آزمایش دانهول (DHT)

آزمایش دانهول (DHT) به دلیل مزایایی که دارد، یکی از پرکاربردترین روش ‌های اندازه‌گیری سرعت امواج الاستیک بوده که زیرمجموعه روش‌ های لرزه ‌نگاری است. در پروژه ‌های عمرانی که قرار است یک سازه بر روی ناحیه مشخصی اجرا شود، مدول های الاستیک دینامیکی مواد تشکیل‌ دهنده آن ناحیه، اهمیت خاصی دارد. چراکه طراحی سازه بر همین اساس انجام خواهد شد و یکی از را‌ه‌ های محاسبه‌ این کمیت‌ ها در اختیار داشتن سرعت امواج طولی یا عرضی است. برای اینکه بدانید اساس کار در آزمایش دانهول چیست باید گفت که این آزمایش شامل اندازه گیری زمان سیر موج از سطح زمین تا اعماق مختلف است.

برای انجام این تست خاک ، یک لرزه سنج که معمولا شامل سه حسگر عمود بر هم می باشد، توسط کابل در اعماق مختلف قرار داده شده و امواج لرزه ای حاصل از چشمه لرزه ای توسط آن ثبت می گردد. اجرای ازمایش دانهول بر روی انواع خاک و سنگ امکان پذیر است.

هزینه آزمایش دانهول

همان طور که بیان شد، شناخت کامل وضعیت لایه های زیرسطحی و مشخصات دینامیکی لایه های خاک، از عوامل مهم در تحلیل دینامیکی یک سازه است. لذا به منظور تکمیل اطلاعات ژئوتکنیکی، لزوم ارزیابی پارامترهای دینامیکی لایه های زمین و تعیین نوع زمین از نظر مهندسی زلزله، آزمایش های لرزه ای درون گمانه ای با استفاده از تست دانهول که یکی از روش های لرزه نگاری برای اندازه گیری مستقیم سرعت امواج کشسان است، انجام می گیرند. آزمایش دانهول درمقایسه با سایر روش های درون چاهی به دلیل سهولت، سرعت اجرا و هزینه پایین در مطالعات مهندسی، کاربرد بیشتری دارد.

آزمایش دانهول چیست

اساس روش لرزه ای ازمایش دانهول در ژئوفیزیک بر مبنای انتشار امواج مکانیکی در محیط الاستیک است. موج تولید شده توسط چشمه لرزه ای (نظیر ضربه چکش) به گیرنده امواج (ژئوفون) می رسد و سپس توسط دستگاه لرزه نگار تقویت و ثبت می شود. بر مبنای جهت حرکت موج در داخل زمین دو نوع موج در فاز طراحی پروژه های مهندسی عمران بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. امواج تراکمی یا طولی که جهت حرکت ذره در جهت انتشار موج است. امواج برشی یا عرضی که جهت حرکت ذره عمود بر جهت انتشار موج است. با در دست داشتن سرعت امواج تراکمی و سرعت امواج برشی ، همچنین چگالی محیط انتشار می توان مدول های دینامیکی لایه های خاک را با کمک آزمایش دانهول محاسبه نمود.

الف) امواج تراکمی

ساز و کار انتشار موج تراکمی در آزمایش دانهول به گونه ای است که جهت انتشار موج با جهت حرکت ذرات یکسان است. این موج سریعتر از دیگر امواج لرزه ای ، منتشر می شود. از این رو به آن موج اولیه نیز گفته می شود. سرعت موج اولیه با مقاومت سنگ در برابر متراکم شدن متناسب است. اطلاعات به دست آمده از موج اولیه یک تخمین خام از جنس ماده، در اختیار قرار می دهد.

ب)امواج برشی

ساز و کار انتشار موج برشی به گونه ای است که جهت انتشار موج عمود بر جهت حرکت ذرات است. نکته قابل توجه این است که همیشه این موج بعد از موج تراکمی منتشر می شود. از این رو به آن موج ثانویه نیز گفته می شود. برآوردهای به دست آمده از سرعت موج ثانویه آزمایش دانهول اطلاعات مفیدتری را از سرعت موج اولیه برای طراحی های مهندسی در اختیار می گذارد.

ج) امواج سطحی

امواج سطحی در محیط نزدیک به سطح زمین منتشر می شوند. دامنه این امواج ازمایش دانهول با فاصله گرفتن از سطح زمین ، شدیدا کاهش یافته و محو می شوند. 

کاربرد ازمایش دانهول 

در تمام پروژه ها و طرح های عمرانی، ویژگی و خصوصیتی که به مهندسین دید لازم جهت طراحی سازه را می دهد، مدول های الاستیک دینامیکی مواد تشکیل دهنده محدوده ای است که سازه بر روی آن اجرا خواهد شد.

این کمیت ها را علاوه بر انجام آزمایش خاک ، می توان با داشتن اطلاعاتی از دانسیته ، سرعت موج طولی و سرعت موج عرضی (برشی) در مواد مورد نظر محاسبه نمود. بنابراین برای بدست آوردن کمیت های یاد شده در یک منطقه، لازم است علاوه بر اندازه گیری سرعت امواج طولی ، پروفیل هایی جهت تعیین سرعت موج برشی نیز برداشت شود.

 تجهیزات آزمایش دانهول (DHT)

• دستگاه‌ لرزه‌ نگار ۶ کاناله
• ژئوفون های‌ سه مولفه ای درون گمانه ای SP3D
• پتک ، الوار و ورق برای توليد امواج تراکمی و برشی

روش انجام ازمایش دانهول بر اساس (ASTM D7400)

اساس روش های لرزه نگاری بر این حقیقت استوار است که امواج الاستیک با سرعت های متفاوت در لایه های مختلف زیر سطح سیر می کنند. لذا در این روش ها، امواج در یک نقطه تولید شده و در یک سری نقاط دیگر، زمان رسیدن انرژی منعکس یا منکسره از ناپیوستگی ها یا فصل مشترک لایه های مختلف اندازه گیری می شود. با استفاده از روش لرزه نگاری موقعیت و ساختار لایه های زیرسطحی، مشخص می شود. مهم ترین مزیت روش های لرزه نگاری آزمایش دانهول نسبت به سایر روش های ژئوفیزیکی، این است که با بکارگیری مناسب این روش تفسیر دقیق تر و با وضوح بیشتری از ساختار زیر سطح حاصل می شود.

در کلیه‌ روش ‌های لرزه‌ نگاری پس از ایجاد انفجار و یا ضربات مکانیکی، لرزه ‌‌هایی که بر اثر این انفجار یا ضربات ایجاد شده ‌اند، ثبت می ‌شوند. انفجار در پوسته‌ی بیرونی و در سطح زمین، توسط یک چشمه لرزه ‌ای با توانایی ایجاد یک موج با انرژی بالا ایجاد می ‌شود و تشخیص لرزه ‌ها به منظور ثبت آن‌ ها به شکل سیگنال نیز به کمک سنسورهای صوتی مخصوص انجام می ‌شود. روش ‌های لرزه‌ نگاری برای شناسایی لایه‌بندی خاک در حالت کلی به سه گروه درون گمانه ‌ای، بین گمانه‌ ای و سطحی قابل تقسیم‌ بندی هستند که آزمایش دانهول از نوع درون گمانه ‌ای است.

در ازمایش دانهول ، امواج برشی از طریق یک منبع تولید لرزه که در سطح زمین قرار گرفته، تولید شده و توسط گیرنده ژئوفن که در ته گمانه جاسازی شده است، دریافت می گردد. منبع تولید لرزه، شامل یک چکش و صفحه ای فلزی که به صورت افقی در سطح زمین قرار دارد، می باشد. با اصابت چکش به صفحه فلزی در امتداد طول صحفه، لرزه ایجاد می شود.

به منظور افزایش تنش قائم وارد بر صفحه فلزی در آزمایش دانهول ، معمولا بار چرخ یک وسیله نقلیه به صورت استاتیکی بر روی آن قرار می گیرد.

دقت شود که در ازمایش دانهول گمانه ها می بایست به روش ماشینی حفاری شده و پس از قرارگیری لوله از جنس PVC متناسب با قطر ژئوفون های درون گمانه، اطراف لوله از ماسه ریزدانه با دانه‌بندی یکنواخت پر گردد. به نحوی که لوله کاملا در جای خود ثابت قرار گیرد.

پس از قرار دادن حسگرها و اتصال دستگاه به لپتاپ، لرزه ‌های ایجاد شده توسط ضربات مکانیکی یا ایجاد انفجار در نزدیکی دهانه دانهول، به صورت سیگنال ثبت و در صفحه نمایش مربوطه قابل مشاهده خواهد بود.

در چیدمان ابزارها، موقعیت محور ژئوفن انتها چاه باید به نحوی در نظر گرفته شود که ژئوفن موازی با صفحه افقی سر چاه، قرار گیرد. آزمایش دانهول به طور معمول در فواصل یک متری از طول چاه انجام شده و در هر قسمت سرعت موج برشی از رابطه ساده Vs=ΔR/Δt حاصل می ‌شود.

در رابطه مذکور R فاصله وتری صفحه فلزی از ژئوفن و t زمان دریافت یک موج برشی می باشد. به منظور افزایش دقت اندازه گیری، ممکن است ضربه ها از هر دو سمت (چپ و راست) تولید شود.

اخیرا تست دانهول که با استفاده از ابزار آزمایش نفوذ مخروط لرزه ای (SCPT) که به آن یک شتاب کار اضافه شده است، انجام می شود. با توجه به نفوذ ابزار CPT به داخل گمانه، نیازی به حفاری گمانه پیش از انجام آزمایش موج لرزه ‌ای نیست.

دستگاه لرزه نگار آزمایش دانهول چیست

با استفاده از دستگاه آزمایش دانهول علاوه بر این که در پروژه ‌های عمرانی می‌ توان تیپ زمین را مطابق با استاندارد 2800 ملی ساختمان تعیین کرد، برای تست آسفالت و تست راه‌آهن نیز کاربرد دارد. در صورتی که نیاز به بررسی ساختگاه زیرسطحی تونل و جاده ‌ها و یا اطلاعات لرزه ‌ای معادن باشد نیز، ‌می توان از تست دانهول توسط دستگاه لرزه ‌نگار درون چاهی استفاده کرد. کلیه‌ واحدهای تحقیقاتی و آموزشی نیز برای انجام پروژه ‌های تحقیقاتی خود می ‌توانند آزمایش ‌های لازم را به کمک دستگاه لرزه‌ نگار درون ‌چاهی انجام دهند.

عوامل ایجاد خطا در ازمایش دانهول

عوامل زیر می تواند موجب ایجاد خطا در آزمایش دانهول (Down Hole) گردد. لذا حتی المقدور لازم است تا از انجام ازمایش دانهول در موارد زیر اجتناب گردد.

• نزدیک جاده ها؛ چراکه عبور و مرور خودروها، ایجاد نویز کرده و در نتایج آزمون خلل ایجاد می کند.
• نزدیک ساحل ها؛ چراکه برخورد امواج دریا می تواند ایجاد نویز کرده و در نتایج آزمایش خلل ایجاد کند.
• انجام آزمایش دانهول در نهشته های برجا با خطا همراه است.
• در صورتی که لایه های عمیق تر، نرم تر از لایه های بالایی باشند و یا سطح بین لایه ها نامنظم باشد، انجام ازمایش دانهول با خطا همراه است.