لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 64
بررسی و مقایسه معیارهای طراحی پوشش سنگچین در کارهای مهندسی رودخانه
چکیده
وقوع فرسایش در بستر و ساحل رودخانه‌ها عمدتاً بصورت تدریجی و یا توده‌ای رخ میدهد و نتیجه آن تغییراتی است که در شکل، مسیر و ظرفیت رودخانه‌ها بوجود می‌آید. استفاده از پوششها که از لحاظ عملکرد و اجرا ساده‌تر از سایر روشهای حفاظتی است. یکی از متداولترین اقداماتی است که جهت حفاظت مستقیم سواحل و بستر رودخانه‌ها انجام میگیرد. استفاده از سنگ به عنوان پوشش در برابر فرسایشو آبشستگی یکی از روشهای رایج جهت حفاظت سواحل و بستر رودخانه‌ها به شمار می‌رود که در این خصوص مهمترین معیار طراحی یک پوشش سنگچین، تعیین اندازه سنگ میباشد. تاکنون توسط محققین مختلف، معیارهای متعددی جهت تعیین اندازه سنگ در پوششهای سنگچین توصیه شده است که در این میان روشهای ارائه شده توسط اسکارمیا(والینگفورد)، پیلارزیخ و ماینورد بیش از سایر روشها مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
در این مقاله ابتدا فرمولبندی سه روش فوق شرح داده خواهد شد و پس از آن با ارائه یک مطالعه موردی که مربوط تعیین اندازه سنگ در پوشش حفاظتی بخشی از رودخانه قره آغاج در استان فارس میباشد، به مقایسه این سه روش پرداخته خواهد شد. در این مثال پس از تعیین دبی با دوره بازگشت مناسب، با استفاده از نرم افزار Hec-Ras سرعت در مقاطع مختلف در طول مسیر رودخانه تعیین میگردد و با مشخص نمودن بازه‌های فرسایش پذیر رودخانه، اندازه سنگ جهت اجرای پوشش سنگچین با استفاده از سه روش مزبور، تعیین میگردد.
واژه‌های کلیدی: پوشش سنگچین، اندازه سنگ، مهندسی رودخانه
مقدمه
اقدامات حفاظت بستر و ساحل رودخانه‌ها به دو دسته مستقیم و غیر مستقیم تقسیم میشوند. روشهای حفاظت مستقیم اقداماتی است که مستقیماً بر روی رودخانه انجام میگیرد تا مانع از فرسایش و تخریب آن توسط جریان آب، اثر موج و غیره گردد؛ که از جمله این اقدامات میتوان به احداث پوششها، دیوارهای حائل، پوششهای گیاهی اشاره نمود. روشهای حفاظت غیر مستقیم، به مجموعه عملیاتی اتلاق میشود که به منظور کاهش قدرت و سرعت جریان و یا جهت فراهم آوردن موجبات ته نشست رسوبات در کناره‌های رودخانه انجام میگیرد احداث آبشکنها پره‌ها، صفحات مستغرق و خاکریزها از این قبیل کارهای حفاظتی میباشند که به صورت غیر مستقیم به حفاظت بستر در برابر فرسایش کمک می‌کنند.
پوششها سازه‌هایی هستند که بر روی شیب کناره‌ها و بستر رودخانه‌ها، مسیلها، کانالها و همچنین بر روی خاکریزهای سیلبند و سدهای خاکی برای حفاظت و تثبیت آنها در برابر فرسایش ناشی از جریان، موج، بارش باران و تراوش زهاب زیر زمینی ساخته می شود.
در این میان، استفاده از مصالح سنگی به عنوان پوشش حفاظتی رودخانه‌ها، از سالیان گذشته به دلیل در دسترس بودن مصالح و سهولت اجرا همواره موردتوجه بشر بوده است. پوشش سنگی لایه‌ای از سنگ است که بدون ملات به صورت ریزشی و یا سنگچین و یا با ملات جهت جلوگیری از آبشستگی، فرسایش و یا ماندابی شدن کناره رودخانه بکار می‌رود. جهت اجرای پوشش از مصالحی غیر از سنگ مانند قعطات بتنی پیش ساخته و دالهای شکسته بتنی نیز میتوان استفاده نمود. این مصالح مانند سنگ میتوانند به صورت ریزشی و یا دستچین اجرا گردند و روکش انطاف پذیری بوجود آورند و یا آنکه همراه با ملات، سطح انعطاف ناپذیر و صلبی بدست می‌اید.
در خصوص معیارهای طراحی پوشش سنگچین لازم است مواردی از قبیل شکل سنگ، دانه بندی، اندازه سنگ، ضخامت لایه سنگ و اندازه و دانه بندی فیلتر مورد توجه قرار گیرد لکن در این میان مهمترین پارامتری که باید در طراحی پوشش سنگچین مورد توجه قرار گیرد، اندازه سنگ است؛ زیرا با تعیین اندازه سنگ، سایر پارامترهای طراحی از قبیل دانه بندی و ضخامت لایه سنگ نیز به آسانی قابل محاسبه خواهند بود. در این مقاله سه معیار رایج که توسط محققین مختلف برای تعیین اندازه سنگ در پوشش سنگچین پیشنهاد شده است بطور کامل ارائه و مورد بررسی قرار می‌گیرند. اندازه و اوزان سنگها معمولا بصورت W50, D100, D30 و غیره مشخص میشود که W,D به ترتیب اندازه قطر و وزن سنگ و شماره اندیس نیز درصد ریزتر وزنی میباشند.
موارد و روشها
در این تحقیق روشهایی که عمدتاً جهت تعیین اندازه سنگ در یک پوشش سنگچین مورد استفاده قرار می‌گیرند، به طور کامل شرح داده میشود و پس از آن با یک مثال عملی از بخشی از رودخانه قره آغاج در استان فارس، اندازه سنگ برای پوشش سنگچین با استفاده از روشهای مختلف تعیین و مورد بررسی قرار می‌گیرند. روشهای تعیین قطر سنگ در یک پوشش سنگچین که در این مقاله مورد بررسی قرار می‌گیرند به شرح ذیل میباشند:
الف) روش والینگفورد(HR Wallingford)
ب) روش پیلارزیخ (pilarczyk)
ج) روش ماینورد(Maynord)
الف) روش والینگفورد(HR Wallingford)
این روش در سال 1992 توسط اسکارامیا (Escarameia) برای طراحی پوشش سنگچین، بلوک‌های بتنی سست یا قفل و بست دار و مصالح گابیونی ارائه شده است:
در رابطه فوق :
Dn50 بعد مشخصه سنگ(اندازه بعد مکعب معادل با سنگی به قطر D50)
g: شتاب ثقل
s: دانستیه نسبی مصالح پوشش
C: ضریبی است که شدت آشفتگی (TI) را به حساب میآورد. مقدارشدت آشفتگی برای شرایط مختلف جریان در جدول(1) ارائه شده است و برای مقدار ضریب C نیز در صورتیکه شیب جانبی برابر با 1V:2H و یا کوچکتر باشد وهمچنین برای کف بستر رودخانه رابطه ذیل پیشنهاد شده است:
2) C=12.3TI-020
Ub : سرعت نزدیک بستر( در 10% عمق جریان) میباشد و در صورتی که ub در دسترس نباشد میتوان از روابط زیر استفاده کرد:
رابطه (1) شامل ضریب اطمینان نیز است که منجر به محافظه کارانه شدن نتایج خواهد شد. برای تبدیل Dn50 به D50 رابطه زیر ارائه شده است:
5)
جدول(5) سطوح مختلف آشفتگی جریان
موقعیت
سطح اغتشاش
کیفی
شدت آشفتگی (TI)
بازه‌های مستقیم و خمهای ملایم
نرمال(پایین)
12/0
گو شه‌های پوششها در بازه‌های مستقیم
نرمال(شدید)
2/0
پایه‌های پل، آب شکنها، تبدیلها
متوسط یا شدید
5/0-35/0
پایین دست سازه‌های هیدرولیکی (سریزها،کالورتها، حوضچه‌های آرامش)
خیلی شدید
6/0
ب) روش پیلارزیخ (pilarczyk)
پیلارزیخ در سال 1990 رابطه شماره(6) را برای طراحی پوشش سنگی (ریپ راپ) بلوک‌های بتنی و پوششهای گابیونی توصیه نمود.
6ـ
در رابطه فوق
D: طول مشخصه حفاظت (جدول6)
: فاکتور تصحیح پایداری (جدول 6)
: دانسیته نسبی پوشش (جدول6)
: ضریب پایداری(جدول 6)
KT: ضریب آشفتگی است که برابر با 1=Kt برای اشفتگی معمول و KT=1.5-2 برای اشفتگی بالا( پایین دست حوضچه‌های آرامش) میباشد.
Kh: فاکتور عمق میباشد که برای جریانات آشفته شدید و پروفیل سرعت کاملاً توسعه یافته توصیه میشود که از رابطه زیر استفاده شود:
7ـ
Y: عمق جریان
Ks:فاکتور شیب است که به صورت حاصلضرب ضریب شیب جانبی Kd و ضریب شیب طولی Kl تعریف میشود.
در روابط فوق:
: شیب دیواره
:زاویه اصطکاک داخلی مواد( برای مصالح سنگچین معمولا 40 درجه در نظرگرفته میشود)
: زاویه شیب طولی کانال
: سرعت متوسط در عمق d
برای حل معادله (6) لازم است از روش سعی و خطا استفاده شود و حل آن نیازمند تخمین اولیه برای مقدار D است.
جدول (6) مقادیر ضرایب در معادل شماره (6) برای پوشش سنگچین
Parameters
Riprap
Observations
D
Dn50
-
0.75
1.0-1.5
Continuous portection
At edges and transitions
S-1
S is relative density
0.035
-
ب) روش ماینورد(Maynord)
این روش توسط ماینورد (Maynord) در سال 1993 برای طراحی پوشش سنگچین (ریپ راپ) توصیه شده است.
11)
در روابط فوق:
S fضریب اطمینان( می‌نیمم مقدار توصیه شده توسط ماینورد 1/1 میباشد اما در طراحی 5/1 هم توصیه شده است)
C s : ضریب پایداری Cs=0.3 برای سنگ زاویه دار و Cs=0.375 برای سنگ گرد
C v : ضریب توزیع سرعت که منعکس کننده آشفتگی جریان است؛ در این خصوص Cv=1 برای کانال مستقیم و Cv=1.25 در پایین دست سازه‌های بتنی و در انتهای دایک‌ها توصیه شده است.
CT: ضریب ضخامت کف پوش (برای طراحی استاندارد برابر واحد توصیه میشود)
Y: عمق آب
S: دانستیه نسبی سنگ
Ud: سرعت در عمق متوسط گیری شده
: ضریب تصحیح شیب جانبی که به فرم زیر محاسبه میشود.
دانلود مقاله بررسی و مقایسه معیارهای طراحی پوشش سنگچین در کارهای مهندسی رودخانه
