مطالعه آزمايشگاهي آستانه حركت سنگدانه‌ها و نواحي مستعد خرابي آبشكن توده سنگي دافع در شرايط مستغرق

Experimental Study on Incipient Motion of Submerged Repelling Stone Spur dike and its prone area to failure

در اين مقاله به مطالعه آزمايشگاهي اثر پارامترهاي مختلف بر سرعت آستانه حركت سنگدانه‌هاي تشكيل دهنده آبشكن دافع و تشخيص نواحي مستعد خرابي در اين نوع آبشكن‌ها پرداخته شده است. بدين منظور، سرعت آستانه حركت تك آبشكن توده سنگي دافع با زاويه‌هاي قرارگيري 100، 110 و 120 درجه نسبت به راستاي عمومي جريان، با اندازه قطر متوسط سنگدانه‌هاي 55/3، 1/7 و 11 ميلي متر و با درصد استغراق‌هاي 2/31، 50 و 7/68 درصد مورد مطالعه قرار گرفت. در طي آزمايش از دوربين به منظور ثبت نواحي شروع خرابي استفاده شد و در نهايت مشخصات جريان به منظور بررسي علت خرابي‌ها با برداشت پارامترهاي آشفتگي اطراف آبشكن بوسيله سرعت سنج سه بعدي ADV، بررسي شد. نتايج حاصل نشان داد كه افزايش زاويه قرارگيري آبشكن به ميزان 10 درجه، باعث كاهش سرعت آستانه حركت به ميزان متوسط 35/5 درصد مي‌شود. دو ناحيه، محل اتصال دماغه به شيب بالادست و محل اتصال دماغه به شيب پايين‌دست جزو نواحي مستعد خرابي آبشكن توده سنگي دافع بوده و اغلب خرابي‌ها از اين نواحي شروع مي‌شوند. تشكيل نواحي دو گانه تشديد سرعت و گستردگي آن در نواحي تاج آبشكن، ايجاد حداكثر انرژي جنبشي آشفتگي و تنش‌هاي رينولدز در نواحي مستعد مذكور دليلي بر شروع خرابي مي‌باشند. بيشينه مقدار مولفه در محل اتصال دماغه به شيب بالادست، نوك آبشكن و در امتداد لايه برشي شكل مي‌گيرد كه باعث حركت سنگدانه‌ها از اين قسمت شده و با توجه به مقادير منفي تنش‌هاي و تجمع سنگدانه‌ها در ناحيه چرخشي پشت آبشكن اتفاق مي‌افتد.

In this paper, the effects of various parameters on incipient motion of a repelling rubble-mound spur-dike are experimentally explored. To this end, the velocity of incipient motion is measured for a repelling rubble-mound spur-dike with various angles composed of 100, 110 and 120 degrees, various mean particles diameters (i.e. 3.55, 7.1 and 11mm) and various percentage of submergence (i.e. 31.2, 50 and 68.7%). To observe prone area of the spur-dike to failure during the experiments, all the process was recorded using a video camera. Moreover, a vectorino+ Doppler velocimeter was used to measure velocity field around rubble-mound spur-dike. Results show that 10% increase in repelling rubble-mound spur-dike installation angle results in 5.35% decrease in failure threshold. It is also observed that the intersection of upstream or downstream sides with frontal side of spur-dike are prone area to failure. ADV measurement show that these areas are those areas where the highest values of turbulent kinetic energy and Reynolds stresses occurs. In fact, the highest value of in the interaction of upstream side and frontal side, along the shear layer happens which can cause spire-dike failure Moreover, negative values of and leads to stone accumulation behind the spur-dike.