علوم آب و خاک

ضربه قوچ یکی از حالت‌های جریان‌های غیرماندگار در شبکه‌های توزیع آب شهری است که به‌دلیل خساراتی که در خط لوله به‌وجود می‌آورد اهمیت زیادی داشته و همواره مورد توجه پژوهشگران بوده است. در این تحقیق پدیده ضربه قوچ در اثر بسته شدن ناگهانی شیر در پایین‌دست به‌طور آزمایشگاهی و با استفاده از مدل عددی بررسی شده است. در بخش آزمایشگاهی تحقیق، تأثیر تغییرات دبی جریان با وجود تجهیزات کنترلی و بدون تجهیزات کنترلی روی حداکثر و حداقل ارتفاع موج فشاری بررسی شد. نتایج تحقیق نشان‌دهنده عملکرد مناسب لوله موج‌گیر در کاهش حداکثر موج فشاری و همچنین بهبود فشارهای منفی در سیستم است. در دبی حداکثر 35/75 لیتر در دقیقه، لوله موج‌گیر ارتفاع حداکثر موج فشاری را به اندازه 70/40 درصد کاهش داده است. در دبی حداقل 7/70 لیتر در دقیقه، لوله موج‌گیر باعث کاهش 34/82 درصدی ارتفاع حداکثر موج فشاری شده است. همچنین در دبی حداقل، لوله موج‌گیر حداقل موج فشاری را بیش از ۷۸ درصد بهبود داده است. برای تحلیل ضربه قوچ به‌صورت عددی از ﻧﺮم‌اﻓﺰار AFT Impulse استفاده شده است. نتایج مدل عددی با روش کاراکترستیک در یک مسئله نمونه بررسی شد و صحت عمکرد آن مورد تأیید قرار گرفت. شبیه‌سازی مدل آزمایشگاهی با نرم‌افزار نشان داد که این نرم‌افزار در مواقعی که ضربه قوچ فشارهای منفی تولید می‌کند تنها سیکل اول موج را به‌خوبی محاسبه می‌کند اما در سیکل‌های بعدی میزان استهلاک موج فشاری را به‌درستی نشان نمی‌دهد.

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.

پیش‌بینی دقیق فشار آب حفره‌ای در بدنه سدهای خاکی در زمان ساخت با روش‌های دقیق یکی از مهم‌ترین ارکان در مدیریت پایداری سدهای خاکی است. هدف کلی از این تحقیق توسعه مدل‌های ترکیبی، بر مبنای سیستم استنتاج عصبی فازی و الگوریتم‌های بهینه‌سازی فرا‌ ابتکاری است. در این راستا الگوریتم‌های فرا ابتکاری بهینه‌ساز شامل الگوریتم ژنتیک (GA)، ازدحام ذرات (PSO)، تفاضل تکاملی (DE)، کلونی مورچگان برای فضای پیوسته (ACOR)، جستجوی هارمونی (HS)، رقابت استعماری (ICA)، کرم شب تاب (FA) و گرگ خاکستری(GWO) به‌منظور بهبود عملکرد آموزش سیستم استنتاج عصبی فازی، استفاده شد. سه ویژگی شامل تراز خاکریزی، زمان ساخت سد و تراز مخزن (آبگیری) حاصل از ابزار دقیق سد به‌عنوان ورودی مدل‌های ترکیبی انتخاب شدند. ارزیابی‌هایی انجام‌ شده از مقایسه مدل‌های ترکیبی با شاخص‌های آماری، نشان‌دهنده دقت قابل ‌قبول هر هشت مدل ترکیبی است. نتایج تحقیق نشان داد مدل ترکیبی الگوریتم ژنتیک در دوره آزمون با مقادیر ، RMSE، NRMSE وMAE  به‌ترتیب برابر با مقادیر0/9540، 0486/، 0/1232 و 0/0345، بهترین عملکرد را نسبت به سایر الگوریتم‌های بهینه‌ساز دارد. همچنین الگوریتم‌های ترکیبی ANFIS-GA، ANFIS-PSO، ANFIS-ICA،ANFIS-HS عملکرد بهتری را نسبت بهANFIS-GWO، ANFIS-FA، ANFIS-ACOR و ANFIS-DE در بهبود آموزش شبکه ANFIS و پیش‌بینی فشار آب حفره‌ای در بدنه سدهای خاکی در زمان ساخت، دارند.

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.