آزمایش دانهول

آزمایش دانهول (Downhole) به هدف شناسایی لایه بندی خاک و مقاومت آن‌ها استفاده می‌گردد. اساس این روش بر مبنای اندازه گیری سرعت انتشار امواج فشاری و برشی است. با استفاده از این سرعت ها تفکیک لایه ها و تخمین پارامترهای دینامیکی خاک انجام می شود.

روش آزمایش دانهول (DHT) به دلیل مزایای ویژه‌ای که ارائه می‌دهد، به‌عنوان یکی از روش‌های بسیار متداول در اندازه‌گیری سرعت امواج الاستیک شناخته شده و به‌عنوان یک زیرمجموعه از روش‌های لرزه‌نگاری به کار می‌رود.

در پروژه‌های عمرانی که قرار است یک سازه در یک ناحیه خاص انجام شود، مدول‌های الاستیک دینامیکی مواد تشکیل دهنده در آن ناحیه اهمیت بسیاری دارد؛ زیرا طراحی سازه بر اساس این مدول‌ها صورت می‌گیرد. اندازه‌گیری سرعت امواج طولی و یا عرضی، یکی از راه‌های محاسبه این ویژگی‌ها است. در نظر داشته باشید که این آزمایش خاک بر روی انواع مختلف خاک و سنگ می‌شود.

آزمایش دانهول چیست؟

آزمایش لرزه نگاری دانهول یا درون چاهی، اطلاعات مربوط به سرعت امواج لرزه ای انواع خاک و سنگ را در اختیار ما قرار می دهد. سرعت‌ امواج فشاری (P) و امواج برشی (S) به طور مستقیم  با ثابت‌های الاستیک مهم ژئوتکنیکی مانند ضریب پواسون، مدول برشی، مدول حجمی و مدول یانگ مرتبط هستند. سرعت دقیق پروفیل های امواج P و امواج S در مطالعات ژئوتکنیک بسیار مهم هستند. این پارامترها در آنالیز استاتیکی و دینامیکی خاک تحت تغییر شکل های الاستیک، پلاستیک و الاستوپلاستیک مورد استفاده قرار می گیرند. ارزیابی روانگرایی خاک یکی دیگر از کاربردهای مهم تخمین سرعت موج برشی در طراحی ژئوتکنیکی است

برای اینکه بدانید اصل فرایند کار چگونه است، باید توجه داشته باشید که این آزمایش شامل اندازه‌گیری زمان پیمایش موج از سطح زمین به عمق‌های مختلف اشاره دارد.

روش لرزه‌ای آزمایش دانهول در ژئوفیزیک بر اساس انتشار امواج مکانیکی در محیط الاستیک اجرا می‌گردد. در این شیوه، موجی که از چشمه لرزه‌ای (مانند ضربه چکش) تولید می‌شود، به گیرنده امواج (ژئوفون) منتقل شده و سپس توسط دستگاه لرزه‌نگار تقویت و ثبت خواهد شد.

در پروژه‌های مهندسی عمران، دو نوع موج در فاز طراحی بر اساس جهت حرکت موج در داخل زمین مورد استفاده قرار می‌گیرند. امواج تراکمی یا طولی که حرکت ذره در جهت انتشار موج بوده و امواج برشی یا عرضی که در آن جهت حرکت ذره عمود بر جهت انتشار موج است.

با داشتن اطلاعات کافی در مورد سرعت امواج تراکمی و برشی، همچنین چگالی محیط انتشار، می‌توان با استفاده از آزمایش دانهول، مدول‌های دینامیکی لایه‌های خاک را محاسبه نمود. این تکنیک آزمایشی کاربردی، به مهندسان امکان می‌دهد ویژگی‌های مکانیکی محیط زمین را به‌دقت تعیین کرده و در طراحی سازه‌ها و پروژه‌های عمرانی بهره‌وری بیشتری داشته باشند.

موج تراکمی

مکانیزم تراکمی به نحوی طراحی شده که حرکت ذرات در جهت انتشار موج یکنواخت باشد. این نوع موج با سرعت بیشتری نسبت به موج‌های لرزه‌ای دیگر منتشر شده که به همین دلیل به آن موج اولیه نیز گفته می‌شود. سرعت موج اولیه با مقاومت سنگ در مقابل فشرده شدن رابطه دارد. اطلاعات حاصله از آن، یک تخمین خام از خصوصیات ماده مورد بررسی را، فراهم می‌کند.

موج برشی

مکانیزم انتشار موج برشی به نحوی است که جهت انتشار، عمود بر جهت حرکت ذرات است. این نوع معمولاً پس از انتشار موج تراکمی ظاهر شده و به همین دلیل به آن موج ثانویه نیز گفته می‌شود. اطلاعات به‌دست‌آمده از سرعت موج ثانویه نسبت به‌سرعت اولیه، اطلاعات دقیق‌تری را برای طراحی‌های مهندسی فراهم می‌کند. این موج نقش مهمی در تحلیل و بررسی ویژگی‌های لرزه‌ای سازه‌ها و سنگ‌ها ایفا کرده و از اهمیت ویژه‌ای در مطالعات لرزه‌شناسی و ژئوتکنیک برخوردار است.

امواج سطحی

موج‌های سطحی نوعی از امواج هستند که در محیط نزدیک به سطح زمین منتشر می‌شوند. دامنه این امواج با افزایش فاصله از سطح زمین به‌شدت کاهش می‌یابد و در نهایت محو می‌شوند. این امواج در یک دسته‌بندی دیگر به دو گروه اصلی به نام‌های امواج لاو و ریلی تقسیم می‌شوند. این تقسیم‌بندی، نشان‌دهنده خصوصیات و ویژگی‌های مختلف امواج سطحی است.

ابزارهای مورد در آزمایش دانهول

تجهیزات آزمایش دانهول (DHT) شامل موارد زیر هستند:

• دستگاه لرزه‌نگار ۶ کاناله،
• ژئوفون‌های سه مولفه‌ای درون گمانه‌ای SP3D،
• تجهیزات تولید امواج تراکمی و برشی ازجمله پتک، الوار و ورق.

روش انجام آزمایش دانهول

در آزمایش دانهول، گمانه ها می بایست به روش ماشینی حفاری شود. سپس ابتدا لوله از جنس PVC، متناسب با قطر ژئوفون ها درون گمانه گذاشته شود. در نهایت اطراف لوله از ماسه ریزدانه با دانه‌بندی یکنواخت پر می گردد (گمانه اصطلاحا گراول پک شود). در این حالت باید لوله کاملاً در جای خود ثابت قرار گیرد.

منبع ارتعاش در سطح زمین و ژئوفون ها درون گمانه قرار می گیرند. با ایجاد ارتعاش در سطح زمین و دریافت امواج در اعماق مختلف، با توجه به زمان و فاصله طی شده توسط موج های ارتعاشی، سرعت آن‌ها در اعماق مختلف قابل محاسبه خواهد بود. با توجه به تغییرات سرعت موج در خاک‌های با جنس مختلف، امکان شناسایی لایه‌بندی و جنس خاک و نیز تخمین برخی از پارامترهای خاک فراهم است.

لازم به ذکر است جهت اجرای صحیح آزمایش دانهول (Downhole) باید در مرحله لوله گذاری داخل گمانه نهایت دقت را به عمل آورد تا از مسدودی گمانه جلوگیری شود. عواملی مانند شکستگی، تغییر شکل لوله و یا گرفتگی به علت گل و لای حفاری می توانند این مشکل را ایجاد کنند. عمدتا گمانه ها با لوله شماره 6 لوله گذاری می شوند.

مراحل گام‌به‌گام آزمایش دانهلول عبارت‌اند از:

1. حفاری گمانه و لوله‌گذاری

در ابتدا، باید یک گمانه به‌صورت ماشینی یا دستی حفاری گردد. برای انجام این تست حفر یک گمانه کافی است. توصیه می‌شود برای انجام تست، حفاری دانهول را به‌صورت ماشینی انجام دهید. اگر چاه دستی نیز حفاری کردید، با انجام یک سری تدابیر، می‌توانید آزمایش دانهول را انجام دهید.

در لوله‌گذاری برای جلوگیری از ریزش گمانه ماشینی داخل آن، لوله پولیکا قرار می‌دهیم. اگر گمانه شما به‌صورت دستی انجام شده بود، دیگر نیازی به لوله‌گذاری نیست. توصیه می‌شود از لوله پولیکا با سایز ۶ استفاده کنید.

2. گراول پک و نصب ژئوفن‌ها

در این مرحله، لازم است اطراف لوله پی‌وی‌سی را که در داخل گمانه قرار گرفته، با شن و ماسه پر کنید. این کار باعث می‌شود تا اتصال مناسبی بین لوله و گمانه برقرار شود. دقت کنید که موج برای حرکت به ماده نیاز داشته باشد پس اگر بین لوله و گمانه، فضای خالی وجود داشت، موج قادر به حرکت نخواهد بود و آزمایش ناتمام باقی می‌ماند.

پس از نصب لوله پی‌وی‌سی در داخل گمانه، ژئوفن‌ها را در آن قرار می‌دهیم. ژئوفن‌ها گیرنده‌هایی هستند که برای دریافت و ثبت امواج ارسال شده از سطح زمین مورد استفاده قرار می‌گیرند. در برخی موارد، جهت سهولت کار می‌توان از یک ژئوفن استفاده کرد و با بالا کشیدن مراحلی از آن، اطلاعات اعماق دیگر را نیز ثبت کرد.

عمق قرارگیری ژئوفن، به‌دقت مورد نظر در آزمایش بستگی دارد. هر چه تعداد آن‌ها بیشتر باشد، دقت آزمایش دانهول افزایش خواهد یافت؛ اما به همراه این بیشتر شدن دقت، هزینه آزمایش و مدت زمان لازم برای انجام آن نیز بالاتر خواهد رفت؛ بنابراین، تصمیم‌گیری در مورد تعداد و موقعیت ژئوفن‌ها باید با توجه به توازن میان دقت مورد نیاز و محدودیت‌های مالی و زمانی صورت گیرد.

3. تولید موج و محاسبات آزمایش دانهلول

برای تولید موج، ابتدا باید یک روش مناسب را انتخاب کنید. معمولاً در آزمایش‌های دانهولی که امروزه انجام می‌شود، صفحه فلزی یا چوبی در مجاورت گمانه قرار می‌گیرد. با وارد کردن پتک بر روی آن، ضربه‌ای به زاویه خاص وارد شده که می‌تواند امواج برشی یا فشاری ایجاد کند. پس از وارد شدن ضربات، امواج به داخل زمین نفوذ می‌کنند و زمان رسیدن آن‌ها توسط ژئوفن‌ها ثبت می‌شود. می‌توان برای تولید موج از انفجار و خرج‌گذاری نیز استفاده کرد.

پس از رسیدن امواج به گیرنده موج، با داشتن زمان رسیدن امواج و فاصله ژئوفن تا محل می‌توان به‌راحتی سرعت موج را محاسبه کرد. سپس فاصله محاسبه شده را بر مدت زمان تقسیم کرده و سرعت موج برشی را به دست آورد.

کاربردهای آزمایش دانهول

استفاده‌های متعددی برای آزمایش دانهول وجود دارد، اما بیشترین کاربرد آن در آزمایشگاه مکانیک خاک و تعیین تیپ خاک اشاره دارد. این کاربردها عبارت‌اند از:

آزمایش دانهول را در عمق‌های مختلف اجرا کنید. مقادیر به‌دست‌آمده را جمع‌آوری کرده و سپس میانگین این مقادیر را محاسبه نمایید.

درنتیجه این مراحل، چهار حالت زیر ممکن است رخ دهد:

• اگر سرعت موج بین ۱۷۵ تا ۳۷۵ متر بر ثانیه باشد، خاک تیپ ۳ خواهد بود.
• اگر سرعت موج بیش از ۷۵۰ متر بر ثانیه باشد، خاک تیپ ۱ تشخیص داده می‌شود.
• اگر میانگین سرعت موج برشی کمتر از ۱۷۵ متر بر ثانیه باشد، خاک تیپ ۴ محسوب می‌شود.
• درصورتی‌که سرعت موج بین ۳۷۵ تا ۷۵۰ متر بر ثانیه باشد، زمین مورد بررسی تیپ ۲ محسوب می‌شود.

این روش تیپ بندی خاک با استفاده از آزمایش دانهول اطلاعات دقیقی از ویژگی‌های مکانیکی خاک فراهم کرده و در مطالعات مهندسی و زمین‌شناسی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

عوامل ایجاد خطا در این آزمایش

عوامل زیر می‌توانند باعث ایجاد خطا در آزمایش دانهول درون گمانه شوند؛ بنابراین تا جای ممکن توصیه می‌شود که از انجام این آزمایش در شرایط زیر اجتناب شود:

• لایه‌های عمیق و نرم
• سطح نامنظم بین لایه‌ها
• انجام آزمایش در نهشته‌های برجا
• نزدیک جاده‌ها و یا ساحل به دلیل ایجاد نویز

تست دانهول برای چه ساختمان‌هایی اجباری است؟

مطابق با قوانین و مقررات حفاری سازمان نظام‌مهندسی، دانهول، به‌طور اجباری تنها برای ساختمان‌های بالای ده طبقه اجرا می‌شود. برای ساختمان‌های ده طبقه یا کمتر، این آزمایش اجباری نیست، اما اگر اجرا شود، مشکلی ایجاد نخواهد شد.

ازآنجایی‌که مسئله آزمایش دانهول در زمینه عمران اهمیت ویژه‌ای دارد، توصیه می‌شود که حتماً از خدمات شرکت مهندسی معتبر سانا پی استفاده کنید. کارشناسان این مجموعه نه‌تنها دارای تخصص فنی و مهندسی در زمینه مشاوره و اجرای کلیه خدمات ژئوتکنیک هستند، بلکه به مسائل حقوقی مرتبط با عمران نیز مسلط می‌باشند. مشاوره با چنین شرکتی به شما کمک خواهد کرد تا از خطرات و خسارات احتمالی که در این مسیر وجود دارد، جلوگیری نمایید.

مطالب مرتبط:

آزمایش مقاومت الکتریکی (ژئوالکتریک)