آخرین مطالب ارسالی
Last Posts
آهنگ های ویژه
Best Posts
کاشت مو
بهترین سایت کاشت مو با کمترین قیمت
کلینیک زیبایی
شبکه جریان در جریان دو بعدی آب در خاک


تعداد بازدیدها:
۵۲

به یاد دارم که از مبحث شبکه جریان در کنکور کارشناسی ارشد بسیار مورد توجه قرار گرفت و چند تست را به این موضوع اختصاص دادند، از این رو تصمیم گرفتم که در این مقاله به آن بپردازم. به طور کلی از دیدگاه مهندسی به هر توده متشکل از ذرات کانی های ناپیوسته (یا دارای پیوند ضعیف) که فضای خالی بین آن ها را آب و هوا پر کرده است، خاک گفته می شود. ذرات کانی ها از متلاشی شدن سنگ ها پدید می آیند و پیوند ضعیف بین آن ها معمولا به علت رسوب کربنات ها، اکسیدها و یا به سبب وجود مواد آلی است.

می دانیم تراوش دو بعدی از معادله پیوستگی جریان در یک خاک همگن به شکل زیر است و همچنین اگر علاوه بر همگن بودن، خاک همسان نیز باشد (یعنی Kx=Kz)، در آن صورت معادله پیوستگی جریان به صورت معادله ساده دوم خواهد بود:

شبکه جریان

این معادله، معادله لاپلاس نام دارد که حل آن به سادگی ممکن نبوده و با روش هایی مثل ترسیم شبکه جریان امکان پذیر است. شبکه جریان آب در خاک ترسیمی گرافیکی از جریان دو بعدی آب زیرزمینی درون لایه های نفوذ پذیر خاک است. ترسیم این شبکه غالبا با استفاده از حل مسائل جریان آب در خاک استفاده می شود که در آن تحلیل هندسه باعث غیر عملی شدن راه حل های تحلیلی می شود. این روش غالبا در مهندسی عمران، هیدرولوژی و یا مکانیک خاک برای کنترل اولیه جریان زیر سازه های هیدرولیکی مانند سد و یا دیوار های شیت پایلی استفاده می شود.

ترسیم شبکه جریان

خطوط جریان: خطوط جریان نشان دهنده مسیر تقریبی حرکت ذرات آب در خاک می باشند. یک ذره آب در امتداد خط جریان، از بالادست در خاک نفوذ ناپذیر جریان می یابد.

خطوط هم پتانسیل: خطوط هم پتانسیل خطوطی هستند که نقاط واقع بر هر یک از آن ها دارای بار آبی کل یکسانی هستند. بنابراین اگر پیزومترهایی بر روی نقاط واقع در روی یک خط هم پتانسیل قرار داده شوند، تراز سطح آب در تمام آن ها یکسان خواهد بود.

شبکه جریان : خطوط جریان و خطوط هم پتانسیل دو دسته منحنی عمود بر هم می باشند که به ترکیب تعدادی از آن ها شکبه جریان می گویند. شبکه جریان در واقع نمایش گرافیکی یک ناحیه از جریان می باشد.

کانال جریان: به ناحیه قرار گرفته بین هر دو خط جریان متوالی، کانال جریان گفته می شود.

افت پتانسیل: تفاوت بار آبی کل بین دو خط هم پتانسیل، افت پتانسیل یا تلاف بار آبی نامیده می شود.

قواعد و مراحل ترسیم شبکه جریان

به هنگاه ترسیم شبکه جریان لازم است تا قواعد زیر رعایت شوند:

  1. شرایط مرزی باید تامین شوند، به این ترتیب که مرزهای نفوذ پذیر و نفوذ ناپذیر نقش خود در شبکه جریان را ایفا می کنند. مرزهای ورودی و خروج آب به محیط خاک، همان مرزهای نفوذ پذیرند که به ترتیب در بالادست و پایین دست جریان قرار داشته و خطوط هم پتانسیل نیز می باشند. بستر نفوذ ناپذیر و مرزهای سازه (سد، سپر و …) با خاک نیز همان مرزهای نفوذ ناپذیرند که خود، خطوط جریان هستند.
  2. خطوط جریان و خطوط هم پتانسیل با زاویه قائمه یکدیگر را قطع می کنند.
  3. ناحیه بین خطوط جریان و خطوط هم پتانسیل (سلول بسته) باید به شکل مربع های منحنی الاضلاع باشند. مربع منحنی الاضلاع مربعی است که بتوانیم درون آن طوری یک دایره محاط کنیم که بر هر یک از اضلا مربع مماس شود، درضمن بتوان از نصف کردن پیوسته اضلاع آن، در نهایت به یک نقطه رسید.
  4. دبی های عبوری از کلیه کانال های جریان بایستی با هم برابر باشند.
  5. افت پتانسیل بین هر دو خط هم پتانسیل متوالی بایستی مقدار ثابتی داشته باشد.
  6. یک خط جریان نمی تواند خط جریان دیگر را قطع کند.
  7. یک خط هم پتانسیل نمی تواند خط هم پتانسیل دیگر را قطع کند.
شبکه جریان

شکل۱

با رعایت قوانین ذکر شده، ترسیم شبکه جریان به ترتیب زیر خواهد بود:

  • سازه مورد نظر (سد، سپر و …) و توده خاک زیر آن را با مقیاس مناسب رسم می کنیم.
  • مرزهای نفوذ پذیر و نفوذ ناپذیر را مشخص کرده و نقش مورد نظر را به آن ها می دهیم.
  • یک سری خطوط جریان (چها یا پنج هدد) رسم کرده و سپس به تعداد مناسب خطوط هم پتانسیل به آن ها اضافه می کنیم، به طوری که سلول های بسته ایجاد شده، تقریبا مربع منحنی الاضلاع شوند. ایجاد چنین شرایطی احتمالا با آزمون و خطا امکان پذیر است. شکل ۱، ۲ و ۳ نمونه هایی از شبکه جریان ترسیم شده را در زیر سپر، سد و پشت یک دیوار حائل نشان می دهد.
شبکه جریان

شکل ۲

تذکر اول: در برخی مسائل، نقاطی از شبکه جریان وجود دارند که در آن ها مربع های منحنی الاضلاع درست نمی شوند و معادله لاپلاس ارضا نخواهد شد. این اتفاق معمولا در مجاورت مرزهای نفوذ ناپذیر می افتد. در این حالت لازم است تا حداقل، سلول های بسته طوری باشند که از نصف کردن پیوسته آن ها، در نهایت به یک نقطه برسیم. قابل توجه است که در این شرایط ممکن است مسنطیل های منحنی الاضلاع داشته باشیم.

تذکر دوم: در شکل ۲ شبکه جریان ترسیم شده از زیر یک سد را نشان می دهد که در زیر آن و در بالادست، یک پرده آب بند (Cut Off Curtain) تعبیه شده است. پرده آب بند می تواند در پایین دست هم قرار گیرد و در کل باعث کاهش دبی عبوری از زیر سد می گردد.

تذکر سوم: در شکل ۳ یک دیوار حائل با پتوی زهکش (Drainage Blanket) را که به طور قائم قرار دارد، نشان می دهد. پتوی زهکش از مصالح درشت دانه تهیه شده و باعث می شود تا اضافه فشار آب حفره ای که در خاک پشت دیوار ایجاد شده، از طریق آن از بین برود. از این رو نیروی هیدرواستاتیکی در پشت دیوار به وجود نمی آید. مرز AB که در این شکل نشان داده ایم، نه خط هم پتانسیل است و نه خط جریان. بار آبی کل در مرز AB برابر ارتفاع هندسی hz است.

شبکه جریان

شکل ۳

تذکر چهارم: تعداد افت های پتانسیل (Number of Equipotential Drops) را با Nd نشان می دهند و برابر است با تعداد خطوط هم پتانسیل منهای یک، همچنین تعداد کانال های جریان (Number of Flow Channels) را نیز با Nf نشان داده که برابر تعداد خطوط جریان منهای یک است. نسبت Nf به Nd هم فاکتور شکل نامیده می شود. ( فراموش نکنید که مرز نفوذ ناپذیر بالادست و پایین دست نیز جزو خطوط هم پتانسیل به حساب می آیند) به عنوان مثال در شکل ۱ مقدار Nf=5-1=4 است، Nd=9-1=8 و میزان فاکتور شکل نیز ۱/۲=۴/۸ می باشد.

 ارسال در حدود 7 ماه قبل  ادامه مطلب »