دانشگاه آزاد اسلامی

واحد علوم و تحقیقات هرمزگان

 پایان‌نامه کارشناسی ارشد M.Sc.  

رشته: عمران

گرایش: سازه‌های هیدرولیکی

موضوع:

مطالعه عوامل تخریب دیواره های انتهایی حوضچه آرامش سدهای بتنی و راهکارهای علاج بخشی آن

مطالعه موردی سد تنظیمی دز

استاد راهنما:

دکتر نجف هدایت

استاد مشاور:

دکتر حسن کیامنش

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
فهرست مطالب:
چکیده………………………….. 1
مقدمه…………………………. 3
1-1 اظهار مسئله…………………………. 4
1-2 ضرورت انجام پژوهش………………………….. 6
1-3 ساختار پژوهش………………………….. 7
1-4 مروری براصطلاحات کاربردی………………………….. 7
مقدمه فصل دوم…………………………. 11
2-1 تحقیقات گروه مهندسی هیدرولیک ارتش آمریکا (UPDATED 2011)-حوضچه آرامش…….11
2-3 تحقیقات گروه مهندسی هیدرولیک  ارتش آمریکا (UPDATED 2011)-پرش هیدرولیکی…….21
2-4 تحقیقات سیلوستر (1964)- پرش هیدرولیکی در کانالهای افقی……………. 22
2-5  برادلی (1961) – پرش هیدرولیکی در کانال های شیب دار……………… 25
2-6 تحقیقات ادوارد – مطالعه نیروی حرکت آنی و پرش هیدرولیکی در کانالهای باز……… 27
2-7 تحقیقات هندرسون (1966) – اتلاف انرژی  در پرش های هیدرولیکی……… 32
2-8 تحقیقات نم و همکاران(2002) – تاثیر لبه سرریزبر آبشستگی پائین دست………….. 33
2-9 تحقیقات برمن و هاگر (1994) – تاثیر لبه سرریز بر آبشستگی………..34
2-10 تحقیقات صالح و همکاران(2003) -تاثیر دندانه های پایانی بر ویژگی های آب شکستگی پایین  دست حوضچه های آرامش……..34
2-11 تحقیقات اولیوتو و کومونیلو(2009)- پیشرفت آبشستگی محلی پایین دست حوضچه های آرامش کم ارتفاع………..39
2-12 تحقیقات حمید تائبی و منوچهر فتحی مقدم (1388)-کنترل آبشستگی در پایاب فرسایش یافته حوضچه آرامش بوسیله سنگچین (مطالعه موردی سد نمرود)…………….. 46
2-13 تحقیقات فریبا اشتیاق حسن نژاد و همکاران(1390) -مطالعه آزمایشگاهی آبشستگی در پایین  دست سازه آرام کننده جامی مستغرق دندانه دار……………….47
2-14 تحقیقات وحید فریدنی و همکاران(1390)-برآورد گسترش آبشستگی در پایان پرتابه ها…………..48
مقدمه فصل سوم…………………………. 50
3-1 تئوری پژوهش………………………….. 50
3-1-1 پرش هیدرولیکی بعنوان مستهلک کننده انرژی…………….. 52
3-1-2 حوضچه های آرامش(stilling basins)……………………… 54
3-1-3 آبشستگی………………………….. 63
3-1-3-1 انواع آبشستگی از نظر پیدایش……………………………. 63
3-1-3-2 انواع آبشستگی از نظر حمل رسوب……………………… 64
3-1-3-3 آبشستگی کلی………………………….. 65
3-2 مواد و روشها …………………………66
3-2-1 معرفی منطقه مورد مطالعه…………………………. 67
3-2-2 کنترل حوضچه آرامش سد تنظیمی دز با بهره گیری از طراحی دستی…….. 71
3-2-3 شناخت پارامترهای موثر به کمک واکاوی ابعادی………………………….. 78
3-2-4 جزئیات مدلسازی و معرفی مدل نرم افزاری………………………….. 82
3-2-5 علت های انتخاب نرم افزار FLOW-3D………………………….
3-2-5-1 مدل FLOW-3D………………………….
3-2-5-2 روش حجم سیال (VOF)………………………… 85
3-2-5-3 روش کسر سطح – حجم مانع (FAVOR)………………. 87
3-2-6 معادلات حاکم بر جریان…………………………. 88
3-2-7 گام به گام انجام آزمایشات………………………… 90
3-2-7-1 توصیف رسوبات…………………………… 90
3-2-7-2 مدل آشفتگی………………………….. 91
3-2-7-3 مش بندی مدل…………………………. 92
3-2-7-4 شرایط مرزی مدل…………………………. 94
3-2-7-5 نحوۀ استخراج اطلاعات…………………………… 95
مقدمه فصل چهارم…………………………. 97
4-1 تحلیل و ارزیابی عوامل موثر…………………………. 97
4-2 نتایج حاصل از شبیه سازی توسط نرم افزار FLOW-3D…………………..
4-2-1 روش مطالعه و ارزیابی نتایج حاصله…………………………. 103
4-2-2 مطالعه پروفیل های عرضی گروه مدل شماره 12…………………………. 104
4-2-3 مطالعه پروفیل های عرضی گروه مدل شماره 15…………………………. 107
4-2-4 مطالعه پروفیل های عرضی گروه مدل شماره 17…………………………108
4-2-5 مطالعه پروفیل های عرضی گروه مدل شماره 18…………………………109
4-2-6 مطالعه پروفیل های عرضی گروه مدل های 12-15-17-18……………… 111
4-2-7 مطالعه پروفیل طولی گروه مدل های 12-15-17-18…………………… 113
4-2-8 مطالعه سرعت برشی………………………….. 115
4-2-9 مطالعه سرعت آستانه حرکت ذرات رسوب…………………………… 118
مقدمه فصل پنجم…………………………. 121
5-1 نتایج………………………….. 121
5-2 راهکارهای علاج بخشی………………………….. 123
5-3 پیشنهادات………………………… 125
منابع فارسی………………………… 126
منابع غیر فارسی………………………… 129
Abstract…………………………
چکیده:
مهار رودخانه ها با هر انگیزه ای عموماً توسط سدها و سازه های مشابه انجام می گردد. جریان عبوری از این سازه ها دارای پتانسیل قابل توجهی برای فرسایش و آبشستگی بسترهای مستعد می باشد. حوضچه های آرامش اکثرا به مقصود استهلاک انر‍‍ژی جریان و حفظ امنیت سازه های هیدرولیکی پیش روی نیروهای احتمالی، طراحی و ساخته می شوند. شدت و الگوی جریان درون این سازه ها می تواند آبشستگی پائین دست را بطور جدی گسترش دهد. پژوهش حاضر، حاصل یک مطالعه عددی و شبیه سازی سه بعدی بر طریقه ایجاد آبشستگی بستر در پایین دست حوضچه آرامش سد تنظیمی دز می باشد؛ از این رو در آغاز با بهره گیری از تحلیل ابعادی، پارامترهای بدون بعد موثر بر آبشستگی، شناسایی شدند؛ سپس آزمایشاتی تحت زمان های مختلف، بر روی نمایه صلب فلوم سد تنظیمی دز، با شرایط دبی ماکزیمم (دبی طرح)، مصالح غیر یکنواخت بستر (ترکیبی از ماسه و شن ریز و درشت) و با بهره گیری از مدل FLOW-3D صورت گرفت؛ پس از آن اثرات هر یک از پارامترهای موثر نظیر، پارامترهای جریان، مشخصه ذرات بستر، سرعت آستانه حرکت ذرات، هندسه نمایه صلب حوضچه آرامش و تأثیر توسعه زمان بر تداوم آبشستگی و پروفیل تغییرات بستر استخراج گردید. اهم نتایج به دست آمده نشان میدهد؛ که پیدایش بیشترین آبشستگی زمانی رخ می دهد که الگوهای جریان نامتقارن بر مدل غالب گردیده و مصالح بستر مطابق با شرایط پایاب و سرعت آستانه حرکت ذرات، تعیین نشده باشند.
فصل اول
مقدمه:
فرسایش[1] در علم مکانیک سیالات عبارتست از ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺷﻜﻞ و ﺟﺎﺑﺠﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﺳﻴﺎل ﻧﺎﺷﻲ از ﺣﺮﻛﺖ ﺧـﻮد ﺑﺮ روی ﺳﻄﻮﺣﻲ ﻛﻪ در ﻣﺠﺎورت آﻧﻬﺎ ﺣﺮﻛﺖ ﻣﻲ‌ﻛﻨﺪ، اﻳﺠﺎد ﻣﻲ‌ﻧﻤﺎﻳﺪ. ﺑﻌﻨﻮان ﻣﺜﺎل ﺣﺮﻛﺖ ﺳـﻴﺎل ﻫـﻮا در ﻗﺎﻟﺐ ﺑﺎد در ﺻﺤﺮا ﻛﻪ ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ ﻓﺮﺳﺎﻳﺶ ﺷﻦ‌ﻫﺎی روان و ایجاد تغییر شکل و جا به جایی در آنها می گردد. به گونه اخص در علم هیدرولیک که سیال مورد بحث آب می‌باشد، فرسایش از اهمیت خاصی برخوردار بوده و ﺑﻪ آن ﭘﺪﻳﺪه آﺑﺸﺴﺘﮕﻲ[2]ﮔﻔﺘﻪ ﻣﻲ‌ﺷﻮد. اﻳﻦ اﻫﻤﻴﺖ از آﻧﺠﺎ ﻧﺸﺄت ﻣﻲ‌ﮔﻴﺮد ﻛﻪ زﻧﺪﮔﻲ ﺑﺸﺮ در ﻃﻮل ﺗﺎرﻳﺦ در ﻛﻨﺎر رودﺧﺎﻧﻪ‌ﻫﺎ و ﺳﻮاﺣﻞ ﺷﻜﻞ ﮔﺮﻓﺘﻪ و اﻳﻦ ﺧﻮد ﺑـﻪ ﻣﻌﻨـﻲ روﻳـﺎروﻳﻲ داﺋـﻢ اﻧـﺴﺎن ﺑـﺎ ﻋﻮارض اﻳﻦ ﭘﺪﻳﺪه ﻣﻲ‌ﺑﺎﺷﺪ.
سازه‌هایی که بشر برای ارتقا و رفاه حال جامعه بشری در کنار سواحل و رودخانه‌ها یا در مجاورت آنها احداث کرده می باشد همواره در معرض آسیب و انهدام قرار دارند. همین امر سبب انگیزه‌ برای شناخت قوانین حاکم برعلم سیالات و شناخت هیدرولیک جریان گردیده می باشد. به خصوص این نگاه در 100 سال اخیر علمی‌تر گشته و محققین را بر آن داشته تا با شناخت پارمترهای موثر و اندازه تاثیر هر کدام از آنها، در پی ایجاد راهکارهایی مناسب جهت کاهش این پدیده برآیند (پارس‌مهر، 1390).
یکی از مهمترین عوامل تخریب  سازه های هیدرولیکی، آبشستگی اطراف آنها می باشد . پس به مقصود جلوگیری و کاهش اثرات آن، شناخت مکانیزم آن لازم و ضروری می باشد. مواد بستر رودخانه ها فرسایش پذیرهستند، اما شدت این فرسایش به زمان بستگی دار د . بطوریکه بستر رودخانه های پوشیده از گرانیت سالهای زیادی طول می کشد تا فرسایش یابد، در حالیکه رودخانه هایی با بستر ماسه ای در فاصله  زمانی بسیار کوتاه حداکثر عمق آبشستگی را دارا می باشد . علاوه برساختار زمین و رودخانه ها که  یکی از عوامل مهم در فرسایش می باشد، عوامل هیدرولیکی نیز تأثیر بسزایی در وقوع این پدیده اعمال می کنند .
حوضچه های آرامش به عنوان عضو سازه ایی مورد نیاز در پائین دست سدها و در جهت استهلاک نیروهای جنبشی مخرب طراحی و اجرا می شوند. این سازه بالاخص در شرایط سیلابی می تواند تأثیر موثری در کنترل و مهار جریانهای سیلابی پس از خروج از سد و پیش از ورود به رودخانه اعمال نماید . پس طراحی و اجرای دقیق این سازه ها به خصوص در بالادست شبکه های آبیاری و زهکشی می تواند مدیریت بهره برداری و نگهداری از این شریانهای حیاتی هیدرولیکی آبیاری را ارتقا بخشد . این امر در پائین دست سد تنظیمی دز و بالادست سد انحرافی دز از اهمیت به سزایی برخوردار می باشد زیرا کنترل و مهار جریانهای مخرب در تنظیم جریانهای مهار شده کانالهای انتقال و توزیع و آبرسانی به موقع به مزارع پائین دست برای کلیه بهره برداران و مدیران این شبکه ها اهمیت دارد .
با در نظر داشتن اهمیت تعادل و پایداری این سازه ها هر گونه آبشستگی می تواند راندمان بهره برداری از سازه ها را مختل نماید . پس مطالعه و مطالعه ابعاد گوناگون طریقه آبشستگی در این مطالعه مد نظر بوده تا از این رهگذر بتوان چالش های موجود در طریقه بروز و ایجاد این معضل هیدرولیکی کنترل و مدیریت گردد .
سد تنظیمی دز دارای دو حوضچه آرامش به ابعاد و طراحی های  مختلف به مقصود مستهلک کردن انرژی، طراحی شده می باشد که یکی از حوضچه ها جهت آرامش آب رها شده از دریچه ها ی آبیاری و دیگری خاصا جهت دریچه تخلیه رسوبات طراحی شده می باشد که در اثر سیلاب زمستان 1381 در این منطقه  حوضچه ها ی آرامش در پائین دست تخریب و در زیر دیواره های جناحین نیز آبشستگی هایی به وجودآمده می باشد .
علیرغم اهمیت توجه و مطالعه نارسایی ها در فازهای پس از ساخت سازه های آبی عمده ادبیات مهندسی موجود روی چگونگی طراحی متمرکز شده و شکاف عمده ایی در بین ساخت و معضلات بهره برداری مشهود بوده و با وجود اهمیت مدیریت بهینه بهره برداری تاکنون مقالات و نتایج پژوهشهای اندکی برای بهره برداری کارشناسی موجود می باشد.همچنین با در نظر داشتن اینکه آب شستگی های پائین دست حوضچه های آرامش  سد تنظیمی دز به مرور به سمت بالا پیش روی کرده ،باعث شکستگی هایی در حوضچه آرامش و در نهایت به همراه آبشستگی های طرفین تهدیدی برای پایداری سد خواهند گردید بنابراین نیاز می باشد در دبی های طراحی سازه حوضچه و یا چگونگی بهره برداری از دریچه ها تجدید نظر گردد ، پس از نقطه نظر نظری لزوم یک پژوهش که بتواند یک چهارچوب تحلیلی مناسبی برای بهره گیری کارشناسان و مهندسان باشد احساس می گردد ،پس با بهره گیری از داده های موجود و دسترسی به مسئله پژوهش در سد تنظیمی دز هدف ارائه تحلیل جامع و فراگیر و تا حدودی کاربردی با پشتوانه تئوریک به مقصود ارتقاء شیوه های کارشناسی در تقویت مدیریت سخت افزاری این سازه ها  که منجر به نتایجی زیرا بهره وری بهینه از امکانات موجود و برون رفت از و ضعیت موجود با هدف سوق به وضعیت مطلوب  می باشد .
مطالعه حاضر بر اساس بکارگیری داده های موجود سازمان آب و برق خوزستان بعلاوه مشاهدات میدانی پژوهشگر بوده که در قالب تحلیلی برنامهFLOW 3D  تفسیر و مورد بحث قرار می گیرد.
1-1- اظهار مسأله
حوضچه های آرامش به عنوان عضو سازه ایی مورد نیاز در پائین دست سدها و در جهت استهلاک نیروهای جنبشی مخرب طراحی و اجرا می شوند. این سازه بالاخص در شرایط سیلابی می تواند تأثیر موثری در کنترل و مهار جریانهای سیلابی پس از خروج از سد و پیش از ورود به رودخانه اعمال نماید. پس طراحی و اجرای دقیق این سازه ها به خصوص در بالادست شبکه های آبیاری و زهکشی می تواند مدیریت بهره برداری و نگهداری از این شریانهای حیاتی هیدرولیکی آبیاری را ارتقا بخشد . این امر در پائین دست سد تنظیمی دز و بالادست سد انحرافی دز از اهمیت به سزایی برخوردار می باشد زیرا کنترل و مهار جریانهای مخرب در تنظیم جریانهای مهار شده کانالهای انتقال و توزیع و آبرسانی به موقع به مزارع پائین دست برای کلیه بهره برداران و مدیران این شبکه ها اهمیت دارد .
با در نظر داشتن اهمیت تعادل و پایداری این سازه ها هر گونه آبشستگی می تواند راندمان بهره برداری از سازه ها را مختل نماید . پس مطالعه و مطالعه ابعاد گوناگون طریقه آبشستگی در این مطالعه مد نظر بوده تا از این رهگذر بتوان چالش های موجود در طریقه بروز و ایجاد این معضل هیدرولیکی کنترل و مدیریت گردد .
سد تنظیمی دز در حوضه جغرافیایی استان خوزستان، شهرستان دزفول دارای دو حوضچه آرامش به ابعاد و طراحی های  مختلف به مقصود مستهلک کردن انرژی، طراحی شده می باشد که یکی از حوضچه ها جهت آرامش آب رها شده از دریچه ها ی آبیاری و دیگری خاصا جهت دریچه تخلیه رسوبات طراحی شده می باشد که در اثر سیلاب زمستان 1381 در این منطقه حوضچه ها ی آرامش در پائین دست تخریب و در زیر دیواره های جناحین نیز آبشستگی هایی به وجودآمده می باشد .
تحقیقات بسیاری در زمینه آبشستگی موضعی بستر در اثر جریان عبوری انجام و نتایج قابل توجهی نیز حاصل شده می باشد. از آنجا که موضوع آبشستگی به دلیل کثرت عواملی که بر آن تاثیرگذار هستند، دارای پیچیدگی بوده بیشتر مطالعات به صورت آزمایشگاهی انجام یافته می باشد. پس در این پژوهش کوشش می گردد تا نتایج حاصل از شبیه سازی عددی توسط مدل نرم افزاری سه بعدی جریان Flow-3D، با مطالعه های میدانی و محاسبات دستی، ارزیابی مهندسی گردیده تا ضمن شناخت کامل علت های وقوع مسئله، توان مدل عددی در این زمینه نیز آزموده گردد و در شرایط مشابه از این نوع مدل به جای مدل آزمایشگاهی بهره گیری گردد.
نرم افزارFlow-3D معادلات حاکم بر سیال را با بهره گیری از تقریبات حجم محدود حل می کند. همچنین محیط جریان به شبکه‌ای با سلول‌های مستطیلی ثابت تقسیم شده که برای هر سلول مقادیر میانگین کمیت‌های وابسته هست. بخش آبشستگی Flow-3D از بقاء جرم و معادله‌ی انتقال-پخش بهره گیری می نماید تا انتقال رسوب را پیش بینی نماید.
2-1- ضرورت انجام پژوهش
علیرغم اهمیت توجه و مطالعه نارسایی ها در فازهای پس از ساخت سازه های آبی عمده ادبیات مهندسی موجود روی چگونگی طراحی متمرکز شده و شکاف عمده ایی در بین ساخت و معضلات بهره برداری مشهود بوده و با وجود اهمیت مدیریت بهینه بهره برداری تاکنون مقالات و نتایج پژوهشهای اندکی برای بهره برداری کارشناسی موجود می باشد.همچنین با در نظر داشتن اینکه آب شستگی های پائین دست حوضچه های آرامش  سد تنظیمی دز به مرور به سمت بالا پیش روی کرده ،باعث شکستگی هایی در حوضچه آرامش و در نهایت به همراه آبشستگی های طرفین تهدیدی برای پایداری سد خواهند گردید بنابراین نیاز می باشد در دبی های طراحی سازه حوضچه و یا چگونگی بهره برداری از دریچه ها تجدید نظر گردد ، پس از نقطه نظر نظری لزوم یک پژوهش که بتواند یک چهارچوب تحلیلی مناسبی برای بهره گیری کارشناسان و مهندسان باشد احساس می گردد ،پس با بهره گیری از داده های موجود و دسترسی به مسئله پژوهش در سد تنظیمی دز هدف ارائه تحلیل جامع و فراگیر و تا حدودی کاربردی با پشتوانه تئوریک به مقصود ارتقاء شیوه های کارشناسی در تقویت مدیریت سخت افزاری این سازه ها  که منجر به نتایجی زیرا بهره وری بهینه از امکانات موجود و برون رفت از و ضعیت موجود با هدف سوق به وضعیت مطلوب  می باشد.
3-1- ساختار پژوهش
پژوهش حاضر در پنج فصل و به ترتیب زیر شکل گرفته می باشد:

  • مقدمه و اهداف پژوهش،
  • پیشینه پژوهش،
  • مواد و روش ها‌،
  • بحث و نتایج،
  • نتیجه‌گیری و پیشنهادات.

در فصل اول (فصل حاضر) اهمیت مطالعه مسئله تخریب حوضچه های آرامش و سازه های هیدرولیکی پایین دست، تحت تاثیر آبشستگی بستر و تأثیر فرسایش زودهنگام مصالح در تشدید آن و همچنین اهداف مورد نظر در این پژوهش عنوان گردیده می باشد. فصل دوم به ارائه جزئیات چندین مطالعه مهم در خصوص پرش هیدرولیکی و پدیده آبشستگی می پردازد. در فصل سوم با عنوان مواد و روش‌ها ضمن مطالعه موضوعات نظری و تئوری مکانیزم پدیده آبشستگی، به مطالعه معادلات حاکم بر جریان به معرفی مدل‌های آشفتگی معمول در شبیه‌سازی‌های هیدرولیکی پرداخته می گردد. در ادامه مدل‌های مورد بهره گیری در شبیه‌سازی عددی آبشستگی معرفی و در مورد مدل عددی سه بعدی FLOW-3D که مدل منتخب و مورد بهره گیری در این پژوهش می باشد، به صورت کامل بحث می گردد. سپس به گونه اجمالی به معرفی منطقه مورد مطالعه و ارائه جزئیات مدل سازی، شناخت مدل عددی و چگونگی انجام آزمایشات پرداخته خواهد گردید. فصل چهارم پژوهش حاضر، فصل بحث و نتایج می‌باشد که در آن نتایج دستی و خروجی های نرم افزار شبیه ساز و همچنین مقایسه نتایج حاصل از مدل عددی FLOW-3D با نتایج مشاهداتی حاصل از مطالعات میدانی در قالب جداول و نمودار‌های مربوطه ارائه شده می باشد. سرانجام در فصل پنجم که فصل نتیجه‌گیری و پیشنهادات می‌باشد، کلیه نتایج بدست آمده و راهکارهای علاج بخشی مسئله بطور اختصار و مفید جمع بندی شده و همچنین پیشنهاداتی برای انجام تحقیقات آتی در این زمینه اظهار شده می باشد.
1- Erosion
2- Scour
تعداد صفحه : 144
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد : ضریب رفتار در اتصالات نیمه‌صلب به روش تئوری و عملی

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

دسته‌ها: عمران