การพัฒนาสมการความสูงคลื่นซัดบนโครงสร้างพื้นเอียงผิวไม่เรียบ

Abstract

โครงการวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อการศึกษาพฤติกรรมของคลื่นซัดบนโครงสร้างพื้นเอียงผิวไม่เรียบ และสร้างสมการเชิงประสบการณ์ในการทำนายความสูงคลื่นซัดดังกล่าว โครงสร้างพื้นเอียงแบบผิวไม่เรียบที่สนใจในการศึกษานี้มีอยู่ด้วยกัน 3 ชนิด ได้แก่ แบบหินเรียง แบบขั้นบันได และแบบถุงทราย ข้อมูลแบบขั้นบันไดและแบบถุงทราย เป็นข้อมูลที่มีอยู่แล้วโดยโครงงานวิจัยที่ผ่านมา สำหรับกรณีโครงสร้างแบบหินเรียง มีการทำการทดลองเพิ่มเติมในการศึกษานี้ การทดลองความสูงคลื่นซัดบนโครงสร้างพื้นเอียงแบบหินเรียงถูกดำเนินการในรางจำลองคลื่น ความยาว 16 เมตร ความกว้าง 0.6 เมตร และความลึก 0.8 เมตร คลื่นที่ใช้ในการทดลองถูกสร้างขึ้นด้วยเครื่องกำเนิดคลื่นแบบสม่ำเสมอ มีช่วงความชันของคลื่น ระหว่าง 0.01 ถึง 0.15 ทำการทดสอบที่มุมลาดเอียง 15.0, 17.5, 20 .0, 22.5 และ 25.0 องศา หินเรียงทำมาจากหินก่อสร้าง ซึ่งมีขนาดประมาณ 20, 30, 40 และ 50 มิลลิเมตร ผลการศึกษา พบว่า ความสูงคลื่นซัดสัมพัทธ์มีความสัมพันธ์กับความลาดชันของโครงสร้าง ความชันของคลื่น และความสูงขรุขระสัมพัทธ์ ชัดเจนมาก ความสูงคลื่นซัดจะมีค่าลดลง เมื่อความลาดชันของโครงสร้างลดลง หรือความชันของคลื่นเพิ่มขึ้น สำหรับอิทธิพลของความสูงขรุขระสัมพัทธ์นั้น ความสูงขรุขระสัมพัทธ์ที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ความเสียดทานของผิวโครงสร้างเพิ่มขึ้น คลื่นถูกสลายพลังงานได้มากขึ้น และความสูงคลื่นซัดจึงลดลงตาม ปรากฎการณ์นี้เกิดขึ้นทั้งกรณีของพื้นเอียงแบบถุงทรายและแบบขั้นบันได แต่สำหรับกรณีของหินเรียง เนื่องจากการศึกษานี้ได้มีการเรียงหินให้มีลักษณะเรียบ ขนาดตัวแทนของวัสดุผิวจึงไม่สะท้อนความสูงขรุขระโดยตรง ในทางกลับกันวัสดุที่มีชนาดตัวแทนใหญ่กว่า เมื่อเรียงกันแล้วจะมีความพรุนน้อยกว่ากรณีของวัสดุที่มีขนาดตัวแทนเล็กกว่า ความพรุนที่น้อยกว่าทำให้การสลายพลังงานเกิดขึ้นน้อย และผลที่ตามมาคือความสูงคลื่นซัดมีค่าสูงกว่ากรณีของวัสดุที่มีขนาดตัวแทนเล็กกว่า การศึกษาได้นำเสนอสมการเชิงประสบการณ์ที่มีพจน์ของความลาดชันของโครงสร้าง ความชันของคลื่น และเพิ่มพจน์ของความสูงขรุขระสัมพัทธ์เข้าไปในสมการ โดยพิจารณารูปแบบของสมการจำนวน 4 รูปแบบ พบว่า สมการแบบเลขยกกำลังของตัวแปรแต่ละตัว ให้ความแม่นยำมากที่สุด สมการรูปแบบนี้เป็นรูปแบบที่ใช้มากในงานชลศาสตร์ทั่วไป จึงเป็นที่คุ้นเคย เรียบง่าย และมีความแม่นยำที่สุด แต่อย่างไรก็ตาม สมการมีข้อจำกัด คือ ไม่สามารถใช้ร่วมกับกรณีของพื้นเรียบได้ ในกรณีของพื้นเรียบจำเป็นต้องใช้สมการรูปแบบเดิมที่มีอยู่ การศึกษานี้ยังได้สรุปค่าแนะนำของพารามิเตอร์เชิงประสบการณ์สำหรับทั้งโครงสร้างพื้นเอียงทั้งสามแบบด้วย