شبیه سازی عددی اثرات ژئوتکنیکی بر آبشستگی موضعی در اطراف گروه پایه کج با استفاده از نرم افزار Flow-3D

با قرارگیری پایه پل در مقابل جریان، گردابه هایی در مقابل آن شکل گرفته که در نتیجه فعالیت آن ها مواد بستر پیرامون پایه فرسایش یافته و چاله آبشستگی شکل می گیرد و در صورت کافی نبودن عمق پی و شمع های پایه پل، شکست پل را به دنبال خواهد داشت. با پیشرفت فتاوری طراحی و ساخت سازه ها، شاهد ساخت پل ها با اشکال مدرنی بوده که از جمله آن ها می توان به پل های با گروه پایه های کج اشاره کرد.

با توجه به اهمیت شناخت مکانیزم های موثر بر آبشستگی این نوع از پایه های پل، در پژوهش حاضر به بررسی تاثیر شکل هندسی شمع های قرار گرفته در زیر پایه های کج و رقوم کارگذاری سرشمع در بستر رسوبی بر روی مشخصات آبشستگی اطراف گروه پایه کج به صورت عددی و با نرم افزار FLOW-3D پرداخته شد.

در گام اول از طریق مقایسه و صحت سنجی نتایج عددی نمودار توسعه زمانی حداکثر عمق آبشستگی در زمان های مختلف و در اطراف گروه پایه کج با نتایج آزمایشگاهی اسمعیلی ورکی و همکاران (1392) بیشترین درصد خطای نسبی و مقدار RMSE به ترتیب به مقدار 25/9 درصد و 091/0 محاسبه گردید و مشاهده گردید که تطابق نسبتا خوبی بین مقادیر حل عددی و آزمایشگاهی برقرار بود. در گام بعدی با بررسی الگوی جریان اطراف گروه پایه ها مشخص گردید با تغییر تراز کارگذاری سرشمع در بستر رسوبی گردابه های تشکیل شده در بین پایه اول و دوم گروه پایه متفاوت بوده و هر چه تراز کارگذاری نزدیک به بستر و یا بالاتر از آن قرار گیرید گردابه ها تشکیل شده با قدرت بیشتری بر روی بستر اطراف گروه پایه کج تاثیر می گذارد. با بررسی تنش برشی کل ایجاد شده در بستر جریان در تراز های مختلف سرشمع مشاهده گردید که بیشترین تنش برشی در حالت کارگذاری سرشمع در تراز بستر رخ می دهد و با قرار گیری تراز کارگذاری سر شمع به تراز پایین تر از بستر، بیشینه تنش برشی کاهش می یابد. علت این امر می تواند ناشی از افزایش فاصله بین گروه پایه ها باشد بطوریکه وجود پایه دوم باعث کاهش الگوی جریان تشکیل شده در گروه پایه شده و عملکرد گروه پایه بصورت دو پایه مستقل در تشکیل الگوی جریان رفتار می کنند.

بررسی پروفیل طولی آبشستگی اطراف گروه پایه کج مشاهده گردید که شمع دوکی شکل نسبت به سایر شکل شمع ها اثر بهتری در کاهش آبشستگی از خود نشان می دهد. بطوریکه حداکثر عمق آبشستگی ایجاد شده در اطراف گروه پایه کج با حضور شکل دوکی شمع، مستطیلی و مستطیلی گرد گوشه حداکثر عمق آبشستگی 61/19، 11/14 و 45/6 درصد نسبت به شکل استوانه ای شمع کاهش پیدا می کند. نکته قابل ذکر این که هر چه دماغه شمع آیرودینامیکی و تیز باشد کنترل گرداب های نعل اسبی بهتر عمل می کند و این امر باعث کاهش عمق آبشستگی در اطراف گروه پایه کج می گردد.