بررسی آزمایشگاهی آبشستگی رسوبات چسبنده ناشی از جت‌های ریزشی آزاد

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 تربیت مدرس

2 دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

یکی از ‏مهمترین عواملی است که می‌تواند باعث آسیب یا کاهش کارایی سازه‌های هیدرولیکی گردد، آبشستگی می‌باشد. بیشتر پژوهش‌ها در گذشته بر رسوبات غیرچسبنده متمرکز شده‌اند. اما از آنجا که بیشتر رسوبات موجود در طبیعت دارای خاصیت چسبندگی می‌باشند، در پژوهش حاضر این دسته از رسوبات مورد آزمایش قرار گرفته‌اند. آزمایش‌ها با استفاده از ‏جت‌های افقی، مایل و قائم با قطر نازل ‏10، 15، 20 و 25 میلیمتر، تحت 3 ‏عمق پایاب 5، 10 و 15 سانتیمتری، 3 ارتفاع‌ ریزش 20، 50 و 60 سانتیمتری و اعداد فرود 3، 5، 7 و 9 انجام شد.‏ رسوبات چسبنده، از ترکیب ماسه ریزدانه با رس به میزان 20 درصد وزنی کل مصالح، آماده و استفاده شد. پس از حصول تعادل در آزمایش‌ها، نیمرخ‌های نهایی آبشستگی توسط متر لیزری برداشت گردید. نتایج نشان داد که افزایش نسبت عمق پایاب به ارتفاع ریزش (Yt/H)، اثر دو گانه بر بیشینه عمق آبشستگی نسبی دارد. طوری که بیشینه عمق آبشستگی نسبی با افزایش Yt/H، ابتدا افزایش یافته، برای جت افقی به حدود 3/0 و برای جت عمودی به حدود 35/0 می‌رسد، سپس روند تغییرات آن معکوس می‌شود و با افزایش نسبت Yt/H میزان آبشستگی نسبی کاهش می‌یابد. علاوه‌براین افزایش عدد فرود، باعث افزایش میزان آبشستگی می‌شود. همچنین میزان آبشستگی در دو زاویه جت 0 و 30 درجه نسبت به افق، بسیار نزدیک به هم هستند. در زوایای بزرگتر، به غیر از زاویه 90 درجه، با بیشتر شدن زاویه جت، عمق آبشستگی افزایش می‌یابد. جت با زاویه 45 درجه بیشترین عمق آبشستگی را ایجاد می‌کند.

کلیدواژه‌ها


Abida, H. and Townsend, R. (1991). Local scour downstream of box‌culvert outlets. Journal of irrigation and drainage engineering. 117(3), 425‌440.
Aderibigbe, O. and Rajaratnam, N. (1996). Erosion of loose beds by submerged circular impinging vertical turbulent jets. Journal of Hydraulic Research, 34(1), 19‌33.
Ansari, S.A., Kothyari, U.C. and Raju, K.G.R. (2003). Influence of cohesion on scour under submerged circular vertical jets. Journal of hydraulic engineering. 129(12), 1014-1019.
Blaisdell, F.W. and Anderson, C.L. (1988). A comprehensive generalized study of scour at cantilevered pipe outlets. Journal of Hydraulic Research. 26(4), 357‌376.
Blaisdell, F.W., Hebaus, G.G. and Anderson, C.L. (1981). Ultimate dimensions of local scour. Journal of the Hydraulics Division. 107(3), 327‌337.
Breusers, H. and Raudkivi, A. (1991). Scouring, hydraulic structures design manual. IAHR, AA Balkema, Rotterdam, 143.
Chaudhuri, P. (2007). Study of scour caused by obliquely impinging plunging and non-plunging turbulent jets.
Cossette, D. (2016). Erodibility and scour by a vertical submerged circular turbulent impinging jet in cohesive soils, Doctoral dissertation, University of Saskatchewan.
Cossette, D., Mazurek, K.A. and Rennie, C.D. (2012). Critical shear stress from varied methods of analysis of a submerged circular turbulent impinging jet test for determining erosion resistance of cohesive soils. Paper presented at the Proc. 6th Intl. Conf. on Scour and Erosion (ICSE6).
Daly, E.R., Fox, G.A., Enlow, H.K., Storm, D.E. and Hunt, S.L. (2015). Site‐scale variability of streambank fluvial erodibility parameters as measured with a jet erosion test. Hydrological Processes. 29(26), 5451-5464.
Doehring, F.K. and Abt, S.R. (1994). Drop height influence on outlet scour. Journal of hydraulic engineering, 120(12), 1470‌1476.
Ervine, D.A. (1976). The entrainment of air in water. Int. Water Power Dam Constr. 28(12), 27–30.
Ghodsian, M., Melville, B. and Tajkarimi, D. (2006). Local scour due to free overfall jet. Paper presented at the Proceedings of the Institution of Civil Engineers‌ Water Management.
Hanson, G.J. (2001). Field and laboratory jet testing method for determining cohesive material erodibility. In Proceedings of the seventh Federal interagency sedimentation conference.
Hanson, G. and Cook, K. (2004). Apparatus, test procedures, and analytical methods to measure soil erodibility in situ. Applied engineering in agriculture. 20(4), 455.
Hedges, J.D. (1990) The scour of cohesive soils by an inclined submerged water jet, Master Thesis, Texas A&M University.  
Hoffmans, G.J. and Verheij, H.J. (2017). Scour Manual. Routledge, 224 p.
Lim, S.S. and Khalili, N. (2009). An improved rotating cylinder test design for laboratory measurement of erosion in clayey soils. Geotechnical testing journal, 32(3), 232-238.
Lim, S.Y. (1995). Scour below unsubmerged full‌flowing culvert outlets. Proceedings of the Institution of Civil Engineers‌ Water Maritime and Energy. 112(2), 136‌149.
Mason, P.J. and Arumugam, K. (1985). Free jet scour below dams and flip buckets. Journal of hydraulic engineering, 111(2), 220‌235.
Mazurek, K.A. (2010). Erodibility of a cohesive soil using a submerged circular turbulent impinging jet test. In 2nd Joint Federal Interagency Conference, Las Vegas, NV.
Mazurek, K. (2016). Assessment of Equilibrium Scour by a Submerged Circular Turbulent Impinging Jet in Cohesive Soils. 6th International Symposium on Hydraulic Structures and Water System Management, Portland, Oregon, USA, 27-30 June 2016
Mazurek, K. and Rajaratnam, N. (2005). Erosion of sand beds by obliquely impinging plane turbulent air jets. Journal of Hydraulic Research. 43(5), 567-‌573.
Mazurek, K., Rajaratnam, N. and Sego, D. (2001). Scour of cohesive soil by submerged circular turbulent impinging jets. Journal of hydraulic engineering. 127(7), 598‌606.
Mazurek, K., Rajaratnam, N. and Sego, D. (2003). Scour of a cohesive soil by submerged plane turbulent wall jets. Journal of Hydraulic Research, 41(2), 195‌206.
Mazurek, K.A. (2001). Scour of Clay by Jets. Ph.D. thesis, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada.
Mazurek, K.A. and Hossain, T. (2007). Scour by jets in cohesionless and cohesive soils. Canadian journal of civil engineering, 34(6), 744‌751.
Rajaratnam, N. (1976). Turbulent jets, Elsevier.
Rajaratnam, N. and Beltaos, S. (1977). Erosion by impinging circular turbulent jets. Journal of the Hydraulics Division. 103(10), 1191‌1205.
Rajaratnam, N. and Mazurek, K.A. (2002). Erosion of a polystyrene bed by obliquely impinging circular turbulent air jets. Journal of Hydraulic Research. 40(6), 709-716.
Rodi, W. (2017). Turbulence models and their application in hydraulics: A state-of-the-art review. Routledge, 124 p.
Zomordian., S.M.A., Honarzad, H. and Heydarian, H. (2015). Investigation of the effect of nanotechnology Product (CBR+) on the erodibility of clayey soils using the jet erosion testing. Journal of Civil Engineering of Sharif, 31.2(3.2), 121-129. (In Persian)
Çengel, Y.A. and Cimbala, J.M. (2010). Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications. McGraw-Hill Higher Education, 994 p.