بررسی تاثیر لایه سپری در آب شستگی تکیه گاه ها

آب شستگی پدیده ای است طبیعی که در نتیجه عمل فرسایش بستر توسط جریان آب و حمل مواد جدا شده از آن به وسیله این جریان رخ می دهد. این پدیده باعث فرو ریختن پل ها شده و به خصوص در مواقع سیلاب در اثر وجود جریان های ناپایدار و حرکت اجسام شناور و معلق در آب، باعث صدمه زدن به پایه های پل ها و گرفتگی در مقطع سیلابی و افزایش عمق و سرعت جریان می شود. آب شستگی به سه نوع آب شستگی عمومی، آب شستگی انقباضی (تنگ شدگی) و آب شستگی موضعی تقسیم می شود. از روش های کنترل و کاهش میزان آب شستگی موضعی می توان به موارد زیر اشاره کرد: بالا بردن مقاومت مواد تشکیل دهنده بستر (استفاده از سنگ چین یا لایه سپری)، کاهش قدرت عوامل فرسایش موضعی (استفاده از طوق و یا پای ستون، استفاده از شکاف و پایه های آیرودینامیک و استفاده هم زمان از طوق و شکاف) و افزایش مقاومت مواد بستر هم زمان با استفاده از عوامل کاهش دهنده فرسایش موضعی. اکثر مطالعات انجام شده در این زمینه به صورت تجربی و آزمایشگاهی بوده است که علت این امر پیچیدگی این پدیده در اثر بروز جریان های ثانویه در اطراف پایه، ثابت نبودن مشخصات هیدرولیکی نسبت به زمان، تغییر شرایط مرزی و اندرکنش سه فاز مختلف آب، هوا و رسوب می باشد. در تحقیق حاضر اثر لایه سپری بر آب شستگی موضعی اطراف تکیه گاه های نیم دایره و نیم بیضی مورد مطالعه قرار گرفته است. به طور کلی اهداف مورد نظر در این تحقیق شامل مطالعه و شناخت توسعه آب شستگی آب زلال در لایه سپری در تکیه گاه ها، مطالعه و شناخت تأثیر شکل تکیه گاه ها بر آب شستگی واقع در لایه سپری، بررسی تأثیر پارامترهای هیدرولیکی نظیر عدد فرود بر حداکثر عمق آب شستگی در لایه سپری و بررسی تأثیر پارامترهای فیزیکی نظیر قطر ذرات سپر، قطر ذرات بستر و ضخامت لایه سپری بر روند و میزان آب شستگی اطراف تکیه گاه در حضور لایه سپری با استفاده از مدل آزمایشگاهی بوده است. آزمایش ها در یک کانال به طول 6/5 متر و عرض 30 سانتی متر با سطح مقطع مستطیلی انجام گرفته است. فاصله مورد نیاز به منظور فراهم آمدن شرایط لازم جهت توسعه کامل جریان در مقطع مورد آزمایش با اندازه گیری پروفیل های سرعت از ورودی کانال تعیین شده است. آزمایش ها روی دو نوع تکیه گاه به شکل های نیم بیضی و نیم دایره و به ابعاد3b/l= برای نیم بیضی و2b/l= برای نیم دایره انجام گرفت (b:عرض تکیـه گاه و l:جلو آمده گـی تکیـه گاه). تکیه گاه ها در مقطعی از کانال به طول 1 متر، عرض 3/0 متر و ارتفاع 4/0 متر که با دو لایه از رسوبات یکنواخت (بستر و سپر) پوشیده شده است، قرار گرفته و قطرهای مختلف ذرات رسوب بستر و لایه سپری مورد آزمایش قرار گرفته اند. بررسی ها نشان داد که سرعت جریان نقش بسزایی در نحوه گسترش گودال آب شستگی دارد. با افزایش قطر ذرات بستر در حضور یک لایه سپری ثابت ، عمق آب شستگی افزایش می یابد. با افزایش قطر ذرات لایه سپری در حضور بستر ثابت، عمق آب شستگی کاهش می یابد. در ضخامت لایه سپری ثابت با افزایش قطر ذرات بستر، عمق آب شستگی افزایش می یابد. در قطرهای کوچک بستر که بیشتر تحت اثر حفاظتی لایه سپری قرار دارند، افزایش سرعت تا زمانی که لایه سپر را تحت تأثیر قرار ندهد، سبب افزایش عمق لایه سپری ثانویه می گردد. عمق آب شستگی در تکیه گاه نیم بیضی کمتر از تکیه گاه نیم دایره است.