معرفی آزمایش لوژان و نحوه انجام آن

معرفی آزمایش لوژان و نحوه انجام آن

مرسوم ترین روش اندازه گیری نفوذ پذیری توده های سنگی درزه دار در صحرا، آزمایش لوژان شیوه ابداع شده توسط لوژان در سال ۱۹۳۳ است.

در این روش که به نام آزمایش لوژان موسوم است، ابتدا میزان آب خوری توده تحت یک فشار ثابت اندازه گیری می شود و سپس با تغییر فشار آب منحنی تغییرات خورند در برابر فشار آب ترسیم می شود.

از تفسیر این نمودار در آزمایش لوژان عدد لوژان به دست می آید.

عدد لوژان در واقع نماد غیر مستقیم نفوذ پذیری توده های سنگ است و طبق تعریف یک واحد لوژان معادل نفوذ پذیری توده سنگی است که از یک متر طول گمانه حفاری شده در آن، تحت فشار ۱۰ بار، یک لیتر در دقیقه آب عبور کند.

با توجه به اینکه تعیین نفوذ پذیری زمین در این روش با سیستم آب تحت فشار انجام می شود این آزمون را به نام آزمایش فشار آب نیز می شناسد.

از زمان ابداع آزمایش لوژان در سال ۱۹۳۳ تاکنون محققین مختلف برای تفسیر منحنی های آن به اظهار نظر پرداخته اند و همچنان در این زمینه کاوش های ارزشمندی در سطح جهان انجام می شود.

توجه : برای آشنایی با انواع آزمایش های صحرایی در مکانیک خاک اینجا کلیک کنید.

روش و ابزارهای انجام آزمایش لوژان

آزمایش لوژان یا فشار آب یک آزمون درون چاهی است و بنابر این لازم است برای انجام آن گمانه ای حفاری شود.

به همین دلیل این آزمون معمولاً در جریان حفاری گمانه های اکتشافی انجام می شود.

معمولاً 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، سر مته ها و ادوات حفاری از چاه بیرون کشیده شده و جدار گمانه به طور کامل شستشو داده می شود.

شستشوی گمانه در آزمایش لوژان تا جایی ادامه می یابد که آب کاملاً زلال از گمانه خارج شود.

هدف از شستشوی گمانه تمیز کردن جدار آن و خارج نمودن گل و لای از میان درزه های جدار است که ممکن است به طور غیر طبیعی راه نفوذ آب را به محیط اطراف ببندد.

پس از شستشو مطابق آنچه در شکل ۱ نشان داده شده است، مسدود کننده هایی (Packer) در دو سر قطعه مورد نظر برای آزمایش نصب می شود و بدین وسیله دوسر قطعه آب بندی می گردد.

تجهیزات آزمایش لوژان

شکل ۱ : تجهیزات آزمایش لوژان

بدین ترتیب جریان آب می تواند صرفاً به صورت افقی از قطعه مورد نظر به زمین اطراف وارد شود.

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.

سیستم و ابزارهای آزمایش لوژان به قرار زیر می باشند:

  • پمپ آب، که تأمین فشار آب را به عهده دارد.
  • مسدود کننده ها یا پکر که وظیفه آب بند کردن دو سر قطعه مورد آزمایش را به عهده دارند.
  • کنتور آب، که دبی آب را اندازه گیری می کند.
  • فشارسنج، که میزان فشار آب را اندازه گیری می نماید.
  • منبع آب، که برای تامین آب مورد نیاز در طول آزمایش به کار گرفته می شود.
  • سیستم تولید و انتقال فشار گاز برای باد کردن پکرها (در صورت نیاز)

پله های فشار معمولاً در حالتی که آزمون هفت پله ای انجام می شود، به ترتیب معادل (از چپ به راست) ۰.۲۵p، ۰.۵p، ۰.۷۵p، p، ۰.۲۵p، ۰.۵p، ۰.۷۵p 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 تابع حداکثر ارتفاع آب مخزن سد در دوران بهره برداری و مشخصات طرح است.

در شکل ۲ به طور شماتیک روند افزایش فشار در یک آزمایش لوژان نشان داده شده است.

آزمایش لوژان چیست ؟

شکل ۲ : نحوه افزایش فشار در آزمایش لوژان به روش ۷ پله ای

قابل ذکر است که در مرحله اول برای ارتقاء فشار از صفر به ۰.۲۵p 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.

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 معمولاً به مدت ۱۰ دقیقه آب بدون فشار به صورت ثقلی به محیط تزریق می شود.

برای هر پله فشار یک عدد لوژان به دست می آید.

بنابراین 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 که در بخش بعدی این پست مورد بحث واقع شده است.

در هر صورت عدد لوژان برای هر پله فشار از رابطه زیر به دست می آید :

آزمایش لوژان

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.

در نشریه شماره ۱۸۸ دفتر امور فنی و تدوین معیار های سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور که تحت عنوان دستور العمل آزمایش های تراوایی در سال ۱۳۷۸ تهیه گردیده و بخشی از آن به توصیف و تشریح آزمایش لوژان اختصاص یافته است، شش حالت برای منحنی های P-Q نمایش داده شده است .

حالت های مذکور در شکل ۳ معرفی شده اند.

در این منحنی ها حالت (الف) معرف حالتی است که جریان آب در ناپیوستگی های توده سنگ وضعیت غیر آشفته دارد.

در این شرایط مواد موجود در شکاف ها فرسایش نمی یابد و رابطه بین P-Q خطی است.

در حالت (ب) جریان در ناپیوستگی ها احتمالاً آشفته است.

در حالت (ج) درزه های توده سنگ در اثر افزایش فشار آب باز شده است.

در این حالت فشار P به عنوان فشار شکست هیدرولیکی گزارش شده و در اثر شکستگی های جدید در سنگ به وجود می آید.

در حالت (د) مواد پر کننده درزه ها در حین آزمایش شسته شده اند و بر همین اساس تراوایی، که به افزایش فشار به طور نمایی منجر شده است، پس از کاهش فشار همچنان مقادیری بیش از منحنی رفت خود را دارد.

در حالت (ه)، بر خلاف حالت (د)، میزان خورند در منحنی برگشت کمتر از منحنی رفت بوده است.

به عبارت دیگر به علت پر شدن درزه ها میزان نفوذپذیری محیط کاهش یافته است.

متاسفانه به اشتباه این وضعیت در نشریه شماره ۱۸۸ ، به عنوان شکست هیدرولیکی معرفی شده است.

در حالت (و)، بر اساس نشریه شماره ۱۸۸، در حین آزمایش مواد پر کننده درزه ها جابجا شده و کمی دورتر از مقطع آزمایش نهشته شده اند.

دسته بندی منحنی های آزمایش لوژان

شکل ۳ : دسته بندی منحنی های آزمایش لوژان در نشریه شماره ۱۸۸

دیدگاه‌ها ۰


ارسال تیکت جدید