میدان جریان در بالادست یک خروجی تحت شرایط بستر ثابت و فرسایش متعادل

Flow Field Upstream of an Orifice under Fixed Bed and Equilibrium Scour Conditions

چکیده
مقدمه
تهیه نمونه های آزمایشی
نمونه آنالیز عددی
نتایج
تغییرات سرعت طولی در طول خط میانی خروجی
نمودار سرعت طولی در صفحه افقی
نمودار سرعت طولی در صفحه عمودی
نمودار سرعت عمودی در صفحه عمودی
نتیجه گیری‌ها
منابع

چکیده

رفتار جریان در بالادست یک خروجی دایره ای به همراه یک آبگذر در تراز کف (آغازی)، در حالت‌های، بستر ثابت و شرایط فرسایش دائمی(بستر متحرک) بررسی شد و آزمایشات در سه حالت مختلف ازنظر ارتفاع آب و اندازه رسوبات انجام شد. مولفه های طولی و عرضی سرعت در محورهای عمودی و افقی که از مرکز خروجی عبور می‌کرد اندازه گرفته شد. افت سرعت در قسمت بالادست خروجی، (در طول خط میانی سوراخ خروجی) برای مورد با بستر ثابت، آرام تر از مورد با خروجی آزاد بود. تحت شرایط فرسایش متعادل، افت سرعت از نمودار سرعت خروجی آزاد به خروجی با شرایط بستر ثابت انتقال پیدا میکند. در بالادست خروجی، نمودارهای سرعت طولی در تراز افقی و در مکانهای متفاوت ، به هر دوحالت با بستر ثابت و متحرک شبیه بود و نمودار سرعت طولی در محور عمودی هم به هر دوحالت شباهت داشت. بیشترین مقدار سرعت جریان برای هر دو مورد، در پایین خط میانی دهانه خروجی بود و موقعیت بیشترین افت سرعت و فاصله از بالادست خروجی نیز تعیین شد. برای شبیه سازی رفتار جریان در بالادست خروجی یک مدل جریان سه بعدی، برای هردوحالت بستر ثابت و فرسایش متعادل (بستر متحرک) استفاده شد. این مدل میدان سرعت در بالادست را برای هر دوحالت بستر ثابت و بستر متحرک به درستی پیش‌بینی کرد.

مقدمه

خروجی ها بخش های جدایی ناپذیر در سازه های هیدرولیکی هستند و از خروجی های موجود در کف سد ها می‌شود برای تولید برق، کنترل کردن جریان و یا رفع رسوبات استفاده کرد. جذب ماهی در حین تولید نیروی برق از نگرانی های عمده در این فرآیند است زیرا به بزرگی سرعت و شتاب در نزدیکی خروجی وابسته است (Countant and Whitney 2000). بنابراین مطالعه در مورد میدان جریان بالادست خروجی ها برای شرایط مختلف مفید است.

نتیجه گیری‌ها

رفتار جریان در بالادست خروجی دایره‌ای، تحت تاثیر بستر ثابت و فرسایش متعادل محاسبه و سه اندازه مختلف از رسوبات در این آزمایش استفاده شد همچنین سه تراز مختلف آب بالاتر از خروجی برای بستر ثابت و برای هر اندازه مختلف رسوبات، در بستر متحرک آزمایش شد. نزدیکی تراز آب به بستر (ترازپایین)، سراسر ناحیه را محدود میکند که باعث می‌شود سیال با برخورد به بستر و برگشت، رفتار جریان را در بالادست خروجی تغییر دهد. سرعت طولی ماکسیمم در هر نقطه در بالادست خروجی برای بستر ثابت و بستر متحرک، در قسمت زیر مرکز خروجی اتفاق می‌افتد در حالیکه این پدیده در خروجی های آزاد، در طول خط میانی خروجی دیده می‌شود. با انتخاب طول و مقیاس سرعت مناسب، نمودار طولی سرعت در صفحه افقی در مکان‌های مختلف بالادست خروجی، از مرکز خروجی عبور می‌کند که در هر دوحالت بستر ثابت و بستر متحرک یکسان است. تغییرات مقیاس طول با فاصله از بالادست خروجی برای هر دو مورد بصورت خطی است بعلاوه نمودار سرعت برای بستر متحرک نسبت به بستر ثابت، با سرعت بیشتری پراکنده می‌شود.

Abstract 

Flow behavior upstream of a circular orifice with the invert at the bed level (initially) is investigated under fixed bed and equilibrium scour (mobile bed) conditions. The experiments are performed under three different constant heads and sediment sizes. Longitudinal and vertical components of velocity are measured in the vertical and horizontal planes passing through the center of the orifice. The velocity decay upstream of the orifice (along the centerline of the orifice) is slower for the fixed bed case than for the unbounded orifice. Under equilibrium scour condition, the velocity decay transitions from the velocity profile for the unbounded orifice to the fixed bed condition. The longitudinal velocity profiles in the horizontal plane at different locations upstream of the orifice are found to be similar for both fixed and mobile bed cases. The longitudinal velocity profiles in the vertical plane are also found to be similar for each case. The maximum velocity is found to occur below the centerline of the orifice for both cases. The location and decay of maximum velocity with distance upstream of the orifice are quantified. A three-dimensional flow model is used to simulate the flow behavior upstream of the orifice under fixed bed and equilibrium scour conditions. The model accurately predicts the velocity field upstream of the orifice under both fixed bed and mobile bed conditions.

Introduction

Orifices are common appurtenances in hydraulic structures. Orifices near the base of dams may be used for hydropower generation, flow control, and/or sediment removal. Fish entrainment during hydropower generation is another major concern because it depends on velocity magnitude and acceleration field near the orifice (Coutant and Whitney 2000). Thus, studying the flow field upstream of orifices is of interest under variety of situations.

Conclusions

Flow behavior upstream of a circular orifice is investigated under fixed bed and equilibrium scour conditions. Three different sediment sizes are used. Three different heads over the orifice are used for the fixed bed case and for each sediment size in the mobile bed case. The proximity of the bed restricts the area through which the fluid can be withdrawn and changes the flow behavior upstream of the orifice. The maximum longitudinal velocity at any location upstream of the orifice for the fixed bed and mobile bed cases occurs below the center of the orifice, whereas it occurs along the centerline of the orifice for the unbounded orifice. By choosing suitable length and velocity scales, the longitudinal velocity profiles in the horizontal plane passing through the center of the orifice at different locations upstream of the orifice are similar for both fixed bed and mobile bed cases. The variation of length scale with distance upstream of the orifice is found to be linear for both cases, with velocity profile for the mobile bed case spreading faster than the fixed bed case.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

میدان جریان در بالادست یک خروجی تحت شرایط بستر ثابت و فرسایش متعادل

Flow Field Upstream of an Orifice under Fixed Bed and Equilibrium Scour Conditions

حذف رسوب از مخازن انرژی آبی جریان رودخانه ای توسط تخلیه هیدرولیک

Sediment removal from run-of-the-river hydropower reservoirs by hydraulic flushing

چکیده
1 مقدمه
2 تخلیه هیدرولیک ذخایر برای حذف رسوب
2.1 مدلسازی فیزیکی و عددی برای تخلیه رسوب
2.2 معادله تجربی برای کمیت رسوب تخلیه شده
3 روش شناسی
3.1 مدل عددی تک بعدی برای رسوب گذاری مخزن
3.2 مدل تجربی برای تخلیه مخزن
3.3 استقاق معادله تجربی
4 مطالعه موردی از تخلیه مخزن
4.1 خصوصیات پروژه
4.2 مدل عددی تک بعدی برای رسوب گذاری مخزن
4.3 مدل تجربی برای تخلیه مخزن
4.4 بحث درباره نتایج مدل تجربی
5 انحراف معادلات تجربی برای حجم رسوب شسته شده
5.1 داده های استفاده شده
5.2 انحراف معادله تجربی
5.3 بحث درباره معادلات تجربی
6 نتیجه گیری ها
منابع

چکیده

محبوبیت مفهوم توسعه پایدار رو به افزایش است و پروژه های هیدروالکتریک طراحی شده و اجرا شده درباره این مفهوم نیازمند مدیریت رسوب (بعنوان یک معیار اصلی طراحی) هستند. تخلیه فرونشینی برای مدیریت رسوب در چنین پروژه هایی اجرا میشود. بررسی ها با استفاده از مدلهای هیدرولیک برای پروژه ها لازم هستند تا نگرانی های طراحی مختص به سایت را برطرف کنند. در مطالعه حاضر شبیه سازی هایی معرفی شده است که از مدل هیدرولیک برای حذف رسوب توسط تخلیه فرونشینی مخازن پروژه هیدروالکتریک پونات سانگچو  (واقع در بوتان ) استفاده کرده اند. آزمایشات انجام شده بر روی مدل مقیاس 1:100 هندسی مشابه نشان میدهد که تخلیه  (شستشو توسط جریان آب) در حفظ منطقه آبگیر نیروگاه خالی از ته نشینی رسوب، مؤثر است. ته نشینی از بالادست جریان رودخانه را نمی توان بصورت هیدرولیکی تخلیه کرد. بعلاوه بر اساس دامنه وسیعی از داده های تجربی از مطالعات مدل هیدرولیک، معادلات تجربی برای پیش بینی کمیت رسوبی که از ذخایر (مخازن) تخلیه میشود توسعه داده شده اند. معادلات حاضری که توسعه داده شده اند نسبت به معادلات استفاده شده در معادلات بیان شده در مقالات موجود دارای پارامترهای بیشتری هستند. دو معادله برای دامنه های مختلف شیب بستر رودخانه با شیب تند (0.005-0.04) و شیب متوسط (0.001-0.005) توسعه داده شده است. معادلات توسعه یافته بر اساس مجموعه داده های مختلف اعتباریابی شدند و مشخص شد که پیش بینی هایی را میتوان با دقت قابل قبول انجام داد. این معادلات را میتوان بصورت مؤثر برای طراحی هیدرولیک حذف رسوب از ذخایر انرژی آبی جریان رودخانه مورد استفاده قرار داد.

1 مقدمه

ظرفیت انبارش ذخایر (مخازن) در سراسر جهان بعلت ته نشینی رسوب به میزان 1 تا 2 درصد در سال کاهش می یابد (این عدد در چین بیشتر از 2 درصد است). مطالعات نشان میدهد که 80 درصد ظرفیت انبارش مفید ذخایر انرژی آبی تا سال 2035 از بین خواهد رفت (موریس و فان 1997؛ وایت 2000؛ باسون 2008؛ اشلیس و همکارانش 2014). بخاطر اینکه سایت های مناسب برای سدسازی برای پروژه های ذخایر جدید محدود و یا ناموجود هستند بنابراین به توسعه پایدار پروژه های منابع آب با اتخاذ تکنیک های مدیریت رسوب نیاز خواهیم داشت (اشلیس و همکارانش 2014؛ اسحاق و اِلدو 2016). تکنیک های مدیریت رسوب را میتوانیم در سه طبقه گروه بندی کنیم: مدیریت آبخیز، جلوگیری از ته نشینی (نهشت) در ذخایر، و حذف رسوب ته نشین شده قبلی. در مدیریت آبخیز از ورود رسوب به داخل ذخایر جلوگیری میشود. با اجتناب از ته نشست، هواگیری جاری چگالی و بندسازی رسوب میتوان از ته نشینی رسوب جلوگیری کرد. تکنیک های حذف رسوب عبارتند از: تخلیه فرونشینی، لایروبی، خاکبرداری خشک و غیره (یون 1992؛ لای و شِن 1996؛ موریس و فان 1997؛ شن 1999؛ برَنت 2000؛ وایت 2000؛ یانگ 2003؛ آناندیل 2011؛ اشلیس و. همکارانش 2014).

 6 نتیجه گیری ها

در مطالعه حاضر شبیه سازی های مدل هیدرولیک برای شستشوی رسوب از مخزن پروژه هیدروالکتریک پونات سانگچو در بوتان انجام شدند. شبیه سازی های مدل عددی تک بعدی که برای پیش بینی الگوی ته نشینی بلند مدت در مخزن انجام شد نشان داد که سطح رسوب گذاری در سایت سد در حدود 33 سال عملیات مخزن به سطح تاج سرریز می رسد. همچنین بعلت الگوی شیب معمول بستر رودخانه (که در ناحیه مخزن موجود بود) مشخص شد که سطوح ته نشینی رسوب در مناطق دارای شیب متوسط و تند، بالا هستند و جبهه دلتا به حدود 1.5 کیلومتری محور سد می رسد. آزمایشات برای شستشوی هیدرولیک بر اساس یک مدل هندسی مشابه با مقیاس 1:100 در ناحیه دسترسی 10 کیلومتری مخزن انجام شد و خصوصیات رسوب گذاری آن توسط مدل عددی تک بعدی بعنوان شرایط اولیه محاسبه شد. آزمایشات نشان داد که شستشو در تداوم حذف ته نشینی رسوب از منطقه آبگیر نیروگاه، مؤثر است. اگر شستشو هر ساله با تخلیه بیش از 800 m3/s بمدت 12 ساعت انجام شود تخلیه رسوب سالانه را میتوان شستشو داد. با اینحال بعلت شیب های معمول بستر هموار در نواحی بالا دست، ته نشینی رسوب از نواحی بالا دست را نمی توان بصورت هیدرولیکی شستشو داد. ممکن است برای حذف ته نشینی از نواحی بالا دست به روشهای جایگزین نیاز پیدا کنیم.

ABSTRACT

The concept of sustainable development is gaining popularity and hydroelectric projects designed and operated on this concept require sediment management as prime design criteria. Drawdown flushing is being practised in such projects for sediment management. Investigations using hydraulic models are required for the projects to address the site-specific design concerns. In the present study, simulations conducted using hydraulic model for sediment removal by drawdown flushing of the reservoir of Punatsangchhu hydroelectric project, Bhutan, is presented. The experiments on 1:100 geometrically similar scale model indicated that flushing is effective in maintaining the power intake area clear of sediment deposition. Deposition from the upstream reaches could not be flushed hydraulically. Furthermore, based on wide range of experimental data from hydraulic model studies, empirical equations have been developed for predicting the quantity of sediment that can be flushed from the reservoirs. The present equations have been developed including more parameters than those used in equations already available in literature. Two equations have been developed for different riverbed slope ranges with steep slope (0.005–0.04) and moderate slope (0.001–0.005). The equations developed were validated against different sets of data and it indicated that the predictions could be made within reasonable accuracy. These equations can be effectively used for hydraulic design of sediment removal from run-of-the-river hydropower reservoirs.

1 Introduction

The storage capacity of reservoirs all over the world is reducing at the rate of 1–2% (>2% in China) per year due to sediment deposition. Studies indicate that 80% of the useful storage capacity of hydropower reservoirs will be lost by the year 2035 (Morris and Fan 1997, White 2000, Basson 2008, Schleiss et al. 2014). Since suitable dam sites for new reservoir projects are limited and/or non-existent, sustainable development of water resources projects by adopting sediment management techniques is required (Schleiss et al. 2014, Isaac and Eldho 2016). Sediment management techniques can be grouped into three categories; viz., catchment management, prevention of deposition in reservoirs and removal of already deposited sediment. Catchment management is to prevent entry of sediment into the reservoir. Sediment deposition can be prevented by bypassing sediment, density current venting and sediment sluicing. The sediment removal techniques include; drawdown flushing, dredging, dry excavation, etc. (Yoon 1992, Lai and Shen 1996, Morris and Fan 1997, Shen 1999, Brandt 2000, White 2000, Yang 2003, Annandale 2011, Schleiss et al. 2014).

6 Conclusions

In the present study, hydraulic model simulations were carried out for flushing of sediment from the reservoir of Punatsangchhu hydroelectric project in Bhutan. The 1D numerical model simulations carried out to predict the long term deposition pattern in the reservoir indicated that the sedimentation level at dam site reaches the spillway crest level in about 33 years of reservoir operation. It was also indicated that due to the typical river bed slope pattern existing along the reservoir reach, sediment deposition levels are high in the middle and upper reaches and the delta front advances to about 1.5 km from the dam axis. The experiments for hydraulic flushing was conducted on a 1:100 geometrically similar scale model of 10 km reach of reservoir with the sedimentation profile computed by 1D numerical model as initial condition. The experiments indicated that flushing is effective in maintaining the power intake area clear of sediment deposition. If flushing is carried out every year with discharges more than 800 m3 /s for 12 h, the annual sediment deposition can be flushed out. However, due to the typical flatter bed slopes in the upstream reaches, sediment deposition from the upstream reaches could not be flushed hydraulically. Alternative methods may be required to remove the deposition from the upstream reaches.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

حذف رسوب از مخازن انرژی آبی جریان رودخانه ای توسط تخلیه هیدرولیک

Sediment removal from run-of-the-river hydropower reservoirs by hydraulic flushing

تأثیر شرایط جریان ناپایدار بر روی ویژگی های فرسایش در سازه های هیدرولیکی کم ارتفاع

Effect of unsteady flow conditions on scour features at low-head hydraulic structures

چکیده

1. مقدمه

2. وسایل تجربی

3. نتایج و بحث

3.1 هیدرولیک سازه های کم ارتفاع

3.2 تکامل عمق فرسایش

3.3 مثال کاربردی

4. نتیجه گیری

چکیده

مطالعه جریان پایین دست مکانیزم فرسایش سازه های کنترل کم ارتفاع، یکی از موضوعات اساسی برای مهندسان هیدرولیک است. عموماً تحلیل فرآیند فرسایش تحت شرایط جریان ماندگار انجام میشود و فرض میشود که دبی حداکثر برای زمان کافی رخ میدهد تا به شکل بندی فرسایش متعادل برسیم. با اینحال در رودخانه ها فرآیند فرسایش معمولاً در تطابق با وقوع سیل رخ میدهد، که این با دبی متغیر زمانی توصیف میشود. شرایط آخر هنوز به اندازه کافی از لحاظ تأثیرات آن بر روی نوع بستر مطالعه و تحلیل نشده است. محققان عمدتاً بر حداکثر عمق فرسایش تمرکز میکنند و فرض میکنند که این در تطابق با دبی اوج (آبگذری اوج) رخ میدهد اما آنها بندرت تکامل فرآیند فرسایش در شرایط جریان غیرماندگار را بررسی میکنند. هدف مقاله حاضر این است که تکامل نوع فرسایش را در شرایط جریان غیرماندگار تحلیل کند و آنرا با تکامل نوع فرسایش در شرایط جریان ماندگار مقایسه نماید. ما خصوصاً سه نوع سازه ای را آزمایش میکنیم: یک سرریز تور سنگی پله ای با لایه فیلترکننده غیر قابل نفوذ بالا دست، یک آستانه سنگی مستقیم، و یک آستانه سنگی منحنی شکل. نتایج نشان داد که پدیده فرسایش شدیداً به شرایط جریان ورودی وابسته است. همچنین مشخص شد که نوع تعادل حوضچه آرامش پایین دست، ضرورتاً در شرایط جریان ماندگار و غیرماندگار یکسان خواهد بود اگر مدت زمان رویداد غیرماندگار به اندازه کافی طولانی باشد.

1. مقدمه

مکانیزم فرسایش که در پایین دست سازه های کنترل کم ارتفاع رخ میدهد موضوع مهمی است که در دهه های اخیر بصورت گسترده مورد تحلیل قرار گرفته است. این تحلیل عمدتاً بر هیدرولیک و خصوصیات فرسایش در حوضچه آرامش متمرکز است. اثبات شده است که سازه های کم ارتفاع در کنترل انتقال رسوب مؤثر هستند و در عین حال قادر هستند که کاهش تأثیر بر روی اکوسیستم را تضمین کنند. بنابراین بسیاری از سازه های سنتی مجدداً به کارهای بی ضررتر برای محیط زیست (مانند رامپ های بتنی، سازه های کنترل سنگی درجه ای، سرریزهای تور سنگی پله ای، تیغه های متقاطع و غیره) تبدیل شده اند.

4. نتیجه گیری

ما در مقاله حاضر تأثیر موجود بر روی عمق فرسایش حداکثر شرایط جریان ورودی را تحلیل کرده ایم. در واقع این تحلیل هم در حضور سرریزهای تور سنگی پله ای و هم در حضور آستانه های سنگی انجام شده است. ما آزمایشات مرجع در شرایط جریان ماندگار را انجام دادیم تا مقادیر مرجع عمق فرسایش حداکثر را بدست آوریم که در حوضچه آرامش پایین دست رخ میدهد. همان آزمایشات را در شرایط جریان غیرماندگار تکرار کردیم. هیدروگراف اتخاذ شده برای شبیه سازی شرایط جریان غیرماندگار توسط یک فاز دبی توصیف شد که مدت زمان آن دو برابر مدت زمان فاز دبی افزایشی بود. 

Abstract

The study of scour mechanism downstream of low-head control structures is a fundamental topic for hydraulic engineers. Generally, the analysis of the scour process is conducted under steady flow conditions, assuming that the maximum discharge is occurring for sufficient time to reach the equilibrium scour configuration. Nevertheless, in rivers the scour process generally occurs in correspondence with a flood event, which is characterized by discharge varying with time. This last condition is still less studied and analyzed in terms of effects on bed morphology. Researchers mainly focused on the maximum scour depth assuming that it occurs in correspondence with the peak discharge, but they rarely took into account the evolution of the scour process under unsteady flow conditions. The aim of the present paper is to analyze the evolution of scour morphology under unsteady flow conditions, and compare it with that obtained under steady flow conditions. In particular, three structure typologies were tested: a stepped gabion weir with upstream impermeable filtering layer, a straight rock sill, and a curved rock sill. The results showed that the scour phenomenon deeply depended on inflow conditions. Nevertheless, it was also shown that the equilibrium morphology of the downstream stilling basin is essentially the same under both unsteady and steady flow conditions if the duration of the unsteady event is enough long.

1. Introduction

The scour mechanism occurring downstream of low-head control structures is an important topic that has been widely analyzed in recent decades. In particular, the analysis mainly focused on the hydraulics and the scour characteristics in the stilling basin. Lowhead structures have been found effective in controlling sediment transport and, at the same time, they are able to guarantee a reduced impact on the ecosystem. Therefore, many traditional structures have been re-converted into more eco-friendly anthropic works, such as block ramps, rock grade control structures, stepped gabion weirs, cross-vane, W-weirs, etc.

4. Conclusion

This paper analyzed the effect on maximum scour depth of the inflow conditions. Namely, the analysis was conducted in the presence of both stepped gabion weirs and rock sills. References tests, under steady flow conditions, were conducted in order to obtain the reference values of the maximum scour depth occurring in the downstream stilling basin. The same tests were repeated under unsteady flow conditions. The hydrograph adopted to simulate the unsteady flow conditions was characterized by a decreasing discharge phase whose duration is double of the increasing discharge phase.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

تأثیر شرایط جریان ناپایدار بر روی ویژگی های فرسایش در سازه های هیدرولیکی کم ارتفاع

Effect of unsteady flow conditions on scour features at low-head hydraulic structures

رفتار پانچ دال های RC تقویت و اصلاح شده با پلیمر تقویت شده با فیبر کربنی

Punching behavior of strengthened and repaired RC slabs with CFRP

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

رفتار پانچ دال های RC تقویت و اصلاح شده با پلیمر تقویت شده با فیبر کربنی

Punching behavior of strengthened and repaired RC slabs with CFRP

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

آزمایش نمونه اولیه برای حذف جزئی و نفوذ مجدد سکوی دلفین مهاربند با فونداسیون های (پی) سه باکتی

Prototype testing for the partial removal and re-penetration of the mooring dolphin platform with multi-bucket foundations

چکیده
1- مقدمه
2- ویژگیهای محل و روشهای آزمایش
3- نتایج آزمایش
1- 3 روشهای محاسبه اصطکاک سطحی
2- 3 تجزیه و تحلیل اصطکاک سطحی
3- 3 پردازش حذف و جداسازی
4- 3 پردازش نصب مجدد و تنظیم مجدد
4- نتایج

چکیده

آزمایشات حذف و جداشدگی جزئی، تنظیم و نفوذ مجدد برروی پلتفرم دلفین مهاربند با فونداسیون های (پی) سه باکتی پس از هفت سال کار اجرا گردید. زمانی که فشار تفاضلی داخلی و خارجی به درون فونداسیون های باکتی نفوذ کرد، مقاومت برشی خاک اطراف پوشش (حفاظ) باکت با خاک سالم و یکپارچه پس از نصب تفاوت داشت. به خاطر اثر تنظیم ، مقاومت برشی جانبی در امتداد پوشش افزایش می یابد. در زمان عملیات های نصب مجدد و حذف (جداشدگی) ، ضریب مقاومت برشی یک عامل متغیربرحسب زمان مهم برای تعیین اصطکاک سطحی یا پوسته ای فونداسیون به شمار می رود. ضرایب مقاومت برشی بدست آمده با ثبت نمونه اولیه و روشهای نظری در خاکهای چسبنده باروشهای تنش کل تا تنش موثر مقایسه شده اند. به علاوه، آزمایشات نمونه اولیه نشان می دهد که فونداسیون ها می توانند در برابر نیروهای حذف و جداشدگی که به خاطر اثر تنظیم پس از زمان کاری طولانی، بسیار بزرگتر از نیروهای نفوذ هستند، مقاومت کنند. نتایج بدست آمده افزایش 85 درصدی مقاومت خاک پس از هفت سال برای فونداسیون های سه باکتی با قطر 6 متر و عمق نفوذ 5. 8 متر را نشان می دهد. ضمناً، روش ساخت و بهره برداری از فونداسیون های سه باکتی و تجزیه و تحلیل نیروهای استخراج برای حذف و جداشدگی جزئی نیز مشخص شده است. نتایج آزمایش از حذف و جداشدگی موفقیت آمیز با فشار زیاد بدون گسیختگی پلاگ خاک درون باکت ها با کنترل تخلیه پمپ در داخل باکت ها و استفاده مجدد از سازه با فونداسیون های چند باکتی پس از هفت سال کاراولیه، حمایت می کند.

1- مقدمه

فونداسیون های باکتی، نوعی فونداسیون اثربخش در هزینه و امیدوارکننده برای مهندسی اقیانوس می باشند [6-1]. در میان هزینه های پژوهش و بررسی های زمین شناسی، مواد، ساخت و نصب، مهمترین صرفه جویی ها دربخش نصب بوده است که دلیل این امر تکنولوژی خودنصب شده می باشد. به تجهیزات پیچیده ای برای نصب و جرثقیل های بارج(شناورهای دریایی) بزرگ گران قیمت نیاز نمی باشد. زمان نصب، که معمولاً 24 ساعت است، در مقایسه با چندین روز که برای نصب فونداسیون پلتفرم معمولی مورد نیاز می باشد، به میزان زیادی کوتاه شده است. اولاً، فونداسیون باکتی تحت بار مرده اش به صورت جزئی به درون خاکها نفوذ می کند. سپس، فشار تفاضلی قسمت بالای فونداسیون، بین فشار هیدرواستاتیکی آب بیرون باکت و فشار کاهش یافته آب درون باکت، که با پمپاژ آب گیرافتاده در داخل محفظه باکت از بالای باکت به علاوه وزن ایجاد شده است، می توانند موجبات نفوذ بیشتر فونداسیون به عمق مطلوب را فراهم آورند. فونداسیون های باکتی از ظرفیت باربری قابل توجه، صحت تعیین موقعیت و تحرک پذیری بالایی برخوردارند، که از آنها به عنوان راه حل های موثری برای لنگرانداختن در آبهای عمیق و همچنین به عنوان فونداسیون های سازه های جکت، دکل های جک آپ، سازه مهاربند، و توربین های بادی دریایی استفاده شده است [12-7]. ضمناً، از سازه های جابجاشونده با فونداسیون های باکتی می توان در محل های مختلف مجدداً استفاده نمود و حذف و جداشدگی سازه پس از بهره برداری، محلی تمیز فراهم می نماید که با نگرانیهایی سازگار با محیط زیست مطابقت دارد.

4- نتایج

آزمایش نمونه اولیه پلتفرم دلفین مهاربند با فونداسیون های سه باکتی برای حذف جزئی و نفوذ مجدد، شرح داده شده است. با کنترل تخلیه پمپ به داخل/ بیرون فونداسیون های باکتی، حذف، تنظیم و نفوذ صورت گرفت. آزمایش انجام شده راجع به قابلیت حذف MDP2 با فونداسیون های باکتی پس از هفت سال کار از سال 1999 تا 2006 توضیح داده و به توسعه روشهای طراحی برای سازه های دریایی نگه داشته شده با فونداسیون های باکتی کمک می نماید. به علاوه، یکی از نکات حیاتی آن است که مقاومت برشی خاک بازسازی شده مجدداً تحکیم شده باید در محاسبه عملی با زمان تنظیم مد نظر قرار گیرد. متعاقباً، فونداسیون ها می توانند در برابر نیروهای حذف بزرگتر از نیروهای نفوذ، مقاومت نمایند. نتایج بدست آمده در این مقاله افزایش 85 درصدی مقاومت پس از هفت سال برای فونداسیون های سه باکتی، با قطر باکت 6 متر و عمق نفوذ 5. 8 متر را نشان می دهد. بنابراین، محاسبه نظری اصطکاک سطحی برای فونداسیون های باکتی سخت و دشوار بوده و شامل یک سری پارامترهای متغیر نظیر ویژگیهای خاک (به ویژه پلاستیسیته)، اثرات تنظیم، و وسایل نفوذ (با فشار کاهشی یا خود وزنی) می باشد. مطالعات آتی پیرامون مقاومت برشی رس بازسازی شده و مجدداً تحکیم شده اطراف پوشش های باکت، توصیه هایی در رابطه با تعیین مقاومت استخراج در طرح های عملی مطرح نموده و روی آنها کار خواهند کرد، و به خاطر اتلاف فشار منفذی اضافی، افزایش تنش های موثر افقی و اثر تیکسوتروپی، ضریب اصطکاک فصل مشترک درونی و بیرونی، با گذشت زمان افزایش می یابد.

Abstract

The partial removal, adjusting, and re-penetrating tests were carried out on a mooring dolphin platform with three-bucket foundations after a seven-year service. When the bucket foundations were penetrated by internal and external pressure differential, the soil shear strength around the bucket skirt was different from that of the intact soil after installation. The side shear strength along the skirt may be increased with time due to the set-up effect. The shear strength factor α is an important time-varying factor to determine the skin friction of the foundation during installation and removal operations. The shear strength factors obtained by prototype records and theoretical methods in cohesive soils are compared, from total stress to effective stress methods. In addition, the prototype tests show that the foundations will be able to resist removal forces that are significantly larger than penetration forces due to the set-up effect after a long working time. The results show an 85% increase in the soil resistance after seven years for the three-bucket foundations with diameters of 6 m and penetration depths of 8.5 m. Meanwhile, the construction procedure and operation of the three-bucket foundations and the analysis of the extraction forces are also given for the partial removal. The test results support the successful removal by a reasonable overpressure without soil plug failure inside the buckets by controlling the pump discharge inside the buckets and reutilizing the structure with multi-bucket foundations after an initial service period of seven years.

1- Introduction

Bucket foundations are a promising cost-effective type of foundation for ocean engineering [1–6]. Among the costs of geotechnical investigation, material, fabrication and installation, the most significant savings are from installation due to self-installed technology. No complex installation equipment and expensive large crane barges are required. The installation time, which is normally within 24 h, is greatly shortened compared with the several days required for a conventional platform foundation. First, the bucket foundation partially penetrates the soils under its dead weight. Then, the differential pressure across the top of the foundation, between the hydrostatic water pressure outside of the bucket and the reduced water pressure inside the bucket, created by pumping out the water trapped inside the bucket chamber from the top of the bucket, in addition to the weight, can trigger further penetration of the foundation to the desired depth. Bucket foundations also have significant bearing capacity, high positioning accuracy, and mobility, which have been successfully applied as effective solutions for anchoring in deep water and have also been applied as the foundations of jacket structures, jack-up rigs, mooring structure and offshore wind turbines [7–12]. Meanwhile, relocatable structures with bucket foundations can be reused at different sites, and the removal of the structure also provides a clean site after exploitation which accommodates environment-friendly concerns.

4- Conclusions

Prototype testing of a mooring dolphin platform with three-bucket foundations for partial removal and re-penetration is described. Removal, adjustment and penetration were achieved by controlling the pump discharge into/out of the bucket foundations. The test demonstrates the removability of MDP2 with bucket foundations after seven service years from 1999 to 2006 and contributes to the development of design procedures for offshore structures supported by bucket foundations. In addition, it is of vital importance that the shear strengths for reconsolidated remolded soil should be considered in the practical calculation with the set-up time. Consequently, the foundations would be able to resist removal forces significantly larger than the penetration forces. The results in this paper show an increase of 85% in resistance after seven years for the three-bucket foundations, with a bucket diameter 6 m and penetration depth of 8.5 m. Therefore, the theoretical calculation of skin friction for bucket foundations is a difficult task, involving a series of variable parameters such as soil characteristics (especially plasticity), set-up effects, and penetration means (by underpressure or by self-weight), etc. Recommendations for the determination of extraction resistance in practical designs would be worked out via further studies on the shear strength of reconsolidated remolded clay around bucket skirts, and the inner and outer interface friction factor increasing with time due to the dissipation of excess pore pressure, increase of horizontal effective stresses and the thixotropy effect.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

آزمایش نمونه اولیه برای حذف جزئی و نفوذ مجدد سکوی دلفین مهاربند با فونداسیون های (پی) سه باکتی

Prototype testing for the partial removal and re-penetration of the mooring dolphin platform with multi-bucket foundations

متا مدل ها برای برآورد آسیب خستگی زیر ساخت های جکت توربین های بادی فراساحلی

Meta-models for fatigue damage estimation of offshore wind turbines jacket substructures

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

 کنفرانس بین المللی دینامیک ساختاری 

International Conference on Structural Dynamics

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

متا مدل ها برای برآورد آسیب خستگی زیر ساخت های جکت توربین های بادی فراساحلی

Meta-models for fatigue damage estimation of offshore wind turbines jacket substructures

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

پاسخ ناشی از موج بستر دریا در اطراف یک پلت فرم دریایی پایه شمعی

Wave-induced seabed response around an offshore pile foundation platform

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

پاسخ ناشی از موج بستر دریا در اطراف یک پلت فرم دریایی پایه شمعی

Wave-induced seabed response around an offshore pile foundation platform

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

مطالعات آزمایشگاهی شکست هیدرولیکی ناشی از تزریق تناوبی

Laboratory studies of hydraulic fracturing by cyclic injection

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بررسی آزمایشگاهی شکستگی هیدرولیکی توسط تزریق چرخه ای

Laboratory studies of hydraulic fracturing by cyclic injection

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

پایداری سطوح شیبدار بلوکی بدون ساختار

Stability of Unstructured Block Ramps

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

پایداری سطوح شیبدار بلوکی بدون ساختار

Stability of Unstructured Block Ramps

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

جذب سطحی بتن خودمتراکم حاوی خاکستر بادی و فوم سیلیکا

Sorptivity of self-compacting concrete containing fly ash and silica fume

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

جذب سطحی بتن خودمتراکم حاوی خاکستر بادی و فوم سیلیکا

Sorptivity of self-compacting concrete containing fly ash and silica fume

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.