بررسی آزمایشگاهی تاثیر استفاده از سنگ‌چین و پوشش گیاهی بر آب‌شستگی اطراف تکیه‌گاه پل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه های آبی، بخش مهندسی آب، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

2 دانشیار سازه های آبی، بخش مهندسی آب، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

3 دانشیار سازه های آبی، بخش مهندسی آب، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

4 استادیار سازه های آبی، گروه مهندسی آب، دانشگاه جیرفت، جیرفت،ایران.

چکیده

هدف از انجام این پژوهش بررسی تاثیر استفاده از سنگچین و پوشش گیاهی بر کاهش آب‌شستگی اطراف تکیه‌گاه پل می‌باشد. به همین منظور در 30 آزمایش در سه گروه، از دو ابزار سنگ‌چین و پوشش گیاهی به صورت جداگانه و همزمان برای کنترل آب‌شستگی تکیه‌گاه مستطیلی 90 درجه و مستطیلی با دیواره‌های دایره‌ای استفاده شد. در ابتدا، آزمایش‌های سنگ‌چین انجام شد. در این آزمایش‌ها سنگ‌چین تیزگوشه در قطرهای 7/2، 81/6 و 12 میلی‌متر و چگالی 65/2 مورد استفاده قرار گرفت. ضخامت لایه سنگ‌چین دو برابر قطر متوسط سنگ-چین، چیدمان مستطیلی و هم‌تراز با مصالح بستر در نظر گرفته شد و نتایج نشان داد که سنگ‌چین با قطر 12 میلی‌متر آبشستگی اطراف تکیه‌گاه مستطیلی را 85 درصد و اطراف تکیه‌گاه مستطیلی با دیواره‌های دایره‌ای را 53 درصد کاهش داد. در مرحله دوم آزمایش‌های‌ پوشش گیاهی انجام شدند و پوشش گیاهی برای هر دو تکیه‌گاه تحت آرایش شطرنجی، در سه درصد تراکم 64/0، 19/1 و 8/2، انعطاف‌پذیر و مستغرق انتخاب شد. مطابق نتایج حاصله، درصد تراکم 19/1 برای هر دو تکیه‌گاه بهترین عملکرد را داشته و آب‌شستگی را در اطراف تکیه-گاه مستطیلی 90 درجه 84 درصد و مستطیلی با دیواره‌های دایره‌ای 81 کاهش داد. در آخرین مرحله از آزمایش‌ها، تاثیر همزمان سنگ‌چین و پوشش گیاهی بررسی شد. سنگ‌چین با قطر 81/6 میلی‌متر و پوشش گیاهی با درصد تراکم 19/1 درصد بهترین نتیجه را داشته به گونه‌ای که آب‌شستگی در اطراف تکیه‌گاه مستطیلی 93 درصد و اطراف تکیه‌گاه مستطیلی با دیواره‌های دایره‌ای را 68 درصد کاهش داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


­ابراهیمی، نادرقلی.، شیردلی، عظیم.، نیکخواه جوان، ابراهیم.، و حسینی، مجید. (1395). تأثیر پوشش گیاهی بستر آبراهه بر هیدرولیک جریان و فرم بستر. نشریه مهندسی و مدیریت آبخیز، 8(2)، 192-182. https://doi.org/10.22092/ijwmse.2019.118083
بخشی، سعید. (1390). بررسی تاثیر شکل هندسی و پوشش گیاهی بر آب­شستگی حول تکیه­گاه، پایان­نامه کارشناسی ارشد، آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان.
توکلی نژاد الله آبادی، فاطمه.، و حسینی، مرضیه. (1399). بررسی آزمایشگاهی نیمرخ عمقی  سرعت در آبراهه مرکب با  پوشش گیاهی در سیلاب­دشت. نشریه هیدرولیک، 15(4)، 45-31. https://doi.org/10.30482/jhyd.2020.245051.1474
حسین رضا، علی اکبر.، شفاعی بجستان، محمود.، قمشی، مهدی.، و فتحی مقدم، منوچهر. (1398). کاربرد همزمان سنگچین و المان های شش پایه در کنترل عمق آبشستگی اطراف تکیه گاه پل مستطیل شکل. علوم و مهندسی آبیاری، 42(1)، 99-114.  https://doi.org/10.22055/jise.2017.21193.1524
خادمی، خیرالله.، شفاعی بجستان ، محمود.، و خزیمه نژاد، حسین. (1393). بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون تکیه‌گاه پل با حضور صفحه‌ی مستغرق متصل به آن. فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب، 5(17)، 66-56.            http://www.waterjournal.ir/article_73368.html
دانکو، علی.، یونسی، حجت الله.، ترابی­پوده، حسن.، و صانعی، مجتبی. (1401). تاثیر جریان تحت فشار بر آبشستگی پایه پل در مقاطع مرکب با  پوشش گیاهی. نشریه هیدرولیک، 17(1)، 103-89. https://doi.org/10.30482/jhyd.2021.304025.1550
ذوالقدر، مسیح.، حسین رضا، علی اکبر.، و شفاعی بجستان، محمود. (1399). تثبیت بستر اطراف تکیه‌گاه با ترکیب المان‌های شش‌پایه و سنگ‌ریزه. مهندسی عمران فردوسی، 33(4)، 48-33. https://doi.org/10.22067/jfcei.2021.61563.0
رجبی­زاده، یوسف. (1398). مطالعه آزمایشگاهی تأثیر جداگانه و ترکیبی طوق با پوشش گیاهی بستر رودخانه در حالت صلب و انعطاف پذیر بر آبشستگی اطراف پایه پل، پایان­نامه کارشناسی ارشد، سازه­های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس.
رمضانی، یوسف.، و قمشی، مهدی. (1393). ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﯽ ﺑﺴﺘﺮ ﭘﯿﺮاﻣﻮن ﺗﮑﯿﻪﮔﺎه ﭘﻞ در ﺣﻀﻮر ﭘﻮﺷﺶ ﮔﯿﺎﻫﯽ ﺻﻠﺐ ﻏﯿﺮ ﻣﺴﺘﻐﺮق روی دﺷﺖ ﺳﯿﻼﺑﯽ. نشریه هیدرولیک، 9(1)، 57-45. https://doi.org/10.30482/jhyd.2014.7914
رمضانی، یوسف.، قمشی، مهدی.، موسوی جهرمی، حبیب.، و خزیمه­نژاد، حسین. (1393). تاثیر پوشش گیاهس دشت سیلابی بر آب­شستگی تکیه­گاه پل در مقطع مرکب، نشریه آب و خاک، 28(3)، 512-503. https://doi.org/10.22067/jsw.v0i0.26239
شهسواری، حامد.، خداشناس، سعیدرضا.، و اسماعیلی، کاظم. (1401). بررسی تغییرات هیدرولیک جریان در آبراهه مرکب پیچانی با پوشش گیاهی انعطاف پذیر مستغرق. نشریه هیدرولیک، 17(1)، 122-105. https://doi.org/10.30482/jhyd.2021.304206.1551
کریمائی طبرستانی، مجتبی.، آذری میدخت، حمیدرضا.، زراتی، امیررضا، انوری، صادق. (1394). ﻃﺮاﺣﯽ ﺑﻬﯿﻨﻪ ﮔﺴﺘﺮه ﺳﻨﮕﭽﯿﻦ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از اﺑﻌﺎد ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺳﻨﮓ در اﻃﺮاف ﭘﺎﯾﻪ ﭘﻞ ﺑﺎ ﻣﻘﻄﻊ ﻣﺴﺘﻄﯿﻠﯽ ﺑﺎ ﻃﻮق ﻣﺤﺎﻓﻆ و ﺑﺪون آن. نشریه هیدرولیک، 10(4)، 64-51. https://doi.org/10.30482/jhyd.2016.33328
منصوری، مهوش.، و شفاعی بجستان، محمود. (1392). مقایسه تاثیر سه رقوم قرارگیری سنگچین بر پایداری آن در محل تکیه­گاه پل واقع در قوس 90 درجه بر اساس آستانه حرکت ذرات سنگچین. نشریه تنش آب و خاک، 23(2)، 204-195. https://journals.tabrizu.ac.ir/article_115.html
نبئی، فرهاد. (1396). تاثیر پوشش گیاهی بر ساختار جریان در آبشستگی موضعی با مقطع نیم­بیضی، پایان­نامه کارشناسی ارشد، سازه­های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان.
Amir, M. U. A. R., Hashmi, H. N., Baloch, M., Ehsan, M. A., Muhammad, U., & Ali, Z. (2018). Experimental investigation of channel bank vegetation on scouring characteristics around a wing wall abutment. Technical Journal, 23(01), 15-21.                                                         https://tj.uettaxila.edu.pk/index.php/technical-journal/article/download/486/14
Bakhshi, S. (2011). Investigating the effect of geometric shape and vegetation on scour around the support, Master's Thesis, Irrigation and Drainage, Faculty of Agriculture, Isfahan University of Technology. [In Persian]          
Cardoso, A. H., & Fael, C. M. (2009). Protecting vertical-wall abutments with riprap mattresses. Journal of Hydraulic Engineering, 135(6), 457-465. ‏ https://doi.org/10.1061/ASCEHY.1943-7900.0000040
Dankoo, A., Yonesi, H., Torabipodeh, H., & Saneie, M. (2022). The effect of pressure flow conditions on bridge pier scour in compound open channels with vegetation. Journal of Hydraulics, 17(1), 89-103. https://doi.org/10.30482/jhyd.2021.304025.1550. [In Persian]         
Dey, S. Barbuiya., & A. K. (2004). Local scour at abutment: A review. Sadhana, 29(5), 449-476. https://doi.org/10.1007/BF02703255
Duncan, k., & Nobert, J. (2015). Assessment of the impact of climate change and adaptation strategies on maize production in Uganda. Physics and chemistry of the Earth, Parts A/B/C. 93, 1-9. http://dx.doi.org/10.1016/j.pce.2015.09.005
Ebrahimi, N. Gh., Shirdeli, A., Nikkhah Javan, E., & Hosseini, M. (2016). The impact of waterways bed's vegetation on flow hydraulic and bed ‎form. Watershed Engineering and Management, 8(2), 182-192.  https://doi.org/10.22092/ijwmse.2019.118083
Garcia, M. (2008). Sedimentation engineering: processes, measurements, modeling, and practice. American Society of Civil Engineers, 110, 1137. https://doi.org/10.1061/9780784408148
Ghisalberti, M. & Nepf, H. M. (2004). The limited growth of vegetated shear layers, Water Resour. Res. 40(7), W07502. http://dx.doi.org/10.1029/2003WR002776
Hosein Reza, A. A., Shafai Bejestan, M., Ghomeshi, M., & Fathi Moghadam, M. (2019). Investigation of the effect of six legged concrete (SLC) elements combined with riprap on scour depth at vertical wall bridge abutments. Irrigation Sciences and Engineering (JISE), 42(1), 99-114.                           https://doi.org/10.22055/jise.2017.21193.1524. [In Persian]
Karimaei Tabarestani, M., Azarmidokht, H. R., Zarrati, A. R., & Anvari, S. (2016). Optimum design of Sangchin span using different dimensions of riprap around the bridge abutment with a rectangular section with and without a protective collar. Journal of Hydraulics, 10(4), 51-64.  https://doi.org/10.30482/jhyd.2016.33328. [In Persian]
     Khademi, K. H., Shafai Bajestan, M., & Khozeymehnehad, H. (2014). Laboratory investigation of flow pattern and scour around bridge abutment in case of using attached submerged vane. Irrigation and water engineering, 5(17), 56-66. http://www.waterjournal.ir/article_73368.htm [In Persian]          
      Kumar, V., Ranga Raju, K. G., & Vittal, N. (1999). Reduction of local scour around bridge piers using slots and collars. Journal of Hydraulic Eng, 125(12), 1302-1305. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1999)125:12(1302)
Mansoori, M. & Shafai Bejestan, M. (2012). Comparison of the effect of three riprap placement levels on its stability at bridge abutment in a 90 bend based on incipient motion of riprap particles. Knowledge of water and soil, 23(2), 195-204. https://journals.tabrizu.ac.ir/article_115.html. [In Persian]
Melville, B. W., Van Ballegooy, S., Coleman, S. E., & Barkdoll, B. (2007). Riprap size selection at wing-wall abutments. Journal of hydraulic engineering, 133(11), 1265-1269. ‏                                                        https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2007)133:11(1265)
Nabeie, F. (2017). The effect of vegetation on the flow structure in a local scour with a semi-elliptical section. Master's Thesis, Department of Water Structures, Faculty of Agriculture, Isfahan University of Technology. [In Persian]         
    Naserian, M., & Masjedi, A. (2018). Investigation of Diameter of Riprap around the Bridge Abutment at 180-Degree River Bend. JWSS-Isfahan University of Technology, 21(4), 229-241.                      ‏ http://dx.doi.org/10.29252/jstnar.21.4.229
Nasiri Dehsorkhi, E. Afzalimehr, H., & Singh, V. P. (2011). Effect of bed forms and vegetated banks on velocity distributions and turbulent flow structure, Journal of Hydrology Engineeringm 16(6), 495-507. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000337
Ortiz, A. C. Ashton, A., & Nepf, H. (2013). Mean and turbulent velocity field near rigid and flexible plants and the implication for deposition. Journal of Geophys. Res. Earth. Surf, 118, 2585-2599. https://doi.org/10.1002/2013JF002858
   Peng, C. C. (2015). Experimental study on the characteristics of scour hole around emergent vegetation with single-density. AGU Fall Meeting Abstracts.                          https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2015AGUFMEP51C0928P/abstract
Rajabizadeh, Y. (2020). Experimental study the effect of collar in the presence of rigid and flexible vegetation on bridge pier scour. Master's Thesis, Department of Water Structures, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University. [In Persian]
Ramezani, Y., & Ghomeshi, M. (2014). Studying the shear stress of the bed around the bridge abutment in the presence of non-submerged rigid vegetation on the floodplain. Journal of Hydraulics, 9(1), 45-57. https://doi.org/10.30482/jhyd.2014.7914 [In Persian]
Ramezani, Y., Ghomeshi, M., Musavi Jahrom, H., & Khozeymehnehad, H. (2014). Effect of vegetated floodplain on abutment scour in compound channels. Journal of Water and Soil, 28(3), 503-512. https://doi.org/10.22067/jsw.v0i0.26239 [In Persian]           ‏
Raudkivi, A. J. (1998). Loose boundary hydraulics, CRC Press, Balkema, Rotterdam, Netherlands. https://www.taylorfrancis.com/books/mono/10.1201/9781003077800/loose-boundary-hydraulics-arved-raudkivi
Shahsavari, H., Khodashenas, S. R., & Esmaili, K. (2021). Investigation of Hydraulic Changes in Flow in Meander Compound Channel with Flexible Submerged Vegetation, Journal of Hydraulics,17(1), 89-103. https://doi.org/10.30482/jhyd.2021.304206.1551 [In Persian]
 Sumer, B. M. & Fredsoe, J. (2002). The meachanics of scour in the marine environment, Adv. Ser. Ocean Engineering, 17. https://doi.org/10.1142/4942
Tavakoli Nezhad Allah Abadi, F., & Mohseni. M. (2021). Experimental Study of Vertical velocity profiles in compound channels with vegetation on floodplains, Journal of Hydraulics, 15(4), 31-45. https://doi.org/10.30482/jhyd.2020.245051.1474 [In Persian]       
Unger, J., & Hager, W. H. (2006). Riprap failure at circular bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering, 132(4), 354-362. ‏ https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2006)132:4(354)
Yagci, O., Celik, M. F., Kitsikoudis, V., Kirca, V. O., Hodoglu, C., Valyrakis, M. & Kaya, S. (2016). Scour patterns around isolated vegetation elements. Advances in Water Resources, 97, 251-265. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2016.10.002
Zolghadr, M., Hoseinreza, A., & Safai Bejestan, M. (2021). Bed Stabilization around Abutment Using Combination of Six-Legged Concrete Elements and Pebbles. Ferdowsi Civil Engineering, 33(4), 33-48. https://doi.org/10.22067/jfcei.2021.61563.0 [In Persian]