دانلود پایان نامهكارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران (گرایش سازه‌های هیدرولیكی)
با عنوان:بررسی عددی تاثیر ژئوبگها بر کنترل آبشستگی کوله پلها
پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد در رشته
مهندسی راه، ساختمان و محیط زیست- سازه های هیدرولیکی
بررسی عددی تاثیر ژئوبگها بر کنترل آبشستگی کوله پلها
استادان راهنما
دكتر نادر هاتف
دکتر ناصر طالببیدختی
بهمن 1390
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چكیده
بررسی عددی تاثیر ژئوبگها بر کنترل آبشستگی کوله پلها
به کوشش
هاجر حسینی
در این تحقیق تاثیر ژئوبگها بر کنترل آبشستگی کوله پلها با بهره گرفتن از روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) مورد مطالعه قرارگرفته است. ژئوبگها کیسههایی از جنس ژئوتکستایل هستند که با مصالحی مانند ماسه، بتن و یا مصالح حاصل از لایروبی رودخانهها پر میشوند. با توجه به در دسترس بودن، هزینه کم و عدم نیاز به نیروی کار ماهر، استفاده از این مواد نسبت به مصالح سنتی بسیار مقرون به صرفه است. در این راستا، با بهره گرفتن از نرمافزار FLOW-3D جریان و فرسایش رسوبات اطراف کوله پلها و تاثیر ژئوبگها و ژئومتها (ژئوبگ بزرگ) بر کاهش عمق آبشستگی مدلسازی شد. از این نرمافزار برای حل معادلات سه بعدی نویر-استوکس به روش مشتقات محدود (finite difference) استفاده شدهاست. مدل آشفتگی RNG برای مدلسازی میدان جریان در اطراف کوله، محلی که گردابههای نعل اسبی تشکیل شده و جریان آشفته غالب است، به کار برده شدهاست. تصدیق صحت و دقت نرمافزار با بهره گرفتن از نتایج مدل آزمایشگاهی جریان و فرسایش اطراف کوله بدون لایه محافظ با دیواره قائم مورد بررسی قرار گرفت. در روند مدلسازی ابتدا جریان اطراف کوله تا رسیدن به حالت پایدار گسترش یافت و سپس اجازه فرسایش به مدل داده شد. نتایج شبیهسازی از نظر کمی و کیفی با مدل آزمایشگاهی از مطابقت خوبی برخوردار است. بر اساس شبیهسازیهای صورت گرفته، لایههای ژئوبگ و ژئومت از کوله پل در برابر فرسایش به خوبی محافظت کرده ولی باعث انتقال فرسایش به پاییندست کوله میشوند. همچنین تاثیر هندسه لایه ژئومت بر کاهش ماکزیمم عمق آبشستگی، و نیز کارایی لایه ژئومت در عمق آب، سرعت و اندازه ذرات رسوبی مختلف مورد مطالعه قرار گرفت.
کلید واژگان: آب شستگی- کوله پل- دینامیک سیالات محاسباتی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-1- انواع کوله پلها، مکانیابی و ساخت.. 2
1-1-2- مکانیابی کوله پلها.. 3
1-1-3- ابعاد کوله و نحوه ساخت.. 4
فصل دوم: مروری بر تحقیقات پیشین و تئوری تحقیق
2-2- طبقه بندی آبشستگی موضعی کوله پلها.. 12
2-3- میدان جریان و تنش برشی بستر در محل کوله پل 13
2-4- پارامترهای تاثیرگذار بر آبشستگی کوله پلها.. 16
2-4-1- طبقه بندی پارامترها.. 16
عنوان صفحه
2-5- تاثیر پارامترهای مختلف بر عمق آبشستگی.. 18
2-5-3- طول کوله، نسبت تنگ شدگی و نسبت دهانه.. 21
2-5-4- اندازه و دانهبندی رسوبات.. 22
2-5-6- جهت قرارگیری کوله نسبت به جریان عبوری.. 26
2-5-8- تغییرات زمانی آبشستگی.. 28
2-6-3- رویکرد تحلیلی یا شبه تجربی.. 37
2-7- مطالعات عددی آبشستگی اطراف کوله پلها.. 38
2-8- روش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کنترل آب شستگی.. 40
3-2-1- پایداری در برابر بار موج.. 44
عنوان صفحه
3-3 -ضوابط پایداری ژئوبگها.. 52
3-3-1- بحث در مورد دانسیته نسبی.. 52
3-3-3- پایداری المان‌های تاج.. 56
3-4- ضابطه طراحی بر اساس بار جریان.. 57
3-5- پایداری ژئوبگها از منظر مکانیک خاک.. 57
فصل چهارم: معرفی نرمافزار FLOW-3D
فصل پنجم: نتایج شبیهسازی عددی
5-2- کالیبراسیون مدل و آنالیز حساسیت مشبندی.. 70
5-2-1- مشخصات مدل و نحوه شبکهبندی.. 70
5-2-2-1- نتایج شبیهسازی جریان.. 73
5-2-2-2- نتایج شبیهسازی رسوب.. 75
5-3- بررسی تاثیر ژئومت بر کنترل آبشستگی کوله با دیواره قائم 81
5-4- بررسی تاثیر ژئوبگ و ژئومت بر کنترل آبشستگی اطراف کوله بالهای.. 83
5-4-1- مشخصات مدل کوله بالهای.. 83
عنوان صفحه
5-4-2- نتایج شبیهسازی جریان و فرسایش اطراف کوله بالهای بدون
وجود لایه محافظ.. 85
5-4-3- نتایج شبیهسازی جریان و فرسایش اطراف کوله بالهای
محافظت شده با ژئوبگ.. 87
5-4-4- شبیهسازی جریان و فرسایش اطراف کوله بالهای محافظت شده
به وسیله ژئومت.. 91
5-5- تاثیر ضخامت و عرض لایه ژئومت بر کنترل آبشستگی اطراف کوله بالهای.. 93
فصل ششم: نتایج تحقیق و پیشنهادها
6-2- پیشنهادها برای کارهای آینده.. 106
عنوان صفحه
جدول 2-1- ضریب شکلهای کوله پلها.. 25
جدول 2-2- ضریب راستای جریان برای زوایای مختلف برخورد 26
جدول 2-3- ضرائب رابطه پیشنهادی Melville (1992، 1995، 1997) 36
جدول 3-1- پارامتر پایداری برای سیستم های مختلف 49
جدول 5-2- پارامتر sheilds برای سیستم های مختلف.. 49
جدول 5-3-مقادیر پیشنهادی برای ضریب KT. 50
جدول 3-4-الف- ضخـامت معـادل سیستم‌های پر شده از ماسه
(H=1 m) (Pilarczyc، a-2000).. 57
جدول 3-4-ب- ضخـامت معـادل سیستـم‌های پر شده از ماسه (H=2 m) 57
جدول 5-1- جزئیات شبکهبندی شبیهسازیها.. 73
جدول 5-2- میانگین سرعت و عمق جریان و میزان خطا برای شبکهبندیهای مختلف.. 75
جدول 5-3- مقایسه مقادیر عمق متوسط، سرعت متوسط برای fs,co=0.0005
و fs,co=0.002. 76
جدول 5-4- مقادیر ماکزیمم عمق آبشستگی مدلهای شبیهسازی 81
جدول 5-5- عمق آبشستگی موضعی اطراف کوله قائم محافظت شده توسط ژئومت.. 83
جدول 5-6- جزئیات شبکهبندی مدل کوله بالهای.. 85
جدول 5-7- مقایسه کارایی لایههای ژئومت با ضخامت مختلف در کنترل آبشستگی.. 95
جدول 5-8- مقایسه کارایی لایههای ژئومت با عرض مختلف در کنترل آبشستگی.. 98
عنوان صفحه
شکل 1-1- شمای کلی کولههای با دیواره شیبدار و بالهای 3
شکل 1-2- جریان عبوری از یک تنگشدگی کوتاه.. 5
شکل 1-3- جریان و آبشستگی اطراف یک کوله و خاکریز در یک آبراهه مرکب.. 6
شکل 2-1- تغییرات زمانی آبشستگی در حالت آب زلال و بستر متحرک 13
شکل 2-2- نمای شماتیک میدان جریان اطراف کوله یک پل 15
شکل 2-3- تغییـرات عمق آبشستگی با نسبت سرعت برشی 19
شکل 2-4- تغییرات عمق آبشستگی ds نسبت به عمق جریان h 21
شکل 2-5- تغییرات عمق آبشستگی ds نسبت به طول کوله l 22
شکل 2-6- تغییرات عمق آبشستگی ds با اندازه دانههای رسوبی d50 24
شکل 2-7- تغییرات عمق آبشستگی ds با دانهبندی رسوبات σg 24
شکل 2-8- تغییرات نسبت عمق آبشستگی به طول کوله ds/l با زمان t 29
شکل 2-9- استفاده از ژئوبگها جهت کنترل آب شستگی کوله پلها 41
شکل 3-1-شکل شماتیک سنگ چین.. 47
شکل 3-2-طرز قرار گیری کیسه ها به طور شماتیک.. 53
شکل 3-3-خلاصه نتایج آزمایش پایداری برای ژئوبگ های قرار گرفته بر شیب (D=d).. 55
شکل 5-1- نمای کلی فلوم آزمایشگاهی Kayaturk. 70
شکل 5-2- نمای کلی مدل شبیهسازی در FLOW-3D.. 71
عنوان صفحه
شکل 5-4- نمای کلی مقطع عرضی شبکهبندی.. 73
شکل 5-5- پروفیل سطح آب در محل دماغه کوله برای چهار حالت اندازه شبکهبندی.. 74
شکل 5-6- خطوط همتراز سرعت در نزدیکی سطح بستر رسوبی 74
شکل 5-7- بردارهای توزیع سرعت الف- ابتدای مرحله دوم شبیهسازی؛
ب- 5 ثانیه پس از شروع مرحله دوم.. 77
شکل 5-8- مقایسه پرفیل سرعت مدل با توزیع سرعت لگاریتمی در فواصل 1 متری
پروفیل طولی.. 79
شکل 5-10- نمای سه بعدی حفره آبشستگی تشکیل شده در بالادست کوله 80
شکل 5-12- تشکیل حفره آبشستگی در وجه بالادست کوله و پاییندست ژئومت.. 82
شکل 5-13- تشکیل حفره آبشستگی در وجه بالادست و پاییندست ژئومت 82
شکل 5-14- نمای کلی فلوم آزمایشگاهی.. 84
شکل 5-15- کوله بالهای یکپارچه از جنس پلکسی گلاس.. 84
شکل 5-16- نمای کلی مدل شبیهسازی در FLOW-3D.. 84
شکل 5-17- مکانهای محتمل تشکیل حفره آبشستگی.. 86
شکل 5-18- الف- مقطع عرضی حفره آبشستگی؛ ب- حفره آبشستگی در محل کوله
(A) و پاییندست آن (B).. 86
شکل 5-19- نمای سه بعدی حفرات آبشستگی تشکیل شده.. 87
شکل 5-20- چیدمان ژئوبگ پیشنهادی.. 88
شکل 5-21- نمای کلی کوله بالهای محافظت شده با لایه ژئوبگ شیبدار 88
عنوان صفحه
شکل 5-22- حفره آبشستگی تشکیل شده در اطراف لایه ژئوبگ
الف) مدل آزمایشگاهی؛ ب) مدل شبیهسازی.. 90
شکل 5-23- نمای کلی مدل شبیهسازی کوله بالهای محافظت شده با ژئومت 91
شکل 5-28- تشکل حفرات آبشستگی در اطراف لایه ژئومت با عرض 320 میلیمتر
الف) پلان ب) نمای سه بعدی.. 97
فهرست نشانههای اختصاری
B = عرض آبراهه یا فلوم
bd = عرض پایه پل استوانهای متحمل نیروی دراگی معادل با نیروی دراگ روی کوله
bs = عرض پایه پل هم ارز
CD = ضریب نیروی دراگ ذرات رسوبی
D = قطر پایه پل
d، d50 = قطر متوسط ذرات رسوبی
d16 = ذرات با قطر ریزتر از 16%
d50a = dmax / 1.8
d84 = ذرات با قطر ریزتر از 84%
= نسبت عمق آبشستگی در محل کوله به نسبت عمق آبشستگی در تنگشدگی طویل هم ارز
dmax = ماکزیمم اندازه ذرات رسوبات غیر یکنواخت
ds = عمق آبشستگی تعادلی رسوبات یکنواخت
dst = عمق آبشستگی در زمان t
Fd = ، عدد فرود densimetric
Fr = ، عدد فرود جریان عبوری
Frc = ، عدد فرود جریان عبوری متناظر با سرعت بحرانی
f1 = ضریب شکاف Lacey؛ 1.76d0.5
g = شتاب ثقل
h = عمق جریان عبوری
h* = عمق جریان در دشت سیلابی
K1,2، k1,2 = ضرائب
Kd = ضریب اندازه ذرات
Khl = ضریب عمق جریان – طول کوله
KI = ضریب شدت جریان
Ks، Ks* = ضریب شکل کوله و ضریب شکل کوله تصحیح شده
Kθ، Kθ* = ضریب زاویه قرارگیری کوله نسبت به جریان و ضریب زاویه قرارگیری کوله نسبت به جریان تصحیح شده
Kσ = تابع وابسته به σg
LR = طول reference، l2/3h1/3
l = طول عرضی یا طول جلوآمدگی کوله
l* = عرض دشت سیلابی
M = نرخ دبی
m = ضرائب وابسته به اندازه ذرات رسوبی
N، N* = ضرائب زبری مانینگ به ترتیب برای آبراهه و دشت سیلابی
Ns = عدد شکل
n = متغیرهای وابسته به اندازه ذرات رسوبی
Q = دبی طرح
q = شدت دبی
= r/l
s = چگالی نسبی ذرات رسوبی
T = مدت زمان رسیدن به عمق آبشستگی تعادلی
TR = مدت زمان بیبعد،
T* = زمانی که
t = مدت زمان
U = سرعت متوسط جریان عبوری
Ua = 0.8Ucn
Uc = سرعت بحرانی برای ذرات رسوبی
Ucn = سرعت بحرانی برای اندازه ذرات لایه آرمور، d50a
u، v، w = مولفههای متوسط زمانی سرعت در جهات (x, y, z) یا (θ, r, z)
= u / U
u* = سرعت برشی جریان عبوری
u*c = سرعت برشی بحرانی برای ذرات رسوبی
u*cn = سرعت برشی بحرانی برای اندازه ذرات لایه آرمور، d50a
= v / U
= w / U
ws = سرعت تهنشینی ذرات رسوبی
X =
= x / l
xd = dst / ds
x، y، z = مختصات کارتزین
= y / l
= z / l
α = نسبت بازشدگی، 1 – l / B
= s – 1
ϕs = زاویه شیب دیواره حفره آبشستگی
1-3η = ضرائب
θ، r، z = مختصات استوانهای قطبی
θa = زاویه برخورد
θc = تابع entrainment شیلدز،
θt = زاویه چرخش بین مسیر جریان زیرین و جهت جریان اصلی،
ρ، ρs = به ترتیب چگالی جرمی آب و ذرات رسوبی
σg = انحراف معیار هندسی
τ0 = تنش برشی بستر ناشی از جریان عبوری
τc = تنش برشی بحرانی ذرات رسوبی
τcont = تنش برشی ناشی از تنگشدگی
= تنش برشی بستر ناشی از تنگشدگی،
τnose = تنش برشی بستر در محل دماغه کوله
= ضریب تشدید تنش برشی بستر تنها به علت وجود کوله، τ´nose / τ0
τ´nose = تنش برشی تنها به علت وجود کوله
= ضریب تشدید کلی تنش برشی در محل کوله با دیواره قائم، τnose / τ0
فصل اول
1-1- انواع کوله پلها، مکانیابی و ساخت
اگرچه مورفولوژی آبراهههای رودخانهای از یک محل به محل دیگر تفاوتهای اساسی دارند، اما کوله پلها خصوصیات عمومی واحدی دارند که میتوان از آن برای تعریف نوع آنها جهت پیشبینی میدان جریان در هندسه آبراهههای مختلف استفاده نمود. خصوصیات عمومی کوله پلها را میتوان در قالب نوع کوله، مکانیابی عمومی خاکریز دسترسی و وضعیت ساخت کوله تعریف نمود. هریک از این خصوصیات، به همراه هندسه آبراهه و نوع رسوب بستر، تاثیر زیادی بر میدان جریان اطراف پل و در نتیجه آبشستگی خواهند داشت.
به طور کلی کوله پلها را میتوان به سه نوع اصلی تقسیمبندی نمود:
1) کوله با دیواره شیبدار[1] (رایجترین نوع)
2) کوله بالهای[2]
3) کوله با دیواره قائم
در کولههای با دیواره شیبدار کنارهها مانند وجه روبرو شیبدار هستند (معمولا با زاویهای کمتر از زاویه قرارگیری[3] مصالح استفاده شده در خاکریز)؛ و گوشههای متصل کننده وجوه و کنارهها مانند قسمتی از یک مخروط گرد میشوند (شکل 1-1). در کولههای بالهای نیز وجوه کناری خاکریز شیبدار هستند، اما وجه روبرو عمودی است. زاویه بین وجه روبرو و باله معمولا ˚45 میباشد؛ گرچه زاویههای دیگری نیز به کار برده میشوند. به علت اتصال ناگهانی باله به وجه روبرویی، یک گوشه تیز تشکیل شده که باعث میشود جریان نسبت به کولههای با دیواره شیبدار کمتر آبلغز[4] باشند (شکل 1-1) . در کوله با دیواره قائم، هم وجوه کناری و هم وجه روبرویی به صورت عمودی است. زاویه وجوه کناری و روبرویی، ˚90 است، بنابراین جریان از جریان اطراف کوله بالهای هم دارای آبلغزی کمتری میباشد.
شکل 1-1- شمای کلی کولههای با دیواره شیبدار و بالهای (NCHRP- report 578، 2007)
مکانیابی کوله پلهای واقع بر رودخانهها را میتوان با پارامترهای طول کوله (L)، عرض دشت سیلابی[5] (Bf)، و نصف عرض آبراهه (B) بیان نمود. به طور معمول مکانیابیهای زیر رایجاند (Morales & Ettema، 2011):
1) کوله در دشت سیلابی آبراهه مرکب به گونهای قرار گیرد که باشد. این مکانیابی برای کولههای با دیواره شیبدار معمول است.
2) کوله کل دشت سیلابی تا آبراهه اصلی را در بربگیرد به گونهای که باشد. این مکانیابی برای کولههای بالهای در مسیلهای کوچک مناسب است.
3) کوله در آبراهه مستطیلی قرار گیرد. این مکانیابی رایج نیست، و ممکن است به عنوان یک کوله کوتاه در یک دشت سیلابی عریض محسوب میشود.
پلهای آمریکا معمولا دارای حداقل دو خط 12 فوتی (m 66/3) هستند که برای یک عرض جاده کامل 24 فوت (m 32/7) به اضافه دو شانه راه 8 فوتی (m 44/2) در هر طرف، یک عرض 40 فوتی (m 2/12) را به دست میدهد. خاکریز کنار نیز با شیبهای 2H:1V تا 3H:1V اجرا میشود، هرچند رایجترین شیب کناره 2H:1V است.
کولهها معمولا بر روی یک دیوار حائل بتنی، یا ستونی واقع بر روی یک pile cap نگاه داشته شده توسط شمعها و یا یک پی گسترده قرار میگیرند، و به خاکریز دسترسی متصل میشوند.
[1] – Spill-through abutment
[2] – Wing-wall abutment
[3] – Angle of repose
[4] – Streamlined
[5] – Floodplain
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 و با فرمت ورد موجود است
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
تعداد صفحه :147
قیمت : 14700 تومان
6 دیدگاه
دیدگاه‌ها بسته است.