آزمایش لوژان (Lugeon Test)

آزمایش لوژان از آزمایشاتی است که در مطالعات ژئوتکنیک انجام می شود و اولین بار در سال 1933 توسط موریس لوژان به منظور برآورد تزریق پذیری و نفوذ پذیری سنگ ها ارائه شد. این آزمایش اغلب بصورت 5 متری انجام می شود که در بعضی مواقع بصورت 4 و3 متر نیز گرفته می شود.

معمولا در طرح های آبی در حین حفاری گمانه های اکتشافی و مغزه گیری از سنگ، به موازات پیشروی گمانه آزمون فشار آب هم انجام می شود. پس از حفاری تا مقطع مورد نظر، سرمته ها و ادوات حفاری از چاه بیرون کشیده می شوند. جدار گمانه به طور کامل شستشو داده می شود. شستشوی گمانه در آزمایش لوژان تا جایی ادامه می یابد که آب کاملا زلال از گمانه خارج شود. هدف از این کار نیز تمیز کردن جدار آن و خارج نمودن گل و لای از میان درزه های جدار است. این امر ممکن است به طور غیر طبیعی راه نفوذ آب را به محیط اطراف ببندد.

روش انجام آزمایش لوژان:

پس از شستشو برای آب بندی دو سر قطعه، مسدود کننده هایی (Packer) در دو سر آن برای آزمایش نصب می شود.

تجهیزات آزمایش لوژان

بدین ترتیب جریان آب می تواند صرفاً به صورت افقی از قطعه مورد نظر به زمین اطراف وارد شود. در این زمینه باید توجه شود که مسدود کننده ها به خوبی راه عبور آب از داخل قطعه به بالا و پایین گمانه را بسته باشند. در غیر این صورت فرار آب از پشت مسدود کننده ها نتایج حاصل از آزمایش را با خطا مواجه خواهد کرد.
پس از حصول اطمینان از عملکرد مسدود کننده ها آب تحت فشار وارد قطعه مورد نظر می شود. این کار معمولاً در ۵ یا ۷ پله فشار انجام می شود.

تجهیزات آزمایش لوژان:

سیستم و ابزارهای آزمایش لوژان به قرار زیر می باشند:
1- پمپ آب، که تأمین فشار آب را به عهده دارد.
2- مسدود کننده ها یا پکر که وظیفه آب بند کردن دو سر قطعه مورد آزمایش را به عهده دارند.
3- کنتور آب، که دبی آب را اندازه گیری می کند.
4- فشارسنج، که میزان فشار آب را اندازه گیری می نماید.
5- منبع آب، که برای تامین آب مورد نیاز در طول آزمایش به کار گرفته می شود.
6- سیستم تولید و انتقال فشار گاز برای باد کردن پکرها (در صورت نیاز)
پله های فشار معمولا در حالتی که آزمون هفت پله ای انجام می شود، به ترتیب معادل (از چپ به راست) 0.25p، 0.5p، 0.75p، p، 0.75p، 0.5p، 0.25p انتخاب می شود.
لازم به یادآوری است حداکثر فشاری که آزمایش لوژان تحت آن انجام می شود و در ارقام مذکور معادل p در نظر گرفته شده. که تابع حداکثر ارتفاع آب مخزن سد در دوران بهره برداری و مشخصات طرح است.
در شکل زیر به طور شماتیک روند افزایش فشار در یک آزمایش لوژان نشان داده شده است.

نحوه افزایش فشار در آزمایش لوژان به روش ۷ پله ای

قابل ذکر است که در مرحله اول برای ارتقاء فشار از صفر به 0.25p روند افزایش فشار به آرامی صورت می پذیرد.
حجم آب نفوذ یافته به زمین در هر پله در فواصل زمانی ۵ دقیقه ای قرائت و ثبت می شود.

پایان آزمایش:

در صورتی که اختلاف بین دو قرائت از یک پله فشار کمتر از ۱۰ % باشد آزمایش در پله فشار مذکور پایان یافته تلقی می شود و افزایش فشار برای پله بعد صورت می پذیرد. بنابراین مشخص نیست که هر پله فشار چه زمانی را به خود اختصاص می دهد و چه میزان آب در طی آن به داخل زمین نفوذ می یابد. همچنین باید توجه شود که قبل از شروع آزمایش، قطعه مورد آزمایش از آب اشباع شود و حجم آبی که برای اشباع شدن قطعه به کار می رود در محاسبه نفوذپذیری زمین دخالت داده نشود.

برای اشباع نمودن معمولا به مدت ۱۰ دقیقه آب بدون فشار به صورت ثقلی به محیط تزریق می شود و در این حالت برای هر پله فشار یک عدد لوژان به دست می آید. در نتیجه، در سیستم پنج پله ای ۵ عدد لوژان و در سیستم هفت پله ای، ۷ عدد لوژان به دست می آید.
برای انتخاب عدد لوژان نهایی قطعه، محققین روش های متنوعی ارائه نموده اند در هر صورت عدد لوژان برای هر پله فشار از رابطه زیر به دست می آید :

در رابطه بالا Q معادل حجم آب جذب شده در دقیقه برای هر پله فشار است و بر حسب لیتر در دقیقه اندازه گیری می شود.
همچنین Pe فشار موثر آب در وسط قطعه مورد آزمایش برحسب اتمسفر و L طول قطعه مورد آزمایش بر حسب متر است.
در صورتی که عدد لوژان برای پله های مختلف مساوی و یا نزدیک به هم باشد، وضعیت جریان آب در توده سنگی آرام گزارش شده و عدد لوژان نهایی متوسط اعداد حاصله است. در غیر این صورت بر حسب نظرات محققین نسبت به شناسائی وضعیت جریان آب در توده و انتخاب عدد لوژان نهایی اقدام می گردد.

مطالب مرتبط:

آزمایش لوفران