پیش بینی آزمایشگاهی نیمرخ بستر با تجمع اجسام شناور مستغرق کامل و نیمه مستغرق در بالادست پایه پل استوانه ای

در مواقع سیلابی که سرعت جریان آب در رودخانه ها زیاد است، جریان بقایای شاخ و برگ درختان و دیگر اجسام جامد را با خود حمل کرده و با برخورد با پایه های پل های احداث شده در مسیر جریان آب، در بالادست آن تجمع می یابند. این فرایند موجب تغییر در روند و مقادیر بیشینه عمق آب شستگی اطراف پایه پل می شود. اگر مقادیر بیشینه عمق آب شستگی از مقادیر پیش بینی شده در طراحی پایه های پل بیشتر گردد، می تواند حتی سبب تضعیف پایه ها و در مواقعی خرابی و واژگونی آنها شود. ازاین رو در این پژوهش به مطالعه اثر تجمع اجسام شناور در بالادست پایه های پل استوانه ای در دو حالت استغراق کامل و نیمه مستغرق بر نیمرخ های آب شستگی اطراف پایه پل و مقادیر بیشینه عمق آب شستگی در فلوم آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل پرداخته می شود. بدین منظور کلیه پارامترهای مختلف توسط آنالیز ابعادی تعیین و اثر پارامترهای موثر عدد فرود چگال، عمق استغراق و ترار قرارگیری اجسام شناور بر نیمرخ های طول و عرضی اطراف پایه پل بررسی می شوند. همچنین معادله ای برای پیش بینی بیشینه عمق آب شستگی برمبنای داده های آزمایشگاهی ارایه و دامنه کاربرد پارامترهای حاصل از تحلیل ابعادی برای کاربرد در طراحی ها بیان می شود. برای بررسی اثر تجمع اجسام شناور بر مقادیر آب شستگی سه مجموعه آزمایش اجرا گردید که تمامی آنها در شرایط آب زلال و جریان دایمی بودند. مجموعه اول آزمایش های شاهد در حالت پایه پل استوانه ای تنها با قطر (D) 3 سانتی متر، حالت دوم برای اجسام شناور مدفون (0=y0) و حالت سوم برای اجسام شناور آزاد (D=y0) بوده است. پارامترهای متغیر در آزمایش ها سرعت نسبی جریان (838/0≥u/uc ≥230/0) و عمق نسبی جریان (3≥y/D≥33/1) می باشد. فاصله پایه پل از ابتدای بستر ثابت و برابر 3 متر و اندازه دانه متوسط دانه ها 82/0 میلی متر بوده است. در این پژوهش ضمن بررسی منحنی های تکامل زمانی بیشینه عمق آب شستگی، برای اطمینان از به تعادل رسیدن حفره آب شستگی آزمایش ها، زمان انجام آزمایش ها 480 دقیقه درنظر گرفته شد. نتایج مشاهدات آزمایشگاهی نشان داد، هنگامی که اجسام شناور به صورت مدفون قرار گیرند، در y/D= 1تا 67/1، بیشینه عمق حفره آب شستگی حداکثر تا 10 درصد نسبت به حالت شاهد افزایش می یابد. با افزایش عمق نسبی جریان، اجسام شناور مدفون به صورت طوقه عمل کرده و در 2≤y/D از میزان عمق حفره آب شستگی نسبت به حالت شاهد کاسته می شود. در حالت اجسام شناور آزاد در تمام عمق های نسبی (3≥y/D≥33/1) بیشینه عمق آب شستگی نسبت به حالت شاهد افزایش داشته و حداکثر آن حدود 57 درصد در 1/33=y/D می باشد. همبستگی رابطه پیشنهادی برای پیش بینی بیشینه عمق آب شستگی با ضریب R2 برابر با 0/96و ضریب RMSE برابر 0/22نشان از دقت مناسب رابطه پیشنهادی برای حالت آب شستگی در حالت تجمع اجسام شناور دارد. با مشاهده کلی نتایج می توان دریافت تجمع اجسام شناور بالادست پایه در حالتی که اجسام شناور بالاتر از بستر رسوبی قرار گیرند موجب افزایش قابل توجه بیشینه عمق آب شستگی می شود. در مواقعی که این اجسام همتراز با بستر رسوبی باشند، در عمق های نسبی جریان کم موجب افزایش آب شستگی و در اعماق نسبی جریان بیشتر موجب کاهش بیشینه عمق آب شستگی نسبت به حالت شاهد می شوند. براساس معادله پیشنهادی، پارامتر عدد فرود چگال بیشترین اثر و پارامترy-y0/D کمترین اثر را بر نتایج دارد.