تست دانهول
مقدمه
این گزارش، به چگونگی انجام آزمایش لرزه‌ای پایین گمانه‌ای و نتایج حاصل از آن می‌پردازد. هدف از اين آزمايش میدانی، برداشت و اندازه‌گيري سرعت انتشار امواج طولي (P) و عرضي (S) داخل لایه‌های خاک و در محل گمانه‌ها می‌باشد. داشتن این داده‌ها، در برآورد پارامترهای دینامیکی خاک جهت تحلیل لرزه‌ای ساختگاه مورد نیاز می‌باشد. در ساده‌ترین حالت، با داشتن سرعت موج برشی زمین، نوع ساختگاه از دیدگاه آیین‌نامه‌های طراحی سازه‌ها در برابر زلزله بدست می‌آید.
شیوه‌ی انجام کار
روش لرزه‌ای پایین گمانه‌ای، يكي از روش‌هاي لرزه‌اي پایین‌چاهي است كه براي اندازه‌گيري مستقيم سرعت امواج در گستره تغییر شکل‌های خیلی کوچک مورد استفاده قرار مي‌گيرد. به همین دلیل، گاهی اوقات، به این امواج، امواج کشسان نیز می‌گویند. اين روش در مقايسه با ساير روش‌های لرزه ای، به‌دليل سهولت و سرعت اجرا و هزينة پايين، در مطالعات مهندسي كاربرد زيادي دارد. اساس كار در اين روش، اندازه‌گيري زمان سير موج از سطح زمين تا اعماق مختلف است. بدين منظور، يك لرزه‌سنج كه معمولاً شامل سه حس‌گر عمود برهم مي‌باشد، توسط كابل در اعماق مختلف داخل گمانه قرار داده شده و امواج لرزه‌اي حاصل از يك چشمة لرزه‌اي (نظير چكش يا مواد منفجره) در نزديكي دهانه‌ی گمانه، توسط آن ثبت مي‌گردد. نحوه‌ی انجام کار به‌طور شماتیک در شکل 1 نمایش داده شده است.
شكل 1- طرح‌واره‌ی روش انجام آزمون لرزه‌اي پایین گمانه‌ای (Downhole)
از لحاظ نظري، چشمه‌ی موج بايد دقيقاً در كنار دهانه‌ی گمانه قرار داشته باشد تا زمان سير موج در امتداد قائم تا عمق مورد نظر بدست آيد. اما اين كار به دو دليل ممكن نيست. اول اين‌كه ايجاد ضربه يا انفجار در دهانه‌ی گمانه به‌دليل وجود تجهيزات امكان‌پذير نبوده و همچنين ممكن است باعث آسيب ديدن سر گمانه روی زمین و ريزش آن شود. دليل دوم آن است كه در هنگام حفاري، لايه‌هاي زمين در مجاورت گمانه خرد شده و از حالت عادي خارج مي‌شوند و پس از لوله‌گذاري، فضاهاي خالي و خرد‌شدگي‌هاي پشت لوله‌ی جداري با بتن يا مواد ديگر پر مي‌شود. در نتيجه اگر چشمه‌ی موج دقيقاً در كنار دهانه‌ی گمانه قرار گيرد، مسير قائم موج از داخل مواد پركننده و لوله‌ی جداري مي‌گذرد و زمان سير در اين مواد اندازه‌گيري خواهد شد و نه در لايه‌هاي زمين. به همين علت، چشمه بايد از دهانه‌ی گمانه فاصله داشته باشد تا موج از داخل زمين سالم عبور كند. اين فاصله دورافت چشمه نام دارد.
خاطر نشان می‌شود که در روش توصیف شده در بالا، موج ایجاد شده مسیر موربی را می‌پیماید. راه حل دیگر، استفاده از روش میان گمانه‌ای بوده که درآن، چشمه موج و حس‌گر گیرنده امواج، در یک تراز افقی قرار می‌گیرند. درحقیقت، به‌جای استفاده از یک گمانه، از دو گمانه استفاده می‌شود. این روش خیلی بهتر از روش اول بوده، ولی به‌دلیل نیاز به حفاری گمانه اضافی و نحوه اعمال چشمه موج، گران‌تر از روش اول خواهد بود. معمولاً از این روش در سایت‌های حساس و مهم بکار گرفته می‌شود و در بقیه‌ی موارد، از همان روش اول پایین گمانه‌ای به‌همراه اصلاحات استفاده می‌شود.
همان‌طور که گفته شد، داده‌های حاصل از روش پایین گمانه‌ای به‌دلیل تمایل زاویه سرعت امواج، نیاز به اصلاح داشته و زمان‌هاي سير امواج باید به حالت قائم تصحيح شوند. بدين‌ترتيب، با قرائت زمان اولين سررسيدهاي موج تا اعماق مختلف از روي لرزه‌نگاشت‌هاي ثبت شده، تصحيح زمان‌ها به مسير قائم و رسم آنها بر حسب عمق‌هاي مربوطه، منحني زمان-عمق حاصل مي‌شود.
منحني زمان-عمق در حالت ساده‌اي كه زمين متشكل از لايه‌هاي افقي با سرعت‌هاي ثابت باشد، خطي است و شيب هر قطعه‌ی آن، سرعت لايه‌ی مربوطه را نشان مي‌دهد (شكل 2). در اين حالت ايده‌آل، شيب قطعات نمودار زمان-عمق سرعت واقعي بين لايه‌اي را بدست مي‌دهد. معادلة سرعت بين‌لايه‌اي در حقيقت مشتق معادلة زمان-عمق است.
شكل 2- زمان سیرِ بازه‌ای میان دو گیرنده و سرعت موج لایه‌ی میان گیرنده‌ها
نوع ديگر مطالعه‌ی سرعت موج، سرعت متوسط است كه از تقسيم زمان سير موج بر عمق بدست مي‌آيد. اين سرعت در هر عمقي درون لايه‌ی اول برابر سرعت واقعي اين لايه است، اما در اعماق پايين‌تر، بصورت تدريجي با عمق تغيير مي‌كند و متوسط سرعت از سطح زمين تا عمق مورد نظر را بدست مي‌دهد.
با استفاده از نسبت پواسون و تغييرات سرعت‌هاي موج، مي‌توان بطور نسبي در خصوص سختي لايه‌هاي زمين اظهار نظر نمود.
پس از محاسبه‌ی سرعت‌هاي امواج P و S مي‌توان با استفاده از روابط اشاره شده در جدول 1، پارامترهای دینامیکی خاک را بدست آورد:
جدول 1 – روابط تعیین پارامترهای دینامیکی خاک
پارامترهای دینامیکی خاک
ν=〖(V_p/V_s )〗^2-22[VpVs2-1]
نسبت پواسون
〖(V_p/V_s )〗^2=(2-2ν)/(1-2ν) نسبت سرعت های امواج
G=ρ.V_s^2 مدول برشی
E=2G(1+ν) مدول یانگ
برداشت داده‌ها
عمليات لرزه‌اي در پروژه‌ی حاضر به آدرس مشهد، بلوار مجد در داخل یک گمانه 30 متری در طی یک روز انجام شده است.
وسایل و تجهیزات موجود در این آزمون عبارتند از:
الف – دستگاه سيزموگراف
ب – حس‌گر ژئوفون سه مؤلفه‌اي پایین گمانه‌اي
ج – پتک، الوار و ورق جهت توليد امواج برشي و فشاری
د – سوند الکتريکي جهت تعيين عمق کف گمانه
ه – نوت بوک جهت ثبت داده‌ها
جزئيات مراحل آزمايش لرزه‌ای پایین چاهی به شرح زير مي‌باشد:
در هر عمق، يك نگاشت موج P با استفاده از ضربه‌ی قائم پتك و دو نگاشت موج S در جهت مخالف هم توسط ضربات افقي به دو طرف الوار، ثبت گرديد. در ضربات افقي، نقطه‌ی وسط الوار روي محل چشمه قرار داده شده و براي جلوگيري از حركت آن، از یک برش‌گیر در کف آن استفاده شده است. براي ثبت هر نگاشت، بسته به عمق و ميزان نویز محيط، از چند ضربه استفاده شد. فرمان شروع ثبت داده‌ها (مبداء زمان) در هر نگاشت، بوسيلة يك علامت الكتريكي حاصل از ضربة چكش، به دستگاه لرزه‌نگار ارسال مي‌گرديد.
در اين آزمايش امواج لرزه‌اي توسط منبع توليد موج که به‌صورت ضربه چکش به یک تیر آهنی بود، در نزديکي گمانه توليد گرديد و برداشت‌ها از سطح تا انتهاي كف گمانه و به فاصله‌ي مناسب انجام شد. در ادامه، سرعت امواج P وS و دیگر مقادير پارامترهاي ديناميکي بدست آمده در آزمايش ارائه مي‌گردد.
پردازش داده‌ها
در اين مرحله زمان اولين رسيدهاي موج از روي لرزه‌نگاشت‌ها قرائت شده و بر حسب عمق مرتب گرديد. اين كار براي نگاشت‌هاي موج P و S بصورت جداگانه انجام مي‌گيرد. در مورد موج P، از لرزه‌نگاشت‌هاي مربوط به ضربات قائم پتك استفاده مي‌شود و ردهاي مورد استفاده نيز مربوط به مؤلفه‌ی قائم حس‌گر مي‌باشند. از آنجا كه موج P بيشترين سرعت انتشار را دارد، اولين رسيدها همواره مربوط به اين موج بوده و در نتيجه، رديابي آن آسان است. براي رديابي زمان‌هاي رسيد موج S از لرزه‌نگاشت‌هاي مربوط به ضربات افقي و مؤلفه‌هاي افقي حس‌گر استفاده مي‌شود. تشخيص اولين رسيدهاي موج S اساساً كار مشكلي است زيرا ضربات افقي علاوه بر موج S، موج P نيز توليد مي‌كنند، درنتيجه روي نگاشت‌هاي افقي اثر موج P نيز ثبت مي‌گردد. بنابراين با توجه به سرعت بالاتر موج P، اثر اولين رسيدهاي موج S بعد موج P روي نگاشت‌ها ظاهر شده و تفكيك آنها از هم مشكل است. به همين دليل ضربات افقي در دو جهت مخالف زده مي‌شوند تا بتوان از خاصيت قطبش امواج S جهت تشخيص آنها استفاده نمود. در اين حالت، جهت نوسانات موج S روي لرزه‌نگاشت‌هاي مؤلفه‌هاي افقي مربوط به دو ضربه، مخالف يكديگر است، بنابراين مي‌توان با مقايسه‌ی لرزه‌نگاشت‌ها يا تفاضل آنها از هم اولين رسيدهاي موج S را تشخيص داد.
نتايج
در اين قسمت، نتايج نهايي پردازش و تفسير داده‌هاي لرزه‌اي گمانه‌ها ارائه مي‌گردد.
