بررسی آزمایشگاهی تاثیر رس پلاستیکی (Ball Clay) بر کاهش آبشستگی موضعی اطراف پایه

در این پژوهش، تاثیر افزودن رس پلاستیکی بر کاهش آبشستگی موضعی اطراف پایه استوانه ای در بستر ماسه ای به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها در یک کانال آزمایشگاهی به طول ۱۳ متر، عرض ۲/۱ متر، عمق ۸/۰ متر و با بستری از ماسه با دانه بندی d۵۰=۰.۷۸mm انجام شد. پایه پل استوانه ای شکل به قطر ۹ سانتی متر در مرکز بستر قرار گرفت و درصدهای مختلفی از رس پلاستیکی (۵، ۱۰ و ۱۵ درصد وزنی) به بستر افزوده شد. آزمایش ها تحت دبی های ۱۰، ۱۵، ۲۰، ۲۵ و ۳۰ لیتر بر ثانیه با اعداد فرود بترتیب برابر با ۱۲/۰، ۱۵/۰، ۱۶۸/۰، ۱۷۱/۰، و ۱۸/۰ اجرا شدند. در مجموع ۲۰ آزمایش در این تحقیق انجام شد. برای تعیین زمان تعادل آبشستگی، تغییرات عمق حفره در بازه های زمانی مختلف اندازه گیری شد و مشاهده گردید که در تمامی دبی ها پس از گذشت ۲۱۰ دقیقه، روند تغییر عمق آبشستگی پایدار شده و به حالت تعادل رسید، زیرا با گذشت زمان، فرآیند برداشت و رسوب گذاری ذرات در اطراف پایه به تعادل رسیده و تنش برشی جریان در کف گودال از مقدار تنش برشی بحرانی ذرات کمتر شده است. در این شرایط، نیروی جریان دیگر توانایی جابه جایی موثر ذرات بستر را نداشته و عمق آبشستگی ثابت باقی مانده است. از این رو، تمامی نتایج نهایی بر اساس عمق آبشستگی در این زمان تحلیل شدند. برداشت داده ها از سطح بستر به دو روش انجام شد که ابتدا روش دستی با استفاده از عمق سنج مکانیکی و همچنین تصاویر سه بعدی با بهره گیری از فتوگرامتری برد کوتاه در نرم افزار Metashape بر پایه تصاویر همپوشان. نتایج نشان داد که افزایش درصد رس پلاستیکی به دلیل ایجاد چسبندگی بین دانه های بستر به طور موثری عمق آبشستگی را کاهش می دهد، به گونه ای که در برخی دبی ها (به ویژه ۱۰ و ۱۵ لیتر بر ثانیه)، پدیده آبشستگی تقریبا مهار شد. به عنوان نمونه، در دبی ۱۵ لیتر بر ثانیه کاهش عمق آبشستگی به ترتیب ۵۴، ۱۰۰ و ۱۰۰ درصد، و در دبی ۳۰ لیتر بر ثانیه به ترتیب ۳۷، ۴۰ و ۵۰ درصد برای غلظت های ۵، ۱۰ و ۱۵ درصد ثبت گردید. این روند نشان می دهد که درصدهای بالاتر رس پلاستیکی (به ویژه ۱۵ درصد) حتی در دبی های بالا نیز توانسته اند از وقوع آبشستگی به صورت موثر جلوگیری کنند. این نتایج نشان دهنده کارایی بالای افزودنی رس پلاستیکی در افزایش پایداری بستر و کاهش فرسایش موضعی اطراف سازه ها است همچنین نتایج نشان داد افزودن رس پلاستیکی موجب کاهش قابل توجه عمق و وسعت گودال آبشستگی می شود. همچنین، مدل های سه بعدی بازسازی شده تطابق مناسبی با داده های برداشت شده به روش دستی داشتند و به عنوان ابزاری موثر برای تحلیل دقیق هندسه گودال قابل استفاده هستند.

Keywords:

بستر ماسه ای , سازه های هیدرولیکی , فرسایش موضعی , Metashape