تاثیر غیرماندگاری جریان برآبشستگی موضعی در محدوده پایه پل و عملکرد طوق و سنگچین

آبشستگی موضعی در اطراف پایه های پل بعنوان مهمترین عامل در تخریب پل های ساخته شده درمجاورت رودخانه مطرح می باشد. بر این اساس در قرن اخیر مطالعات گسترده ایی بر رو ی شناخت این پدیده و همچنین ارائه روشهای مختلف حفاظت از پایه ها در مقابل آن برداشته شده است. اغلب این مطالعات در شرایط جریان ماندگار بوده است و اکثر روابط ارائه شده در مراجع مختلف برای تعیین حداکثر عمق آبشستگی در شرایط جریان ماندگار می باشند. این در حالیست که جر یان در رودخانه عموما به صورت غیرماندگار بوده و در زمان سیلاب، گاهی تغییرات زمانی دبی جریان بسیار سریع می باشد. از طرفی بررسی مراجع مختلف در مورد تاثیر جریان غیرماندگار بر حمل رسوب نشان داد که دبی بار بستر و بار معلق در این شرایط متفاوت با حالت جریان ماندگار متناظر با مدل هیدروگراف پله ای می باشند. بر این اساس در رساله حاضر مطالعه آزمایشگاهی و تحلیلی جامعی بر روی تا ثیر جریان غیرماندگار بر  آبشستگی موضعی و عملکرد سازه های محافظ طوق و سنگچین دور پایه پل انجام شده است. آزمایشات این تحقیق در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه امیرکبیر و بر روی دو فلوم مجزا انجام گرفت. این آزمایشات در سه بخش عمده شامل بخش اول مطالعه عمق و ابعاد حفره آبشستگی در شرایط پایه بدون محافظ، بخش دوم عملکرد طوق در محافظت از بستر دور پایه و در نهایت بخش سوم بررسی پایداری سنگچین در شرایط جریان غیرماندگار انجام گرفته است. در مجموع نزدیک به ۹۰ آزمایش مختلف در شرایط پایه بدون محافظ، ۲۰ آزمایش در شرایط پایه محافظت شده با طوق و ۱۰ آزمایش در شرایط پایه محافظت شده با سنگچین انجام گرفته است. پایههای مورد بررسی دارای مقطع دایره و مستطیل بوده اند و ابعاد طوق محافظ ۳ برابر قطر پایه دایرهای میباشد. در هر بخش از آزمایشات، برای مقایسه جریان غیرماندگار با جریان ماندگار، آزمایشاتی در شرایط جریان ماندگار نیز انجام گرفته است. تحلیل نتایج آزمایشات مختلف نشان میدهد که هر چند شکل منحنی تغییرات عمق آبشستگی تابع پارامتر زمان وقوع پیک هیدروگراف سیل میباشد ولی مقدار این پارامتر تاثیر ناچیزی بر عمق نهایی آبشستگی دارد. از طرفی هر چند شکل منحنی عمق آبشستگی ناشی از جری ان هی دروگراف متفاوت با جریان ماندگار است ولی بدون تاثیر شرایط هیدروگراف نظی ر زمان شاخه بالارونده، اختلاف ناچیزی مابین تغییرات عمق آبشستگی اندازه گیری شده در شرایط جریان غیرماندگار و محاسباتی ناش ی از مدل هیدروگراف پله ای وجود دارد. در ادامه با استفاده از نتایج آزمایشات تحقیق حاضر و تحقیقات قبلی اقدام به ارائه روابطی تجربی جهت برآورد پارامترهای مختلف آبشستگی در شر ایط پایه بدون محافظ نظیر عمق نهایی و نرخ آبشستگی حاصل از عبور جریان هیدروگراف گردید. در شرایط پایه دایرهای محافظت شده با طوق نیز مکانیزم شکل گیری حفره آبشستگی در اطراف طوق با توجه به تنش اعمالی به بستر مورد مطالعه قرار گرفت و نیز روابط تجربی مختلفی بر ای برآورد زمان خالی شدن زیر طوق، تغییرات زمانی عمق آبشستگی و عمق نهایی آبشستگی در شرایط جریان ماندگار و غیر ماندگار ارائه گردید. در نهایت در شرایط پایه محافظت شده با سنگچین نیز رابطه برآورد اندازه پایدار سنگچین برای شرایط جریان غیرماندگار اصلاح گردید. 

Keywords:

پایه پل , آبشستگی موضعی , هیدروگراف سیل , طوق محافظ , لایه سنگچین