21932

21932

مطالعه آزمايشگاهي فرآيند آبشستگي بر روي موجشكن هاي صندوقه اي

كارشناسي ارشد

مهندسي سواحل، بنادر و سازه هاي دريايي

1395

1398/8/26

دكتر عباس يگانه بختياري

عمران

پديدة آبشستگي يكي از دلايل مهم آسيب¬ديدگي سازه¬هاي ساحلي است كه سالانه باعث صرف هزينه قابل ملاحظه¬اي جهت نگهداري، تعمير و جايگزين كردن آن¬ها مي¬شود. ميزان قابل توجهي از اين آسيب¬ها به دليل عدم آشنايي كافي با فرآيند آبشستگي و هيدروديناميك منطقه نزديك به ساحل رخ مي¬دهد و از اين رو با تكميل مطالعات قابل پيشگيري است. به همين دليل در دهه¬هاي اخير مبحث آبشستگي در پاي سازه¬هاي ساحلي از مباحث بسيار مورد توجه در مهندسي سواحل و بنادر بوده است. در بين سازه¬هاي ساحلي، موج¬شكن¬ها از اهميت خاصي برخوردار هستند، آسيب¬ديدگي در موج¬شكن¬ها علاوه بر خسارت¬هاي مالي مي-تواند موجب خسارت¬هاي جبران ناپذير جاني نيز شود و همين موضوع بر اهميت حفظ پايداري و ثبات موج¬شكن¬ها مي¬افزايد. از اين بين موجشكن¬هاي كيسوني به دليل شرايط خاص سازه¬اي، نسبت به آبشستگي پي بسيار حساس¬تر از ديگر انواع موج¬شكن¬ها مي¬باشند. تشكيل امواج ايستا در مقابل سازه¬هاي ساحلي نظير موج¬شكن¬هاي كيسوني، اصلي¬ترين عامل بروز آبشستگي در پاي اين سازه¬ها مي¬باشد. خصوصيات امواج ايستا بستگي زيادي به شيب، زبري ديوار و شكل هندسي موج¬شكن كيسوني دارد و ممكن است امواج ايستا را به نيمه-ايستا تبديل كند. به عبارتي تشكيل موج نيمه¬ايستا در جلوي موج¬شكن موجب ضريب انعكاس و نيروي موج كمتر در مقايسه با كيسون متعارف(قائم، با سطح صاف و بدون لايه محافظ) مي¬شود. تاكنون مطالعات آزمايشگاهي و عددي بسياري در زمينه آبشستگي موج¬شكن¬هاي كيسوني انجام شده است، در حالي كه اثر شكل هندسي موج¬شكن كه پارامتر تأثيرگذار بر الگوي آبشستگي مي¬باشد، در نظر گرفته نشده است. از اين رو در اين مطالعه سعي شده تأثير توليد موج نيمه¬ايستا و كاهش ضريب انعكاس، با استفاده از انواع مختلف كيسون از نظر شيب، زبري، تخلخل و شكل هندسي برروي الگوي آبشستگي مقابل موج¬شكن¬هاي كيسوني به صورت آزمايشگاهي بررسي شود. در اين راستا، مدل آزمايشگاهي دو بعدي، در يك فلوم موج به طول 26 متر و ابعاد مقطع 1*1.3 انجام شده و جهت توليد امواج با ارتفاع و پريود¬هاي مورد نظر از يك دستگاه مولد موج از نوع پيستوني استفاده شده است. در اين مجموعه آزمايشات، دانه¬بندي رسوب با (d_50=0.55 mm) و عمق آب 30 سانتي¬متر، ثابت بوده ولي مشخصات موج قابل تغيير بودند و از اثرات جريان صرف نظر شده است. آزمايشات براي هفت نوع موج¬شكن كيسوني با ديوارة قائم، شياردار با انتها باز، شياردار با انتها بسته، نيمه شياردار با انتها بسته، مايل با شيب 1:2، استوانه¬اي و زبر شده انجام شده و در هر يك از آزمايشات، مجموعه عوامل مؤثر بر فرآيند آبشستگي، شامل مشخصات موج، تغييرات پروفيل بستر و عمق آبشستگي در جلوي موج¬شكن پس از تابش 10000 موج اندازه گيري شده است. نتايج حاصل از اين مدلسازي نشان دهندة آن است كه موج¬شكن¬هاي كيسوني شياردار به دليل داشتن ديوارة متخلخل، انرژي بيشتري از موج را مستهلك كرده و باعث ضريب انعكاس كمتري شده است و به دنبال آن عمق نسبي آبشستگي را كاهش داده است. در اين ميان موج¬شكن¬ كيسوني شياردار با نسبت تخلخل 16.2 درصد و با انتهاي بسته كه داراي يك محفظه مستهلك كنندة انرژي است، با كمترين مقدار Cr ، عمق نسبي آبشستگي را كاهش داده است. لذا مي¬توان آن دسته از موج¬شكن¬هاي كيسوني متخلخل، كه داراي كمترين ميزان انعكاس انرژي موج هستند را به عنوان طرح بهينه براي محافظت در برابر آبشستگي ارائه كرد. در حاليكه موج¬شكن¬هاي كيسوني با ديواره زبر شده و استوانه¬اي شكل، تقريباً رفتاري مشابه با موج¬شكن كيسوني قائم را نشان دادند. و وجود شيب در ديواره موج¬شكن كيسوني تا حدودي ميزان عمق گودال آبشستگي را كاهش مي¬دهد.

1399/02/15

Experimental Study of Scouring in front of Caisson Breakwaters

11/17/2019 12:00:00 AM

The recorded history confirms many failures due to occurrence of scour in front of caisson breakwaters under the action of standing waves. The key mechanism is the field of steady streaming consisting of bottom and top recirculating cells. The characteristics of standing waves depend strongly upon the front wall steepness, rough-surface and shape of a caisson breakwater, which changes its characteristics from fully to partially standing waves. The critical effects of scour have directed many researchers to study the scour pattern in front of caisson breakwaters through the experimental models; however, very little is known about the scour in front of caisson breakwater. The main objective of the presented work is to study experimentally the effects of porosity, steepness and shape wall of the caisson breakwater on scour pattern. The experiments are carried out in a two-dimensional wave flume, a 26 m long, 1.3 m wide and 1.0 m deep wave flume. The wave flume is equipped with a piston-type wave maker generating regular waves with various periods and heights. The tests were conducted with sand diameter d=0.55 mm at water depth of h =0.30 m. also the experiments were performed for seven types of caisson breakwater; vertical, fully perforated (without chamber), fully perforated (with chamber), partially perforated, sloped wall, cylindrical and rough-surface vertical caisson. The bed profile and maximum scour depth were measured after 10000 incident wave attack on caissons. The obtained results indicate that perforated caisson breakwaters remarkably increase the incident wave energy dissipation and consequently decrease both the reflection coefficient and scour depth. the perforated wall caisson with a single chamber and porosity n=16.2 % gives the largest reduction of wave reflection and less scour depth. Therefor this type of caisson breakwater may be suggested as one of the preference for particle application. On the other hand, the scour pattern in front of vertical, cylindrical and rough-surface caisson were nearly the same and the sloped wall caisson reduces the scour depth slightly.

مطالعه آزمايشگاهي فرآيند آبشستگي بر روي موجشكن هاي صندوقه اي

Experimental Study of Scouring in front of Caisson Breakwaters