بررسی آزمایشگاهی و ارائه مفهوم تخلخل هیدرولیکی، بعنوان تابعی از سرعت برشی سیال در محیط های متخلخل درشت دانه

امروزه، توجه زیادی در زمینه سازه های سنگریزه ای بعلت سادگی اجرا و هزینه پائین شده است. در علوم مهندسی برای ارزیابی رفتار سازه های ساحلی و طراحی صحیح این سازه های حجیم و سنگین، لازمست از تئوریهای محیط متخلخل درشت دانه/سنگریزه ای با درک جریان غیرخطی غیرماندگار استفاده نمود. یکی از مهمترین نکات مبهم در مطالعه هیدرولیکی آنها، مسئله چگونگی برآورد دقیق میزان تخلخل است. به منظور تنویر چگونگی جریانهای غیر خطی درون چنین محیطهائی در شرایط غیرماندگار، آزمایشات گسترده ای در یک فلوم آزمایشگاهی با سطح آزاد در دانشگاه بوعلی سینا انجام گرفت. در ابتدا، جریان درون طیف وسیعی از مصالح سنگریزه ای در شرایط ماندگار بررسی گردید؛ سپس شرایط را به حالت غیرماندگار در آورده و با تراکم نسبی مصالح سنگریزه ای شکسته و رودخانه ای با دانه بندی از پیش تعیین شده ای در فلوم فوق الذکر با پهنای 60 سانتیمتر، تغییرات سطح ایستابی تحت تأثیر تغییرات تراز پایاب- معرف شرایط غیرماندگار- توسط پیزومترهای نصب شده در طول فلوم به روشهای نوری ثبت گردید. سپس مشاهدات آزمایشگاهی با استفاده از نرم افزار spss تحلیل آماری گردید و داده های آزمایشگاهی بهمراه یافته های محاسباتی و تحقیقاتی پیشینیان مورد مقایسه و ارزیابی قرار داده شد. نتایج این مقایسه حاکی از آنست که: 1-در معادله تعمیم یافته فرشهایمر در مصالح مختلف، ضرایب متفاوتی در جریانهای ماندگار و غیرماندگار ارائه گردید. 2-جمله سوم بکاررفته در معادله فرشهایمر- معادله تعمیم یافته فرشهایمر- در مصالح مختلف شکسته و رودخانه ای، تغییرات صعودی را همزمان با افزایش سرعت جریان از خود نشان داد. 3-منحنی تغییرات گرادیان هیدرولیکی در مقابل عدد رینولدز، برای کلیه مشاهدات آزمایشگاهی، وجود جریان غیرخطی را تأیید می نمایند. 4-مجموعه آزمایشگاهی که بطور اختصاصی جهت این پژوهش طراحی و ساخته شده، کاملاً شرایط حاکم بر پروتوتایپ را شبیه سازی می نماید. 5-تغییرات ضرایب رابطه تعمیم یافته فرشهایمر، در شرایط غیرماندگار و با افزایش عدد رینولدز روند افزایشی را برای ترم دوم و سوم و روند کاهشی برای ترم اول بهمراه داشت. 6-با قبول تخلخل بعنوان مهمترین پارامتر موثر بر مدلهای ریاضی، رابطه ای جدید بر حسب تخلخل هیدرودینامیکی بر اساس برخی پارامترهای ژئوتکنیکی و مشخصه های جریان تدوین گردید. 7- تخلخل هیدرودینامیکی بعنوان تابعی از رژیم جریان بیان شد که با تغییر رژیم جریان ناشی از تغییرات سرعت، مقدار تخلخل هیدرولیکی تغییر می نماید. 8-در مقایسه بین یافته های محاسباتی بر پایه رابطه پیشنهادی برحسب تخلخل هیدرولیکی با داده های آزمایشگاهی تطابق بیشتری وجود دارد که سرانجام مطالعات نشان میدهد که نتایج نامعتبر روابط ریاضی حاکم بر جریانهای غیرماندگار بدست آمده، ممکنست ناشی از تخمین ناصحیح مقدار تخلخل باشد.