بررسی آزمایشگاهی تاثیر درصد رس بنتونیت موجود در مصالح بر ابعاد حفره آبشستگی بعد از دریچه

یکی از عمده ترین مشکلات سازه هایی از قبیل سرریزها، دریچه ها و حوضچه های آرامش که در بالادست بسترهای فرسایش پذیر قرار دارند، آبشستگی در مجاورت سازه است که علاوه بر تاثیر مستقیم بر پایداری سازه، ممکن است باعث تغییر مشخصات جریان و در نتیجه تغییر در پارامترهای طراحی سازه شود. اهمیت بررسی پدیده آبشستگی زمانی آشکار می گردد که عمق آبشستگی قابل ملاحظه باشد به گونه ای که این عمق به پی سازه های رودخانه ای برسد و پایداری این سازه ها را در معرض خطر قرار دهد. این امر یک مشکل جدی در طراحی ها به وجود می آورد. اگر حداکثر عمق آبشستگی قابل پیش بینی نباشد، طراحان سازه های هیدرولیکی قادر به ارائه تمهیدات لازم برای کاهش خسارات ناشی از آبشستگی نیستند. بررسی دقیق این پدیده نیازمند آزمایش های بیشتر و دقیق تر است. هدف از انجام تحقیق حاضر بررسی تاثیر درصد کانی رس بنتونیت در میزان و شکل پروفیل مصالح بستر حاصل از پدیده آبشستگی می باشد.
بدین منظور 87 آزمون در شرایط مختلف بر روی یک فلوم آزمایشگاهی واقع در آزمایشگاه هیدرولیک پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری انجام شد. برای بررسی ابعاد حفره ناشی از پدیده آبشستگی در پشت دریچه 29 آزمون در شرایط مختلف و دریچه های متفاوت به عنوان شاهد برروی مصالح غیر چسبنده ماسه ریزدانه با قطر متوسط21/0 میلی متر انجام شد. همچنین 58 آزمون برروی مصالح با چسبندگی 2و 5و 8و20 درصد انجام شد. سه دریچه هلال دار به قطرهای 5،7.45،10.82سانتی متر، با عمق پایاب متفاوت در محدوده 5 تا 21 سانتی متر و چهار بازشدگی 1،2،3،4سانتی-متر، سه دبی در محدوده 1تا5 لیتر بر ثانیه انجام گردید. برای اندازه گیری عمق پایاب از ژرف سنج و اندازه گیری دبی جریان از یک سرریز مثلثی لبه تیز استاندارد با زاویه 90 درجه استفاده شد.
با بررسی پروفیل های طولی حاصل از پدیده آبشستگی مشاهده شد پروفیل های بی بعد حفره آبشستگی و تپه های ایجاد شده در سه دریچه هلالی به قطرهای 5،7.45،10.82 سانتی متر و کشویی ساده، که با گذشت زمان شکل خود را حفظ کرده و تقریبا برهم منطبق اند و دارای منحنی های متشابه می باشند. لازم به ذکر است که در پروفیل های آبشستگی که بعد از دریچه های کشویی هلال دار در نسبت عمق پایاب به بازشدگی دریچه کشویی هلال دار به اندازه 3،5،9 ایجاد می شود تپه ثانویه ای در حفره ملاحظه شد ولی در نسبت عمق پایاب به بازشدگی دریچه بیشتر از 10 تاثیر هلال به اندازه ای کم می-شود که عملا پروفیل ایجاد شده همانند پروفیل حاصل از آبشستگی در پشت دریچه کشویی ساده است و تپه ثانویه مشاهده نگردید. با استفاده از ژرف سنج ابعاد حفره برداشت شد و شکل شماتیک از سطح حفره آبشستگی با استفاده از نرم افزار surfer ارائه گردید. نتایج نشان دادند با افزودن درصد کانی رس بنتونیت ابعاد حفره حاصل از پدیده آبشستگی کاهش یافته است. با افزایش 5 درصدی رس بنتونیت حداکثر عمق حفره آبشستگی 80 درصد و با افزایش 8 درصدی رس به مصالح بستر حداکثر عمق حفره آبشستگی به اندازه 84 درصد کاهش می یابد. همچنین رابطه بی بعد برای پارامترهای موثر در پدیده آبشستگی ارائه گردید، خط لگاریتمی برازش داده شده همبستگی نسبتا خوبی با نقاط اندازه گیری شده دارد و دارای ضریب همبستگی0.76 می باشد.
بررسی های انجام شده در این تحقیق نشان دادند که دریچه های هلالی تاثیر کمی بر ابعاد حفره آبشستگی دارد و در اکثر حالت های بررسی شده در پروفیل آبشستگی در پایین دست دریچه های هلالی تپه ثانویه دیده می شود.