2 برابر با 0/96و ضريب RMSE برابر 0/22 نشان از دقت مناسب رابطه پيشنهادي براي حالت آب‌شستگي در حالت تجمع اجسام شناور دارد.نتيجه‌گيري: با مشاهده كلي نتايج مي‌توان دريافت تجمع اجسام شناور بالادست پايه در حالتي‌كه اجسام شناور بالاتر از بستر رسوبي قرار گيرند موجب افزايش قابل توجه بيشينه عمق آب‌شستگي مي‌شود. در مواقعي‌كه اين اجسام همتراز با بستر رسوبي باشند، در عمق‌هاي نسبي جريان كم موجب افزايش آب‌شستگي و در اعماق نسبي جريان بيشتر موجب كاهش بيشينه عمق آب‌شستگي نسبت به حالت شاهد مي‌شوند. براساس معادله پيشنهادي، پارامتر عدد فرود چگال بيشترين اثر و پارامترy-y0/D كمترين اثر را بر نتايج دارد.