بررسي آزمايشگاهي كنترل فرسايش در پايين دست سرريزهاي پلكاني با استفاده از ساختار ميكروسيليس و نانو مواد

Experimental Investigation of Stepped Spillways’ Downstream Erosion Control using Microsilica- Structured and Nano Materials

مواد نانوساختار به دليل دارا بودن خاصيت ضد آب، مي توانند براي كاهش آبشستگي بستر رسوبي كاربرد داشته باشند. در اين پژوهش تاثير افزودن رس و نانو مواد و ميكروسيليس به مصالح بستر رسوبي پايين دست سرريز پلكاني در كنترل فرسايش و آبشستگي آن به عنوان يك راه حل غيرسازه اي بررسي شده است. در گام نخست به ارزيابي تاثير تعداد پله ها و رژيم جريان ايجاد شده برروي پله ها در ميزان آبشستگي پايين دست پرداخته شد. نتايج نشان داد كه با افزايش تعداد پله در شيب شوت يكسان و در رژيم جريان غيرريزشي ايجاد شده بر روي پله ها مقدار عمق و طول آبشستگي در پايين دست سرريز پلكاني افزايش مي يابد. درگام بعدي تاثير افزودني هاي تزريق شده به بستر رسوبي پايين دست سرريز در اين تعداد پله از سرريز پلكاني و رژيم جريان غير ريزشي برررسي گرديد. نتايج آزمايش ها از تاثير مثبت رس و تركيب آن با نانو رس و ميكروسيليس در بهبود و كاهش پروفيل آبشستگي در پايين دست سرريز پلكاني حكايت دارد. بهترين عملكرد از بين 3 نوع تركيب مختلف مربوط به تركيب رس به همراه نانورس و ميكروسيليس بوده كه نسبت به مدل شاهد در كاهش عمق و طول آبشستگي به ترتيب 48.74 و 46.38 درصد سهم داشتند. در تزريق رس به بستر رسوبي، عمق و طول آبشستگي به ترتيب 35.63 و 20.88 درصد و براي تركيب رس به همراه نانو رس به ترتيب 41.41 و 37.75 درصد كاهش داشتند. اين نتايج مي تواند بيانگر تاثير مثبت و قابل ملاحظه رس و نانو رس و ميكروسيليس در كنترل مكانيسم آبشستگي بستر پايين دست سازه هاي هيدروليكي به ويژه در دبي هاي سيلابي باشد.

Nano-structured materials are waterproof, they can be used for scouring reduction in alluvial beds. In this research impact of clay additive and nanomaterials and silicafume to sediment bed materials of stepped spillway on control of erosion and scouring in investigated as a nonstructural solution. First effects of steps count and flow regime on downstream scouring were studied. The results show that increasing the steps count on the same slop of chute and in a skimming flow regime on the steps the depth and length of the scouring on step spillway downstream increases. Then impact of some injected additives to the sediment bed with the same step count and skimming flow regime was investigated. The results proof the positive effect of clay and its mixture with nanoclay and silicafume on improvement of scouring length and depth reduction on the weir downstream. The best performance between three different compositions is related to the mixture of clay with nanoclay and silicafume in which they contributed in reduction profile of scoring by 48.74% and 46.38% respectively compared with the reference model. At the same time injection of clay to the sediment bed reduced the depth and length of scouring by 35.63% and 20.88% and injection of clay with nanoclay reduced the depth and length of scouring by 41.41% and 37.75% respectively. These results can state the success of clay, nanoclay and silicafume on scouring control mechanism at downstream of hydraulic structures especially in flood discharges.