ارائه مفهوم "تخلخل متغیر" برای افزایش دقت تحلیل جریان های غیرخطی غیرماندگار در سازه های توده سنگی دریایی

نویسندگان
چکیده
چکیده- امروزه به سازه های توده سنگی به علت سادگی ساخت در محیط های دریایی و هزینه ی نسبتاً کم، بین سازه های ساحلی
بیش از سایرین توجه شده است. طراحی صحیح این سازه های حجیم و سنگین مستلزم درک جریان های غیرخطی غیرماندگار در
محیط های نسبتاً درشت دانه است. از طرفی یکی از مهم ترین نکات مبهم در مطالعه ی هیدرولیک تغییرات فشار حفره ای در
محیط های متخلخل، مسئله ی چگونگی براورد دقیق مقدار تخلخل است. برای درک مطلب با توجه به تحقیقات محدودی که در
سال های اخیر پیرامون این موضوع انجام شده، جریان غیرخطی غیرماندگار در محیط های توده سنگی نسبتاً درشت دانه طی پژوهشی
جامع در دانشگاه صنعتی امیرکبیر بررسی شده است. این مقاله ، پس از مرور یافته های پژوهش یاد شده، نشان می دهد که روابط
ریاضی معمول استفاده شده برای تحلیل غیرخطی جریان قادر به تخمین دقیق شیب هیدرولیکی جریان در توده های سنگ ریز نیست .
با قبول تخلخل به عنوان مهم ترین پارامتر مؤثر بر این مدل های ریاضی، در یک نتیجه گیری کلی تخلخل به صورت تابعی از رژیم
جریان بیان شده است. به طوری که بر خلاف نظریه ی غالب که تخلخل را یک پارامتر کاملاً ژئوتکنیکی معرفی می کند، مقدار این
پارامتر در نتیجه ی تغییرات حجم موثر حفرات و ضریب شکل مؤثر در هر رژیم جریان متفاوت خواهد بود . سرانجام مطالعات
عددی که برای تأیید یافته ها انجام شده نشان می دهد نتایج نامعتبری که از روابط ریاضی غیرخطی حاکم بر جریان های غیرماندگار
به دست آمده، ممکن است ناشی از تخمین نادرست مقدار تخلخل باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Concept of “Variable Porosity” In Nonlinear Analysis of Unsteady Flow within Marine Rubble Mound Structures

نویسندگان English

H. O. Bayat
S. Nezafatkhah
چکیده English

byatt@aut.ac.ir
Abstract:
Nowadays, several investigators pay attention to the rubble mounds among coastal structures due to their
economic superiority over other types of in-shore structures and ease of construction in the marine environment.
However, in order to guarantee a reliable design for such heavy structures, it is certainly necessary to have a
sound understanding of the hydraulic nature of the unsteady- nonlinear flow's parameters controlling the rubble
mounds response to the wave loadings. One of the basic uncertainties in determining hydraulic pressure gradient
variations is known to be porosity of the media that should be estimated reliably.
To cast light on the aforementioned issue, in the absence of up-to-date research works in the literature, a
comprehensive investigation has been carried out in the Civil Engineering Department, Amirkabir University of
Technology (Tehran, Iran). This paper reviews part of our research findings and points out that the conventional
mathematical models for non-linear analysis of unsteady flow through coarse porous media are unable in
precisely predicting the hydraulic gradient of flow within rubble mounds. The purpose of this paper is four folds:
a. To study the state-of-the-art of mathematical modeling of the flow in coarse porous media:
- Firstly, Carman-Kozeny mathematical model is investigated in the steady transient flow;
- Secondly, the Forschheimer equation is investigated, where the second term shows the effect of turbulence
(still) in steady flow;
- Thirdly, a sound literature review is carried out to show the investigators’ view point on the third term that
should be added to the Forschheimer equation to represent the impact of unsteadiness in unsteady non-transient
flow in coarse porous media.
b. To show the determining role of porosity in calculating the value of hydraulic pressure gradient:
- After studying the distribution of errors amongst the parameters of the currently used mathematical models, it
is shown that, to a large extent, an error in the value of hydraulic pressure gradient stems from the error in
porosity.
c. To show that mathematical models fail to determine correct values of Forschheimer coefficients:
- The calculated values of Forschheimer coefficients are compared with the experimental results.
- Discrepancies between the two values are shown on diagrams.
d. To introduce the novel concept of effective porosity:
- Effective porosity is introduced as the available space for the flow;
- - In that sense, porosity should be determined not only based on geotechnical parameters but also it has to be
regarded as a function of flow regime.
It is also shown that contrary to the dominant opinion, which introduces porosity as a geotechnical property, it
may be affected by flow regime through variations in the effective pore volume and effective shape factor. In a
numerical justification of findings, it is shown that unsatisfactory results, obtained from non-linear mathematical
models of unsteady flow, may be due to unreliable porosity estimates.

کلیدواژه‌ها English

Rubble mound
Unsteady non-linear flow
Porosity estimation