علوم آب و خاک

تحقیق حاضر به بررسی آزمایشگاهی و نرم¬افزاری سد¬های خاکی همگن در حالت تخلیۀ ناگهانی مخزن می‌پردازد. در این پژوهش با به‌کارگیری مدل آزمایشگاهی، مدل عددی در حالت¬های مختلف اشباع بودن خاک مورد ارزیابی قرار داده شد. به‌منظور بررسی آزمایشگاهی تأثیر هدایت هیدرولیکی بر افت سریع سطح آب و به‌کارگیری پارامترهای هیدرولیکی مواد، جریان نشت در مدل توسط نرم‌افزار seep/w مدل‌سازی شد. اطلاعات ورودی به نرم‌افزار شامل، هدایت هیدرولیکی و مقدار حجم آب به‌ترتیب با انجام آزمایش¬ بار ثابت و با به‌کارگیری یک نفوذسنج دیسکی ارائه شد. پس از صحت¬سنجی هدایت هیدرولیکی با مدل عددی، نتایج با داده¬های آزمایشگاهی مقایسه شد. مقایسه بین تخلیه عددی و آزمایشگاهی نشان می¬دهد که مدل عددی تفاوت معناداری با مدل آزمایشگاهی ندارد. علاوه بر این، شبیه¬سازی¬های اشباع و غیراشباع نشان می¬دهد که مدل غیراشباع مطابقت زیادی با مدل آزمایشگاهی دارد. فرض بر این است که با توجه به شرایط افت، مدل¬های غیراشباع می¬توانند دقت زیادی را برای شبیه¬سازی جریان از طریق سد خاکی همگن به‌دست آورند.

پژوهش حاضر با هدف محاسبه عدد کاویتاسیون دریچه تحتانی در آبگیر تحتانی سد نسا، به صورت مدل آزمایشگاهی و عددی طرح¬ریزی شده است. مقادیر فشار استاتیک در طول مدل دریچه تحتانی، توسط 22 پیزومتر تعبیه شده، اندازه‌گیری شد. برای مشخص کردن نقاط و مناطق با ریسک بالای کاویتاسیون، مقطع طولی دریچه تحتانی به سه بلوک تقسیم¬بندی شد. این تقسیم‌بندی براساس تأثیر پارامترهای هیدرولیکی مؤثر بر پدیده کاویتاسیون معرفی می‌شود. در بلوک شماره یک، نتایج محاسبه عدد کاویتاسیون نشان داد، این منطقه که در ابتدای جت خروجی سد را در بر می¬گیرد، سطح خطر، "امکان کاویتاسیون" را نشان می‌دهد. بررسی‌ها نشان داد، عدد کاویتاسیون در این منطقه وابسته به ارتفاع آب در کانال بالادست است. برای منطقه شماره دو، نتایج نشان داد، به¬ازای نسبت موقعیت درنظر گرفته شده به کل طول دریچه تحتانی و در محدود 0/44 و0/9 مقادیر کاویتاسیون، پارامتری از سرعت خروجی جت در دریچه تحتانی هستند. لازم به ذکر است، بررسی سطح خطر در مناطق دوم و سوم به ازای 0/44 = x/L، سطح خطر وابسته به فشار منفی در این مناطق است. همچنین مدل‌سازی عددی به ازای روش‌های مختلف مدل آشفتگی نشان داد که مدل آشفتگی K-ε RNG با مش ریز بهترین همخوانی را با نتایج مدل آزمایشگاهی دارد و مقادیر خطای آن به¬ازای مدل آزمایشگاهی و عددی محاسبه شد.

وجود خاک سیلت ماسه¬ای در زمان فونداسیون¬های سازه‌های بتنی و سازه‌های هیدرولیکی و آبیاری همواره باعث به‌وجود آمدن چالش‌هایی شده است. بالابردن پایداری و ظرفیت باربری این خاک سست، با استفاده از اضافه کردن مواد دیگر همواره مورد بحث و تحقیق بوده است. تحقیق حاضر، اثر دوره عمل‌آوری و درصدهای مختلف مواد افزودنی گوناگون روی مقاومت خاک‌های سیلت ماسه‌ای را مورد بحث و بررسی قرار می‌دهد. از این‌رو، مواد افزودنی مختلفی با درصد ‌اختلاط 3، 5 و 7 درصد وزنی در دوره‌‌های عمل‌آوری 3، 7، 14، 21 و 28 روز به خاک اضافه شد. به‌منظور بررسی تأثیر هر یک از این مواد افزودنی بر پارامترهای مقاومتی خاک سیلت ماسه‌ای، تست‌های آزمایشگاهی نظیر مقاومت فشاری تک محوری (U.C.S) و ظرفیت باربری کالیفرنیا (C.B.R) انجام شد. در مجموع، 299 آزمایش در آزمایشگاه مکانیک ¬خاک دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران انجام گرفت. نتایج نشان داد،که اضافه کردن افزودنی‌های بتن به‌مراتب تأثیر بیشتری را بر بالابردن مقاومت فشاری و ظرفیت باربری در خاک سیلت ماسه‌دار دارد. همچنین، مقاومت فشاری و ظرفیت باربری به‌مرور زمان برای افزودنی‌های سیمان افزایش پیدا کرده و در روز 21 این درصد نرخ ثابت به‌خود می‌گیرند. درحالی که مواد افزودنی کانفیکس و بنتونیت تأثیر معناداری بر افزایش ظرفیت باربری ندارند. در ادامه تغییرات درصد اختلاط مواد نشان داد، افزایش میزان اختلاط مواد سیمانی باعث افزایش مقاومت فشاری و ظرفیت باربری برای مواد بتنی می¬شود. درحالی که مواد کانفیکس و بنتونیت همچنان تأثیر کمی را دارا هستند. بیشترین ظرفیت باربری و مقاومت فشاری به‌ازای سیمان پوزولانی به‌وجود می¬آمد. این مقادیر نشان داد به‌ازای افزودن 5 درصد سیمان پوزولانی و 7 درصد سیمان پرتلند با 28 روز عمل‌آوری، بیشترین عدد CBR  و مقاومت UCS   به‌ترتیب به‌مقدار 176/26  و 17/58 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع به‌وجود خواهد آمد. همچنین الگوی گسیختگی مورد بررسی قرار داده شد. این مقایسه¬ها نشان داد با افزایش دوره عمل‌آوری، رفتار نمونه‌ها از نیمه ترد به ترد و به‌سمت سخت شدن تغییر می‌کند.

استفاده از زبری پیوسته در بستر تنداب در شرایط برابر با روش‌های متداول استهلاک انرژی مانند حوضچه‌های آرامش، سرریزهای پلکانی، پرش اسکی و استقرار موانع در بستر تنداب می‌تواند روشی کارآمد برای افزایش استهلاک انرژی جریان در این سازه‌ها باشد. در این پژوهش تأثیر زبری بستر تنداب بر میزان استهلاک انرژی جنبشی جریان مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، رابطه عمومی بدون بعد توسعه داده شده و پس از واسنجی حل عددی با نتایج آزمایشگاهی، میزان استهلاک انرژی سازه در سه شیب 15، 22/5 و 30 درجه، با شش زبری 0/005، 0/0072، 0/0111، 0/016 و 0/022 متر و بدون زبری (شاهد) و سه دبی 0/07، 0/09 و 0/11 متر مکعب بر ثانیه، بررسی شد. بر اساس نتایج حاضر با ایجاد زبری ممتد در بستر تنداب، استهلاک انرژی افزایش می‌یابد. همچنین، با افزایش شیب تنداب، نسبت استهلاک انرژی در طول سرریز زبر به سرریز صاف افزایش می¬یابد. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار استهلاک انرژی نسبی در حضور زبری، مربوط به شیب 22/5 درجه و برای زبری 22/2 میلی‌متر (85%) بوده و کمترین استهلاک انرژی نسبی نیز در حالت شاهد (25%) مشاهده شد. بنابراین، استفاده از بستر تنداب طبیعی بدون پوشش بتنی، از جنبه محیط‌زیست و قابلیت استهلاک انرژی، قابل توصیه است.