توصيفگر ها :
آبشستگي موضعي , پايه پل , رسوبات غيريكنواخت , عمق آبشستگي , گروه پايه , مدلسازي عددي , SSIIM
چكيده فارسي :
آبشستگي پديده‌اي طبيعي به معناي كاهش سطح بستر رودخانه با حذف رسوبات به دليل فرسايش حاصل از جريان است. در سازه¬هاي هيدروليكي به ويژه پل¬ها اين پديده مي¬تواند به پايداري و دوام سازه آسيب برساند، چراكه سيال آب مي¬تواند خاك كف و اطراف پايه هاي سازه هاي هيدروليكي يا ديوارها و سواحل رودخانه ها و درياها را بشويد و با خود در جهت جريان حمل كند. در هر سال در سراسرجهان پل¬هاي زيادي به دليل آبشستگي تخريب مي¬شوند. بدين ترتيب آبشستگي پايه پل يكي از مهمترين چالش¬ها و نگراني¬ها در ايمني پل¬ها است. بنابراين،تخمين دقيق حداكثر عمق آبشستگي به منظور حفظ سرمايه مالي و جان انسان ها اهميت بالايي دارد. پيچيدگي و تنوع پارامترهاي اثرگذار در آبشستگي موضعي پايه پل در آزمايشگاه سبب بررسي پرهزينه و زمان‌بر اين پديده به صورت آزمايشگاهي مي‌شود. در حالي كه بررسي اين گونه پارامترها توسط روش‌هاي عددي اين معضل را برطرف مي‌كند. در اين پژوهش به بررسي عددي آبشستگي موضعي در اطراف تك پايه پل و گروه‌هاي پايه پل در دو بستر رسوبي يكنواخت و غيريكنواخت پرداخته شده است. شبيه¬سازي مذكور در مدت زمان يك ساعت توسط نرم¬افزار SSIIM انجام گرفت ( 12 آزمون عددي). براي شبيه‌سازي آبشستگي موضعي در اطراف 1پايه پل نياز به مطالعه آزمايشگاهي براي واسنجي نتايج عددي خواهد بود. بدين منظور از مطالعات منتخب آزمايشگاهي اخروي (1399) براي تطابق نتايج عددي تكامل زماني عمق آبشستگي با نتايج آزمايشگاهي ايشان استفاده شده است. آزمايش¬هاي تك پايه براي دو بستر رسوبي يكنواخت و غيريكنواخت براساس نتايج آزمايشگاهي اخروي(1399) در مدت زمان يك ساعت واسنجي شدند. مقايسه نتايج مدل عددي و آزمايشگاهي نشان¬دهنده¬ي توافق بالاي آن¬ها براي هر دو بستر يكنواخت و غيريكنواخت است. در مطالعه عددي حاضر، متغير مؤثر بر آبشستگي در تك پايه تنها ميزان غيريكنواختي ذرات (σg) مي¬باشد و در آزمايش¬هاي گروه¬پايه، دو متغير σg و s/dpبر فرآيند آبشستگي مؤثرند. براي هر آزمايش نمودار تكامل زماني حداكثرعمق آبشستگي، توپوگرافي سطح بستر، نيم¬رخ طولي عمق آبشستگي و موقعيت نقطه حداكثر عمق آبشستگي ترسيم و مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. نتايج شبيه¬سازي در حالت گروه پايه نشان داد كه با افزايش فاصله بين پايه¬ها در بستر رسوبي يكنواخت، حداكثر عمق آبشستگي به طور كلي در گروه¬پايه كاهش يافته است. در حالي كه براي بسترهاي غيريكنواخت در شرايط يكسان جريان، روند خاصي بين حداكثر عمق آبشستگي و فاصله بين پايه¬ها مشاهده نشد كه دليل اين موضوع را مي¬توان با توزيع دانه¬بندي ذرات در بسترهاي غيريكنواخت و رفتارهاي تصادفي ذرات رسوب مرتبط با اندازه و درجه غيريكنواختي مصالح بستر مرتبط دانست. علاوه بر اين نتايج شبيه¬سازي نشان داد كه شكل گودال آبشستگي و تپه رسوبات در دو بستر رسوبي يكنواخت و غيريكنواخت بسيار متفاوت هستند. تغيير فاصله بين پايه¬ها در بستر رسوبي يكنواخت سبب تغيير آشكار در شكل گودال و تپه رسوبات نشده است. در حالي كه در بستر رسوبي غيريكنواخت، در فاصله كم بين پايه¬ها، رسوبات منتقل شده در محور مركزي محيط محاسباتي تجمع يافته است كه با افزايش اين فاصله به سمت خارج از محور مركزي محيط محاسباتي متمايل مي¬شوند. همچنين بررسي نتايج نشان داد كه موقعيت نقطه حداكثر عمق آبشستگي در بستر يكنواخت و غير يكنواخت تفاوت دارد به طوري¬كه در بستر رسوبات يكنواخت نقطه حداكثر عمق آبشستگي تقريباً در جلوي پايه و با زاويه 33 درجه نسبت به مركز پايه قرار گرفته است، در حالي كه در بستر غيريكنواخت، به دليل وجود ذرات درشت¬دانه در جلوي پايه، حداكثر عمق آبشستگي به كناره¬هاي پايه متمايل مي¬شود و زاويه آن با مركز پايه، 61 درجه مي¬باشد.
چكيده انگليسي :
Scour is a natural phenomenon which means decrease in river bed elevation through sediment removal due to flow-induced erosion. This phenomenon can damage the stability and durability of hydraulic structures, especially the bridges, because water erodes the sediments that surround the base or foundations of hydraulic structures, walls, river sides or sea coasts. Every year, scour results in destruction of many bridges all over the world. Thus, scour of bridge pier is one of the major challenges and concerns for safety of bridges. Hence, the accurate estimation of the maximum scour depth is of great importance to save human lives and financial capitals. While complexity and variety of the factors affecting the local scour at bridge piers leads to costly and time-consuming experimental investigation of the phenomenon, assessment through numerical methods resolves this matter. In this study, local scour has been numerically investigated around the single and group bridge pier in uniform and non-uniform sediment beds. The mentioned simulation was carried out by SSIIM software in one hour (12 numerical tests). Experimental investigation to calibrate numerical results would be required for simulating the local scour around bridge piers. For this purpose, selected experimental studies of Okhravi (2020) were used for matching between numerical results of temporal evolution of the scour depth and experimental ones. single bridge pier tests in uniform and non-uniform sediment beds were calibrated in one hour according to the experimental results of Okhravi (2020). Comparison between experimental and numerical results showed to be in good agreement for both uniform and non-uniform sediment beds. In the present numerical study, non-uniformity of particles (σg ) was the only factor affecting the scour at a single bridge pier and for the scour process in a group bridge pier, two variables of σg and s/dp were considered as effective parameters. Diagrams of temporal evolution of the maximum scour depth, bed surface topography, scour depth profile and point location of the maximum scour depth were depicted and analyzed. Simulation results of the group bridge pier indicated that generally under similar flows, the maximum scour depth decreased by increasing distance between piers in uniform sediment bed, whereas no certain relationship was observed between the maximum scour depth and distance between piers in non-uniform one that is attributed to particle size distribution in non-uniform sediment beds and random behaviors of sediment particles due to the size and non-uniformity degree of the bed materials. Moreover, simulation results represented that the shapes of scour holes and sediment deposits were different for uniform and non-uniform sediment beds. For uniform sediment bed, variations in distance between piers had no significant impact on the shape of the hole and sediment deposit. However, in non-uniform sediment bed, when distance between piers was small, the transported sediments were accumulated in the central axis of the computing environment and as the distance was increased, they were inclined towards the outside of the central axis. Furthermore, results showed different point locations of the maximum scour depth for uniform and non-uniform sediment beds so that in the former, it was located nearly in the front pier and at an angle of 33 degrees to its center and in the latter, it was inclined towards the side pier and at an angle of 61 degrees to its center that is because of coarse particles in front of the pier.
