وبلاگ

دانشكده: مهندسی علوم آب

گرایش تحصیلی: سازه‌های آبی

عنوان پایان‌نامه :

بررسی تأثیر پارامترهای هندسی آبشكن و عمق كارگذاری ریپ رپ جهت محافظت از آبشكن در قوس 90 درجه

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
تعریف مسأله، فرضیه ها و اهداف:
یکی از بالاترین خسارات ناشی از حوادث غیر مترقبه،  پدیده فرسایش سواحل می باشد. یكی از وظایف دولتها كاهش اثرات بلایای طبیعی بوده است . همین امر به روشنی لزوم یافتن راه حل اصولی برای كنترل و پیشگیری وكاهش خسارت ناشی از آنها را به اثبات می رساند.
مکانیزم رودخانه­ها به گونه­ ای است که مقطع یک رودخانه به مرور زمان دچار تغییرات شدید می­گردد. این تغییرات بویژه در قوس رودخانه­ها مشهودتر است. فرایندهای فرسایش ساحل به طور مستقیم به مهاجرت جانبی آبراهه­ های آبرفتی مربوط می­ شود. اندركنش نیروهای فعال حاصل از جریان آب و نیروهای مقاوم به جریان ناشی از مواد بستر باعث فرسایش ساحل می­ شود.
در قوس رودخانه، نیروهای هیدرودینامیكی جریانهای ثانوی را بوجود می­آورند كه خطوط جریان سطحی را به سمت ساحل بیرونی و خطوط جریان نزدیک به بستر را به سمت ساحل داخلی منحرف می­سازند. در مقطع جریان درامتداد قائم، خطوط جریان مجاور ساحل بیرونی بطرف پایین و خطوط جریان پشته متمركز داخلی به طرف بالا هستند در نتیجه پایداری ذره در نزدیكی ساحل خارجی بهم می­خورد و بستر رودخانه گود می­ شود و از طرف دیگر در مجاورت پشته متمركز داخلی به پایداری ذره اضلافه می­ شود و تراز بستر افزایش پدا می­كند. آبشستگی در پنجه ساحل خارجی، خط­القعر را به سمت ساحل بیرونی قوس جابجا می­كند و شیب ساحل را افزایش می­دهد كه در نهایت به شكست ساحل منتهی می­ شود.
با توجه به مطالب بیان شده در خصوص هیدرولیک جریان در خم رودخانه­ها، قوس خارجی همواره تحت تاثیر بردارهای شدید سرعت بوده و دچار فرسایش می­گردد و در قوس داخلی رسوبگذاری ایجاد می­گردد همچنین از آنجا که تخریب ساحل در قوس خارجی می ­تواند ضررهای زیادی را به همراه داشته باشد، حفاظت از این قسمت از ساحل بخش مهمی از مهندسی رودخانه را تشکیل می­دهد. جهت محافظت ساحل در قوس بیرونی روش های متعددی وجود دارد که از آن جمله می­توان به موارد زیر اشاره نمود:
1- حفاظت ساحل بوسیله احداث آبشکن
2- حفاظت ساحل بوسیله احداث Bendway  
3-حفاظت ساحل بوسیله احداث دایک
4- حفاظت ساحل بوسیله پوشش گیاهی
5- حفاظت ساحل بوسیله پوشش سنگ چین (Riprap)
6- حفاظت ساحل بوسیله پوشش خاک و سیمان
7- حفاظت ساحل بوسیله پوشش توری سنگ ها و روکش ها

8- حفاظت ساحل بوسیله پوشش با کیسه های مخصوص مخلوط سیمان و خاک
9- حفاظت ساحل با بهره گرفتن از مصنوعات ژئوسنتتیک
10- حفاظت ساحل بوسیله اجرای دیوار حائل
استفاده از آبشکن یا اپی از جمله بهترین و اقتصادی­ترین روش جهت محافظت سواحل در اغلب شرایط بوده و در اکثر نقاط دنیا مورد استفاده قرار می­ گیرد.
 « Bankheed ،Groin ،Groyne» کلمه ­ای فرانسوی است. معادل آن در زبان انگلیسی «Epi» است.
كه در زیان فارسی آب شکن ترجمه شده است. نقش آن این است که جریان آب کناره رودخانه را به طرف وسط رودخانه هدایت میکند و سرعت آب درکناره ها را کاهش میدهد و نیز قسمتی از آب رودخانه را بین اپی­ها به حالت سکون باقی میگذارد. در نتیجه، مواد محموله آب ته نشین می­ شود و رودخانه حالت پس رفتگی پیدا می­ کند و کناره بتدریج تثبیت می­ شود.
انواع آبشکن:
آبشکن­ها از نظر نوع استفاده به موارد زیر تقسیم میشوند:
الف: آبشکن­های طویل غیر مستغرق )قابل استفاده در آبخیزداری(
ب: آبشکن­های کوتاه غیر مستغرق )قابل استفاده در آبخیزداری(
ج: آبشکن­های طویل مستغرق   (قابل استفاده در کشتیرانی)
د: آبشکن­های کوتاه مستغرق (قابل استفاده در کشتیرانی(
الگوی جریان برای دو آبشکن مستغرق و غیر مستغرق در شکل (2) ارائه شده است.
آبشکن­ها، نسبت به زاویه استقرار با جهت جریان آب، نیز به شرح زیر تقسیم ­بندی می­شوند:
1- آبشکنهای برگردان یا منحرف کننده: نسبت به جریان آب بین 10 تا 15 درجه درجهت جریان آب ) به سمت پایاب)
2- آبشکن های بازدارنده: نسبت به مسیر جریان آب بین 10 تا 15 درجه در جهت عکس جریان آب ) به سمت سراب(
3- آبشکن های عمودی :زاویه معادل 90 درجه نسبت به مسیر جریان آب به سمت محور رودخانه.
در شكل (3) وضعیت قرار گرفتن آبشكن نسبت به راستای جریان نشان داده شده است.
آبشكن‌های جذبی كه در آن محور آبشكن به سمت پائین تمایل دارد و این امر موجب می‌گردد تا جریان آب به میدان آبشكن متمایل گردد. بعلاوه در این نوع آبشكن ساحل مقابل از انحراف جریان حاصله از سازه متأثر نمی‌گردد.
آبشكن‌های دفعی كه در آن محور آبشكن به سمت بالا تمایل دارد. در این حالت غالباً جریان آب از محدوده آبشكن به سمت ساحل مقابل رانده شده و آنرا تحت تأثیر قرار می‌دهد.
آبشكن‌های برگردان كه در آن فقط مسیر جریان بصورت محدود از اطراف سازه منحرف می‌گردد.
 آبشکنها بر اساس نفوذپذیری به سه دسته زیر تقسیم بندی می­شوند :
1- آبشکنهای تاخیری
2- آبشکنهای تاخیری- منحرف کننده 
3- آبشکنهای منحرف کننده 
از نظر ساختاری سازه آبشكن عموماً از پنج جزء مشخص شامل دماغه، بازو، ریشه، پیش‌بند و روكش تشكیل شده است. در شكل (5) اجزای پنجگانه مزبور نشان داده شده است.
مشخصات عمومی آبشكن‌ها:
عملكرد آبشكن‌ها از نظر فرسایش و رسوبگذاری عموماً تابعی از فاصله، طول، راستا و شكل آنها می‌باشد. چنانچه فاصله آبشكن‌ها بیش از حد لازم انتخاب شد این احتمال وجود دارد كه جریان رودخانه وارد میدان آبشكن گردیده و موجبات فرسایش كناره‌ها را فراهم آورد. بعلاوه این امر ایمنی آبشكن پایین دست را نیز به مخاطره می‌اندازد و مانع تشكیل لایه رسوبی یكپارچه در فضای بین آبشكن‌ها می‌شود. شكل (6) وضعیت جریان را در محدوده آبشكن در حالتی كه فاصله سازه‌ها بیش از حد متعارف است نشان می‌دهد.
طبق بررسی‌های انجام شده برای عملكرد مطلوب آبشكن‌ها (تشكیل لایه رسوبی و پایدارسازی كناره‌ها و برقراری جریان منظم در رودخانه) بهتر است رابطه ذیل رعایت شود.
در این رابطه L فاصله آبشكن‌ها (بر حسب متر)، C ضریب شزی و h عمق جریان (بر حسب متر) در رودخانه،  ضریب اصلاحی و g شتاب ثقل می‌باشد، برقراری رابطه فوق موجب می‌گردد تا مطابق شكل (7) یک گرداب منفرد و فراگیر در میدان آبشكن تشكیل گردد. وقوع این حالت ترسیب یكنواخت‌تر مواد رسوبی در میدان آبشكن و عملكرد مطلوب آن را به دنبال دارد.
علاوه بر فاصله، طول آبشكن‌ها نیز در عملكرد رفتاری آنها از نظر فرسایش و رسوبگذاری موثر است. براساس تحقیقات انجام شده در آزمایشگاه هیدرولیک دلفت هلند  نسبت  مناسب تشخیص داده شده است، و از این رو انتخاب آبشكن‌های كوتاه چندان مطلوب نمی‌باشد چه باعث افزایش نسبت مزبور می‌گردد. ممك و ولوسنی همچنین رابطه كلی ذیل را در انتخاب L و b پیشنهاد كرده‌اند :
در این رابطه B عرض كنترل شده رودخانه (شكل 7) و L و b به ترتیب فاصله و طول آبشكن‌ها می‌باشد. همانطوریكه از رابطه (2) بر می‌آید در انتخاب طول و فاصله آبشكن‌ها بعضی از محققین توجه به عرض رودخانه (B) را نیز توصیه نموده‌اند. در جدول (1) نسبت‌های پیشنهادی برای  و  توسط بعضی از منابع درج گردیده است.
راستای آبشكن‌ها نسبت به مسیر جریان نیز تأثیر عمده‌ای در عملكرد آنها از نظر جابجایی و انتقال مواد رسوبی دارد. براساس تحقیقات انجام شده توسط آكانتیس و همكاران آبشكن‌هایی كه رو به پایین ساخته می‌شوند (آبشكنهای جذبی) از نظر میزان رسوبگذاری در میدان آبشكن ومسئله فرسایش در محدوده سازه از عملكرد خوبی برخوردارند. در جدول (2) زاویه انحراف آبشكن‌ها نسبت به امتداد جریان براساس نظریه كارشناسان مختلف ارائه شده است. در این جدول مطابق شكل (8) علامت  معرف زاویه انحراف آبشكن است.
براساس بررسی‌های انجام گرفته آبشكن‌های دفعی موجب تشدید فرسایش در دماغه و ایجاد چاله فرسایشی عمیق‌تری می‌شوند. از آنجائیكه یكی از اهداف احداث آبشكن برقراری شرایط لازم برای ترسیب مواد رسوبی درمیدان آبشكن می‌باشد. لذا در طراحی آبشكن‌ها این مسئله مورد توجه قرار می‌گیرد. آبشكن‌های دفعی در مقایسه با آبشكن‌های قائم موجب افزایش رسوبگذاری(بخصوص در جناح پایین دست) میدان آبشكن می‌گردد. در این نوع آبشكن‌ها با تشكیل یک گرداب فعال (هسته چرخشی) مواد معلق موجود در آب در میدان آبشكن (و بویژه در محدوده بالادست) آبشكن) ترسیب می کند (چگونگی رسوبگذاری در محدوده آبشكن‌های دفعی و جذبی در شكل (9) نشان داده شده است). آبشكن‌های جذبی برای حفاظت سواحل فرسایشی رودخانه چندان مناسب نمی‌باشند. در این نوع آبشكن‌ها جریان فعال نفوذی به میدان آبشكن اغلب موجب تخریب و فرسایش كناره‌ها گردیده و به نوبه خود سلامت سازه آبشكن را نیز به مخاطره می‌اندازد. آبشكن‌های قائم نیز محدوده حفاظتی كمتری را پوشش می‌دهند. از اینرو آبشكن‌های دفعی در مقایسه با سایر انواع آبشكن‌ها برای حفاظت كناره‌ها از خطر فرسایش و همچنین تحقق اهداف رسوبگذاری و تشكیل لایه رسوبی ضخیم در فضای بین سازه‌ای مناسب می‌باشند.در زمینه آبشستگی پای آبشکن تحقیقات زیادی  صورت گرفته و روابطی را جهت تعیین حداکثر عمق آبشستگی در پای آبشکن ارائه کرده ­اند ولی همچنان به عنوان یکی از مسائل مورد توجه مهندسی رودخانه به حساب می­آید.
یکی از نواقص اکثر این تحقیقات استفاده از فلوم مستقیم در آزمایشگاه بوده است. همانطور که بیان گردید از آبشکنها جهت حفاظت سواحل در خم رودخانه­ها استفاده می­ شود و با توجه به ماهیت پیچیده جریان در خم رودخانه نمی­توان اطلاعات مربوط به کانالهای مستقیم را برای رودخانه­های طبیعی بکار برد. بدلیل تشابه مکانیزم آبشکن و پایه پل، الگوی جریان و آبشستگی در اطراف این دو سازه شباهت زیادی به یکدیگر دارند.