Hücresel dolgu sistemi ile güçlendirilmiş genişleyen enerji kırıcı havuz mansabında meydana gelen oyulmanın deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of scour in downstream of expanding stilling basin reinforced by cellular confinement system
Yazar: ENES GÜL
Danışman: DOÇ. DR. ÖMERUL FARUK DURSUN ; PROF. DR. MUHAMMET EMİN EMİROĞLU
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Enerji kırıcı yapılar yüksek hızlara sahip olan taşkın suyunu güvenli bir şekilde baraj mansabına iletmeyi sağlarlar. Literatürde bugüne kadar bir çok enerji kırıcı yapı tipi incelenmiştir. Bu tez kapsamında ani genişleyen enerji kırıcı havuzlar (EKH) incelenmiştir. Ani genişleyen EKH'lerin mansabında meydana gelen yerel oyulmalar, maksimum denge oyulma derinliği, denge oyulma hacimi, denge oyulma uzunluğu gibi parametreler ile incelenmiştir. Yerel oyulmaların önlenmesi konusunda yapılan çalışmaların sayısı son yıllarda artmıştır. Literatürde daha çok köprü ayakları etrafında meydana gelen yerel oyulmaların önlenmesi çalışmaları mevcuttur. Bu tez kapsamında ani genişleyen EKH mansabında meydana gelen yerel oyulma incelenmiş ve hücresel dolgu sistemi (HDS) kullanımı araştırılmıştır. HDS'ler özellikle zemin iyileştirme çalışmalarında yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Hidrolik yapıların iyileştirilmesi konusunda kullanımı ise giderek yaygınlaşmaktadır. Bu tez çalışmasında kare geometriye sahip HDS'lerin dört farklı yüzey genişliğinin (εxy=0, 100, 200, ve 400 mm) ve beş farklı HDS derinliğinin (εz=0, 25, 50, 100 ve 150 mm) ani genişleyen EKH mansabında meydana gelen yerel oyulmaya etkileri incelenmiştir. Deneyler için ortalama medyan dane çapı d50=2.36 mm ve d50=4.05 mm olan iki farklı granüler malzeme, dört farklı birim debi (q=0.067, 0.083, 0.1, 0.117 ve 0.133 m2/s) ve iki farklı eşik yüksekliği (s=50 mm ve 75 mm) kullanılmıştır. Tüm oyulma çukuru geometrileri 3 boyutlu olarak RGB-D kamera yardımıyla HDS kullanılan ve kullanılmayan durumların her ikisi için de elde edilmiştir. Sonuç olarak, HDS kullanılan ve kullanılmayan her iki durum için de eşik yüksekliği arttıkça enerji sönümlenme miktarının arttığı gözlemlenmiştir. HDS kullanılması durumunda, maksimum denge oyulma derinliği ve hacmi daha küçük elde edilmiştir. HDS yüzey genişliği arttıkça maksimum denge oyulma derinliği ve denge oyulma hacimi artmıştır. En iyi çözüm, en küçük yüzey genişliğine sahip εxy=100 mm HDS için elde edilmiştir. HDS'lerin denge oyulma derinliğini (Zmax,e) ve denge oyulma hacmini (ϕ) büyük oranda azaltabileceği belirlenmiştir.

Abstract:
Energy dissipation structures allow high velocity flood water to be safely transmitted downstream of the dam. Many types of energy dissipation structures have been examined in the literature. In the scope of this thesis, stilling basin (SB) that expand suddenly have been investigated. Local scourings occurring in the downstream of the suddenly expanding SBs have been analyzed with parameters such as maximum equilibrium scour depth, equilibrium scour volume, equilibrium scour length. The number of efforts to prevent local scour has increased in recent years. In the literature, there are studies to prevent local scour that occur around the bridge piers and abutments. Within the scope of this thesis, the use of cellular confinement system (CCS) was investigated in order to prevent local scour in the suddenly expanding SB downstream. CCSs are widely used especially in ground improvement works. Its use in the improvement of hydraulic structures is getting more and more widespread. In this thesis study, the effects of four different surface widths (εxy=0, 100, 200, and 400 mm) and five different HDS depths (εz=0, 25, 50, 100 and 150 mm) of square geometry CCSs on local scouring downstream of the suddenly expanding SB. It has been examined with, two different granular materials with mean median grain diameter d50= 2.36 mm and d50= 4.05 mm for the experiments, four different unit flow rates (q= 0.067, 0.083, 0.1, 0.117 and 0.133 m2/s) and two different threshold heights (s=50 mm and 75 mm) were used. All scour hole geometries were obtained with an RGB-D camera in order to examine them in 3D for both CCS used and unused situations. As a result, the amount of energy absorption increased as the sill height increased for both cases with and without CCS. Maximum equilibrium scour depth and volume were achieved smaller. As the CCS surface width increased, the maximum equilibrium scour depth and equilibrium scour volume increased. The best solution is obtained for the smallest surface width εxy= 100 mm. It has been determined that CCS can greatly reduce the equilibrium scour depth (Zmax,e) and equilibrium scour volume (ϕ).