بررسی آزمایشگاهی اثرات تعداد پله، شیب و اندازه ذرات بر استهلاک انرژی در سرریزهای پله ای توری سنگی

سرریز پله‌ای توری سنگی، سازه محیط زیست پسند و هیدرولیکی سادهای است که جهت استهلاک انرژی جریان درسدهای مختلف و یا جهت کنترل فرسایش پایین دست سازه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. بیشتر تحقیق‌های انجام گرفته قبلی مربوط به سرریزهای پلکانی بتنی و صلب بوده، لذا مطالعات بر روی سرریزهای پله‌ای توری سنگی بسیار اندکمی‌باشد. در این تحقیق با استفاده از روش آزمایشگاهی و مدل فیزیکی، مولفه‌های مختلفی که بر روی افت انرژی جریان عبوری از روی سرریزهای پله‌ای توری سنگی(گابیونی) موثر می‌باشند، مطالعه و با تحقیق‌های دیگر دانشمندان نیز مقایسات لازم صورت گرفته شده است. جریان عبوری از سرریز توری سنگی هم به صورت درون گذر و هم به صورت روگذر (هر دو به طور همزمان) صورت گرفت و مقدار انرژی تلف شده در طول سازه بر اساس رابطه انرژی محاسبه گردید. در این تحقیق ازذرات کاملاً یکنواخت با سه قطر متوسط d50) 10 ، 25) و 40 میلی‌متر استفاده شده است. ارتفاع و عرض مدل‌های فیزیکیساخته شده از سرریز پلکانی توری سنگی ثابت و به ترتیب 60 و 40 سانتی‌متر، با پله‌های 3 ، 6 و 12 تایی و ارتفاع پله‌ها 5 ،10 و 20 سانتی متری و شیب سرریزها 1:1 ، 1:2 و 1:3 ( 2 و 3 افقی، 1 قائم) می باشد. نتایج نشان داد که در سرریزهای پله‌ایتوری سنگی شیب نمای پایین دست سرریز تاثیر ناچیزی بر افت انرژی جریان دارد. همچنین با بیشتر شدن تعداد پله های سازه(برای h/l ثابت) افت انرژی کاهش می‌یابد. قطر متوسط ذرات 10 میلی متربه ازای 92 / 0 ≥  y0/hw     و قطر متوسط ذرات 40میلی متر به ازای 92 / y0/hw > 0 دارای بیشترین افت انرژی نسبی می‌باشند. با توجه به اینکه مصالح سنگی به کار رفته دراین تحقیق از نوع شکسته می‌باشند، لذا پیشنهاد می‌گردد تا بر روی مصالح سنگی گردگوشه نیز تحقیق های بیشتر صورت بگیرد.

Laboratory Study of the Effects of Step Number, Slope and Particle Size on Energy Dissipation in Gabion Stepped Weirs

Gabion stepped weir is a simple hydraulic and environment friendly structure that can be used to dissipate flow energy in downstream of dams or to control downstream erosion of various structures. Most researches have been related to concrete and rigid stepped spillways, so studies on gabion stepped weirs are very small. In this research, using the experimental method and physical model, various components that affected the energy loss in gabion stepped weirs were studied and comparisons with other studies by researchers were also made. The flow passes in gabion stepped weir was carried out both in overflow and inflow (both simultaneously) and the amount of energy dissipation along the structure was calculated based on the energy relation. In this study, completely uniform particles with three diameters (d50) of 10, 25 and 40 mm were used. The height and width of physical models made of gabion stepped weirs were 60 cm and 40 cm respectively, with stairs of 3, 6 and 12 and height of stairs 5, 10 and 20 cm and the slope of the weirs are 1:1, 1:2 and 1:3 (2 and 3 horizontals, 1 vertical). In the gabion stepped weirs, the downward slope of the weir had a negligible impact on the energy dissipation. As the number of steps increased (for constant h/l), the energy loss was decreased. The average diameter of the particles of 10 mm for y0/Hw<0.92 and the average diameter of the particles of 40 mm for y0/Hw>0.92 had the highest of relative energy loss. Due to the fact that the stone materials used in this research are of a broken type, it is recommended that further research be carried out on round stone materials.