بررسی آزمایشگاهی استهلاک انرژی جریان از روی سرریز گابیونی پله‌ای

Abstract

سرریزهای گابیونی یا توریسنگی پله­ای کاربردهای زیادی در ساختمان سدها، مهندسی رودخانه و حفاظت خاک دارند. این نوع سرریزها از انعطاف زیادتری نسبت به نوع صلب آن برخوردار بوده و در مقابل بارهای ناشی از فشار آب مقاوم و پایدار هستند. استهلاک انرژی جریان از روی چنین سازه­ای به علت وجود جریان درون­گذر و روگذر پله­ها زیاد بوده و لذا هزینه­های ساخت حوضچه آرامش کاهش می­یابد. از خصوصیات مهم این نوع سازه، جریان درون­گذر از داخل جسم متخلخل سرریز است که پیچیدگی­هایی را در رفتار جریان ایجاد می­کند. اکثر تحقیقات انجام یافته تاکنون مربوط به سرریزهای پلکانی سدهای بزرگ بتنی و صلب بوده است و در مقایسه با آن، مطالعات بر روی سرریزهای پلکانی گابیونی بسیار اندک بوده است. بررسی هیدرولیکی عبور جریان از روی پله­ها و نیز محیط متخلخل درون سازه گابیونی و محاسبه افت انرژی از اهداف این پژوهش می­باشند. برای این منظور 9 مدل فیزیکی از سرریز گابیونی پله­ای با 3 تخلخل مختلف و شیب های 1:1 و 1:2 ساخته شد. برای بررسی نفوذ پذیری پله­ها در افت انرژی، وجه افقی و عمودی پله­ها توسط ورق آهنی نفوذ ناپذیر گردید. نتایج نشان می­دهند که در دبی­های بالا که رژیم جریان غیر ریزشی یا شبه صاف اتفاق می­افتد، استهلاک انرژی در سرریز گابیونی بیشتر است که این مورد باید در طراحی مد نظر قرار گیرد. در واقع در دبی­های بیشتر، جریان به دو بخش روگذر و درون گذر تفکیک می شود. پله­ها زیر آب قرار می­گیرند و تاثیر زبری آنها کمتر شده و در مقابل تاثیر جریان درون گذر در افت انرژی افزایش می­یابد. استهلاک انرژی در سرریز دارای پله­های نفوذ ناپذیر (دارای ورق آهنی در پله­های افقی و عمودی تواما) در دبی­های کم بیشتر از سایرین است و در مرحله بعد به ترتیب سرریز گابیونی، سرریز با دیواره عمودی غیر قابل نفوذ و سپس سرریز با کف افقی غیر قابل نفوذ قرار دارند. افزایش تخلخل از 38 تا 42 درصد موجب افزایش استهلاک انرژی گردید. همچنین با کاهش شیب از 1:1 به 1:2 بر میزان استهلاک انرژی افزوده شد.