علوم آب و خاک

حرکت سریع و پیچیده رسوبات در محیط‌های رودخانه‌ای و ساحلی با جریان بسیار فرسایشی و گذرا مشکلات زیادی را برای مهندسان رودخانه در موضوع ژئومورفولوژی رودخانه‌های آبرفتی ایجاد می‌کند. پیش‌بینی دقیق این پیچیدگی‌ها در سیستم آب - رسوب (یک سیستم جریان دانه‌ای متراکم چند فازی) هنوز یک چالش عمده برای مدل‌های مبتنی بر شبکه است. باتوجه‌به توانایی روش‌های لاگرانژی بدون شبکه در مدل‌سازی تغییر شکل‌های بزرگ و ناپیوستگی‌ها، روش‌های لاگرانژی بدون شبکه می‌توانند یک فرصت منحصربه‌فرد برای مقابله با چنین پیچیدگی فراهم کنند. پژوهش حاضر قابلیت‌های مدل نیمه‌ضمنی ذرات متحرک با تراکم ضعیف Weakly compressibility moving particle semi-implicit (WC-MPS) در مدل‌سازی برهم‌کنش خاک - سیال را توسعه می‌دهد تا امکان مدل‌سازی انتقال رسوب و اثرات آب‌شستگی را در پشت دیواره‌های ساحلی فراهم کند. در این روش مواد دانه‌ای به‌صورت یک سیال غیر نیوتنی و ویسکوپلاستیک در نظر گرفته شده است. برای پیش‌بینی رفتار غیر نیوتنی فاز دانه‌ای، از مدل رئولوژیکی 𝜇(I) استفاده شده است. به‌منظور تأیید کاربرد مدل حاضر در شبیه‌سازی برهم‏کنش فازهای مایع و جامد، ابتدا مسئله پرکاربرد شکست سد روی بستر فرسایش‌پذیر مدل‌سازی شد. متوسط خطای مدل مد نظر تقریباً ۶ درصد محاسبه شد که نشان‌دهنده کارایی و دقت مدل مد نظر در این مسئله است. در انتها، آب‌شستگی دیواره‌های ساحلی شبیه‌سازی شد. بررسی‌ها نشان داد که فرایندهای مرتبط با فرسایش و آب‌شستگی به‌خوبی توسط روش لاگرانژی حاضر قابل مدل‌سازی بوده و نتایج عددی با اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی مطابقت بسیار خوبی (با متوسط خطای مدل برابر با ۱۰ درصد) را نشان داد.