آزمایش دانهول

در حال حاضر، استفاده از روش‌های ژئوفیزیکی به عنوان روش‌هایی موفق برای مشخص کردن پارامترهای ژئوتکنیکی و ویژگی‌های لایه‌های زیرسطحی خاک بسیار مرسوم است، زیرا این روش‌ها کم هزینه بوده و در مدت زمان کوتاهی قابل انجام هستند؛ علاوه بر این داده‌های حاصل از آن‌ها غالبا کیفی هستند.

آنچه اساس روش‌های لرزه‌ای در ژئوفیزیک می‌باشد، انتشار امواج مکانیکی در محیطی الاستیک است. در اجرای پروژه‌های عمرانی که قرار است سازه‌ای را بر روی ناحیه مشخصی بسازند، اطلاع از مدول‌های الاستیک دینامیکی مواد سازنده خاک آن ناحیه، بسیار اهمیت دارد.

لذا از آزمایش‌های مانند آزمایش دانهول برای تست لرزه‌نگاری استفاده می‌شود. در ادامه این مقاله از آرمیکو، درباره این روش و کاربردها و نحوه اجرای آن شرح خواهیم داد.

دانهول چیست؟

آزمایش لرزه‌نگاری دانهول (Downhole Seismic Test)، یکی از پرکاربردترین تست‌های ژئوفیزیکی است. این آزمایش که با هزینه‌ای کم و در زمانی کوتاه قابل اجراست، اطلاعات کیفی مفیدی درباره خاک منطقه در اختیار مهندسین قرار می‌دهد. آزمایش دانهول به علت داشتن مزایای زیاد، یکی از پرکاربردترین متدهای اندازه‌گیری سرعت امواج الاستیک می‌باشد.

لذا در پروژه‌های ساخت و سازی که باید یک سازه را بر روی ناحیه مشخصی اجرا کنند، برای اطلاع از مدول‌های الاستیک دینامیکی مواد تشکیل‌ دهنده آن بخش از خاک، از این تست استفاده می‌کنند؛ زیرا طراحی سازه مورد نظر بر اساس داده‌های بدست آمده از این آزمایش، صورت می‌گیرد.

لازم به ذکر است که یکی از را‌ه‌‌های محاسبه‌ این کمیت‌‌ها این است که سرعت امواج طولی یا عرضی را در اختیار داشته باشیم. اساس کار در آزمایش دانهول، اندازه‌گیری زمان عبور یک موج از سطح زمین تا عمق‌های مختلف است و برای انجام آن، از لرزه‌سنج استفاده می‌شود.

این لرزه‌سنج به طور معمول از سه حسگر عمود بر هم تشکیل شده و توسط یک کابل در اعماق مختلف زمین قرار می‌گیرد و امواج لرزه‌ای حاصل از چشمه لرزه‌ای بوسیله این لرزه‌سنج ثبت می‌شود. اجرای تست دانهول برای انواع خاک و سنگ ممکن است.

کاربرد تست دانهول

در آزمایش دانهول، داده‌های حاصل از عبور امواج از اعماق مختلف، بوسیله دستگاه لرزه‌نگار ثبت می‌شود. با کمک این اطلاعات می‌توان سرعت موج برشی را تعیین کرد و آن را بدست آورد و از سرعت موج برشی نیز می‌توان به تیپ‌بندی خاک پی برد و در حالت کلی ممکن است این موارد بدست آید:

• چنانچه میانگین سرعت موج برشی از 175 متر بر ثانیه کمتر باشد، خاک تیپ 4 را دارد.
• در صورتی که سرعت موج بین 175 تا 375 متر بر ثانیه باشد، تیپ خاک 3 است.
• اگر سرعت موج بین 375 تا 750 متر بر ثانیه باشد، خاک تیپ 2 است.
• در نهایت اگر سرعت موج بیش از 750 متر بر ثانیه باشد، تیپ خاک 1 خواهد بود.

در کلیه طرح‌ها و پروژه‌های عمرانی، ویژگی‌ها و خصوصیات مدول‌های الاستیک دینامیکی مواد تشکیل دهنده ناحیه‌ای که سازه قرار است بر روی آن اجرا شود، به مهندسان دیدگاه لازم جهت طراحی سازه را خواهند داد.

البته این اطلاعات کمی را علاوه بر انجام آزمایش‌های ژئوتکنیکی، با در دست داشتن اطلاعاتی از دانسیته، سرعت موج طولی و سرعت موج برشی در مواد مورد نظر نیز می‌توان تخمین زد.

لذا برای بدست آوردن کمیت‌های فوق از خاک یک منطقه، باید علاوه بر اندازه‌گیری سرعت امواج طولی، پروفایل‌هایی نیز جهت تعیین سرعت موج برشی از خاک برداشت شوند.

آزمایش های لرزه ای تست دانهول

همانطور که اشاره شد، اساس آزمایش دانهول در ژئوفیزیک، بر مبنای انتشار امواج مکانیکی در محیطی الاستیک می‌باشد. پس از اینکه موج تولید شده بوسیله یک چشمه لرزه‌ای مانند ضربه چکش به گیرنده امواج یا همان ژئوفون رسید، توسط دستگاه لرزه‌نگار تقویت و ثبت خواهد شد.

بر اساس جهت حرکت امواج در درون زمین، 2 نوع موج از همه بیشتر در مورد طراحی پروژه‌های مهندسی عمران، مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی امواج تراکمی (طولی) که جهت حرکت ذره در جهت انتشار کردن موج می‌باشد و دیگری امواج برشی (عرضی) که جهت حرکت ذره عمود بر جهت انتشار موج می‌باشد.

با در دست داشتن این دو کمیت و نیز چگالی محیط انتشار می‌توان مدول‌های دینامیکی لایه‌های خاک را با کمک آزمایش دانهول برآورد کرد.

امواج سطحی

امواج سطحی، امواجی هستند که در محیطی نزدیک به سطح زمین منتشر می‌شوند و دامنه این امواج با فاصله گرفتن از سطح زمین، بسیار کاهش یافته و محو خواهد شد.

امواج تراکمی

نحوه انتشار کردن موج تراکمی در آزمایش دانهول، به این شکل می‌باشد که، جهت انتشار کردن موج با جهت حرکت ذرات یکسان خواهد بود. این نوع موج، از دیگر امواج لرزه‌ای، سریع‌تر منتشر می‌شود. بنابراین به آن موج اولیه نیز، گفته می‌شود.

سرعت موج اولیه متناسب با مقاومت سنگ در برابر تراکم است. اطلاعات بدست آمده از این موج، تخمین خامی از جنس ماده تشکیل دهنده خاک منطقه را در اختیار مهندسین قرار خواهد داد.

امواج برشی

در انتشار موج برشی، جهت انتشار یک موج عمود بر جهت حرکت ذرات است و لذا نکته قابل توجه در این نوع امواج این است که همیشه بعد از موج تراکمی منتشر می‌شوند بنابراین ‌به آن‌ها موج ثانویه نیز گفته می‌گویند.

داده‌های بدست آمده از سرعت موج ثانویه در تست دانهول اطلاعات مفیدتری را نسبت به سرعت موج اولیه به مهندسین ارائه می‌کند.

مراحل انجام آزمایش دانهول

انجام این نوع آزمایش خاک شامل مراحل زیر است:

حفاری چاه

ابتدا باید یک گمانه یا چاه بوسیله ماشین یا با دست حفر شود که چنانچه حفاری توسط ماشین انجام شود، بسیار بهتر است. لازم به ذکر است که حفر یک گمانه برای این تست کافی است.

اقدام به لوله گذاری

برای اینکه مانع از ریزش گمانه حفر شده توسط ماشین شوید باید داخل آن را لوله پولیکا قرار دهید و سایز مناسب، لوله پولیکا 6 است. چنانچه این چاه به صورت دستی حفر شده باشد، نیازی به لوله‌گذاری نخواهد بود.

گراول پک

در این مرحله از آزمایش دانهول، اطراف لوله پی وی سی که داخل گمانه قرار داده‌اید را باید با شن و ماسه پر کنید تا اتصال مناسبی بین لوله و چاه ایجاد شود.

از آنجایی که موج برای حرکت نیاز به ماده دارد، انجام این کار واجب است لذا چنانچه بین دیواره گمانه تا لوله پولیکا، فضای خالی وجود داشته باشد، موج حرکت نخواهد کرد و آزمایش انجام نخواهد شد.

نصب کردن ژئوفن ها

در ادامه باید ژئوفون یا گیرنده دریافت و ثبت امواج ارسال شده از سطح زمین را، داخل گمانه قرار داد. برای سهولت انجام کار می‌توان یک ژئوفون استفاده کرد و مرحله‌ای آن را بالا کشید و اطلاعات سایر اعماق را نیز ثبت کرد.

البته لازم به ذکر است که هر چه تعداد این گیرنده‌ها بیشتر باشد، دقت آزمایش دانهول نیز بیشتر خواهد بود اما در مقابل هزینه و مدت زمان انجام آزمایش نیز افزایش خواهد یافت.

ایجاد موج

در این مرحله باید موج مناسب را تولید کرد. در آزمایش دانهول، صفحه چوبی یا فلزی را در مجاورت گمانه قرار می‌دهند و در ادامه با یک پتک به آن ضربه می‌زنند. بسته به زاویه ضربه وارد شده به صفحه، موج برشی یا فشاری تولید خواهد شد.

امواج تولید شده به عمق زمین نفوذ می‌کنند و مدت زمان رسیدن آن‌ها به اعماق مختلف، بوسیله ژئوفون ثبت می‌شود. با در دست داشتن این زمان و فاصله گیرنده تا محل وارد کردن ضربه، سرعت موج قابل محاسبه خواهد بود. در این مرحله برای تولید موج می‌توان از انفجار و خرج‌گذاری به جای پتک و چوب و ضربه، استفاده کرد.

محاسبه آزمایش Downhole

همانطور که اشاره شد، پس از رسیدن موج تولید شده به ژئوفون، سرعت موج قابل تخمین است. لازم به یادآوری است که سرعت هر شی عبارت است از فاصله طی شده در واحد زمان، بنابراین برای محاسبه سرعت موج در آزمایش دانهول به دو فاکتور فاصله بین منبع تولید موج و گیرنده و نیز مدت زمان رسیدن موج به گیرنده نیاز است که هر دو براحتی قابل برآورد هستند.

مطلب پیشنهادی: انجام آزمایش پرسیومتری، اطلاعات کاربردی و بسیار مفیدی درباره خاک یک منطقه در اختیار محققان قرار می‌‎دهد.

چه مواردی باعث ایجاد خطا در تست دانهول می شود؟

عواملی که ممکن است باعث ایجاد خطا در آزمایش دانهول شوند، در ادامه ذکر شده‌اند؛ بنابراین بهتر است حتی المقدور از انجام آزمایش در این موارد اجتناب کرد:

• انجام تست دانهول نزدیک جاده‌ها خطا دارد زیرا عبور و مرور خودروها، نویز تولید می‌کند که در نتایج آزمایش اختلال ایجاد خواهد کرد.
• نزدیک ساحل نیز انجام آزمایش دانهول با خطا همراه است؛ زیرا برخورد امواج دریا باعث تولید نویز و مختل شدن نتایج تست خواهد بود.
• انجام این آزمایش در نهشته‌های برجا نیز خطا خواهد داشت.
• چنانچه لایه‌های عمیق‌تر خاک، از لایه‌های بالایی نرم‌تر باشد و یا سطح بین لایه‌ها نیز، منظم نباشد، نتایج حاصل از آزمایش دانهول دقیق‌تر نخواهد بود.

مطلب پیشنهادی: آزمایش دیلاتومتری، آزمایشی ژئوتکنیکی می‌باشد که با هدف بررسی رفتار خاک، فشار جانبی به خاک وارد می شود.

جمع بندی و سوالات متداول در خصوص آزمایش DHT

در مجموع دریافتیم که از آزمایش دانهول برای بررسی ویژگی‌های لرزه‌نگاری خاک یک ناحیه استفاده می‌شود. از این آزمایش و داده‌های کمی حاصل از آن برای تست خاک مناطقی که قرار است سازه‌های بالای ده طبقه بر روی آن ساخته شود، استفاده می‌کنند.

تست دانهول شامل یک دستگاه لرزه‌نگار، پتک و چوب برای تولید موج و گیرنده یا ژئوفون برای ثبت امواج می‌باشد. امروزه انجام این تست قبل از احداث و طراحی پروژه‌های عمرانی واجب است.