SUPERVISOR
محمدرضا نوری امام زاده ئی (استاد مشاور) منوچهر حیدرپوراسفرجانی (استاد راهنما) بهزاد قربانی (استاد راهنما)
STUDENT
Ali Nouri Emamzadhi
علی نوری امامزاده ئی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Control of the local scouring around the cylindrical bridge pier using armed soil by geotextile
Scour is a natural phenomenon which occurs as a result of erosion in bed and drift riversides by water current. This phenomenon is created locally as a result of mutual effect of water way geometry, bed and current specifications around the pier. As a matter of fact, when a currents strikes bridge piers, holes are made around the pier and complex vortex systems are created whose performance causes a hole around piers called a scour hole. The development of this hole around the pier causes under the foundations to get empty leading to their destruction and finally the destruction of the bridge. Prediction of depth and the final status of scour hole are the most important cases of hydraulic design of bridges. In order to prevent and decrease scour at the bridge pier, two basic methods have been presented. One of them is the direct method in which the resistance of the bed against tension increases; and the other is the indirect method in which the effect of the destructive forces is reduced by changing the current pattern around the pier. Geotextiles, which are produced from polypropylene and polyester fibers, form a large group of geosynthetic products, and are on the market in woven and non-woven groups from the point of commercial structure. this material can be used to strengthen river beds adjacent to bridge piers and to control the scour around them concurrently playing the role of riprap and collar. On this basis, the present research has been carried out with the aim to determine the efficiency of geotextile cover in controlling the scour in bridge piers and in selecting the best dimensions of this cover ( appropriate to the pier dimensions ) in order to minimize the scour phenomenon. Due to the existence of current separation phenomenon and three dimensional current along with sediment transfer as well as bed changes, scour analysis is theoretically very difficult; hence, most of the research activities regarding this phenomenon are based on laboratory models. The tests of this research have been carried out in laboratory flume in the hydraulics laboratory of the University of Shahrekord. This flume has a square cross section of 60cm×60cm and a length of 20 meters. The dimensions of the reinforced plates used (geotextiles) in the tests of this research consisted of oval shaped plates in various sizes with a proportion of the pier diameter covering around the cylindrical pier in various radial, and were used along treatment evidence (without coverage) to determine the best cover. Results show that, By using geotextile with an appropriate cover, apart from a delay in scouring process, the scour location is transferred to downstream and the scour depth is decreased. In other words, the geotextile layer has a dual performance in decreasing scour; that is, it both strengthens the bed against the current and changes the flow pattern. Geotextile layer can act better than riprap in deceasing scour at bridge pier because in addition to the riprap properties, it has no screen destruction and the layer remains fixed due to its small openings. Hence, scour close to the geotextile layer is less with the riprap cover and similar geotextile. On this base, with regard to negligible amount of scour, the semi-oval pattern with more coverage in behind the pier is suggestsd as the best pattern in geotextile installation. Studies on stress and velocity profiles indicate horseshoe vortexes and downward current in upstream and wake vortexes in downstream the pier and led numerrous irregularities in flow characteristics. Key Words local scour, bridge pier, geotextile, coverage pattern, flow characteristics
آبشستگی پدیدهای طبیعی است که در نتیجه فرسایش بستر و کنارههای رودخانههای آبرفتی توسط جریان آب رخ میدهد. این پدیده در اثر تأثیر متقابل هندسه آبراهه، بستر و مشخصات جریان در اطراف پایه به صورت موضعی ایجاد میشود. در واقع با برخورد جریان به پایههای پل حفرههائی دراطراف پایه تشکیل وسامانههای گردابی پیچیدهای به وجود میآیدکه عملکردآنها باعث حفرگودالی دراطراف پایهها شده که حفره آبشستگی نامیده میشود. توسعه این گودال در اطراف پایهها باعث خالیشدن زیر پیها و در نتیجه خرابی آنها و خرابی پل میشود. پیشبینی عمق و وضعیت نهایی حفره آبشستگی از مهمترین موارد طراحی هیدرولیکی پلها میباشد. برای جلوگیری و کاهش آبشستگی در پایهی پلها دو روش اساسی، ارائه شده است. اول روش مستقیم که در آن مقاومت بستر در مقابل تنشهای وارده افزایش مییابد و دیگری روش غیرمستقیم که در آن با تغییر الگوی جریان در اطراف پایه از تأثیر نیروهای مخرب کاسته میشود. ژئوتکستایل که از الیاف پلیپروپیلن و پلیاستر تولید میشود گروه بزرگی از محصولات ژئوسنتتیک را تشکیل داده و و از نظر ساختار تجاری در دو دسته بافته شده و نبافته در بازار موجود است و میتواند به منظور تقویت بستر رودخانه در مجاورت پایه پلها و کنترل آبشستگی اطراف آنها استفاده گردد و کارکردی شبیه سنگچین و طوقه را بهطور همزمان ایفا نماید. بر این اساس، این تحقیق با هدف تعیین کارآئی پوشش ژئوتکستایل در کنترل آبشستگی پایه پلها و انتخاب بهترین ابعاد این پوشش (متناسب با ابعاد پایه) برای به حداقل رساندن پدیده آبشستگی انجام شده است. آزمایشهای این تحقیق در فلوم آزمایشگاهی مستقر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهرکرد انجام شده است. این فلوم دارای مقطع مربع مستطیل به ابعاد 6/0 در 6/0 متر و طول 20 متر است. ابعاد صفحات تسلیح مورد استفاده(ژئوتکستایلها) در آزمایشهای این تحقیق شامل کاربرد صفحات بیضوی و دایرهای شکل، در اندازههای متفاوت بهصورت نسبتی از قطر پایه بود که در شعاعهای مختلف دور تا دور پایه استوانهای را پوشش میداد و به همراه تیمار شاهد(بدون پوشش)، برای تعیین بهترین حالت پوشش بکار رفت. بررسیها نشان داد که با بکار بردن ژئوتکستایل با پوشش مناسب علاوه بر تأخیر فرآیند آبشویی، محل آبشستگی به پاییندست منتقل شد ه و عمق آبشستگی کاهش مییابد. به عبارتی لایه ژئوتکستایل کارکردی دو جانبه در کاهش آبشستگی دارد یعنی هم بستر را در برابر جریان مقاوم میکند و هم الگوی جریان را تغییر میدهد. لایه ژئوتکستایل میتواند بهتر از سنگچین در کاهش آبشستگی پایه پل عمل کند چرا که علاوه بر خواص سنگچین، بهعلت کوچک بودن منافذ آن، تخریب غربالی نداشته و لایه همواره ثابت باقی میماند. لذا با پوشش سنگچین و ژئوتکستایل مشابه، آبشستگی در مجاورت لایه ژئوتکستایل کمتر است. همچنین بر اساس آزمایشهای انجام شده الگوی نیمبیضی با پوشش نسبتا زیاد در پشت پایه با داشتن بیشترین تأثیر در کاهش آبشستگی به عنوان بهترین ابعاد پوشش پیشنهاد میشود.بررسیهای انجام شده روی پروفیلهای سرعت و تنش حول پایهها نشاندهنده وجود گردابهای نعلاسبی و جریان روبه پایین در بالادست و حضور گردابهای برخاستگی در پاییندست پایه میباشد که سبب بوجود آمدن نامنظمیهای فراوانی در ساختار جریان میگردد. کلمات کلیدی: آب شستگی موضعی، پایه پل، ژئوتکستایل، الگوی پوشش، ساختار جریان در اطراف پایه