ایستاسازه
En Ar

خانه - مطالب آموزشی - آزمایش لوژان (Lugeon Permeability Test Method)

در مطالعات ژئوتکنیک یکی از مرسوم ترین روش های اندازه گیری نفوذ پذیری توده های سنگی درزه دار در صحرا، روش لوژان می باشد. روش انجام آزمایش لوژان به اینصورت است که ابتدا میزان آب خوری توده تحت یک فشار ثابت اندازه گیری شده و سپس با تغییر فشار آب، منحنی تغییرات خورند آب در برابر فشار آب ترسیم خواهد شد. از تفسیر این نمودار عدد لوژان به دست خواهد آمد. عدد لوژان در واقع نماد غیرمستقیم نفوذپذیری توده های سنگ خواهد بود و طبق تعریف یک واحد لوژان برابر نفوذ پذیری توده سنگی هست که از یک متر طول گمانه حفاری شده در آن، تحت فشار 10 بار، یک لیتر در دقیقه آب بتواند رد شود.

آزمایش لوژان اولین بار در سال 1933 توسط موریس لوژان به منظور برآورد تزریق پذیری و نفوذ پذیری سنگ ها ارائه گردید. این آزمایش اغلب به صورت 5 متری انجام می گیرد که در بعضی مواقع به صورت 4 و 3 متر نیز صورت می پذیرد. بعد از حفر چاه و رسیدن به عمق مورد نظر آزمایش، ابتدا باید مقطع با آب زلال شسته شده و سپس پکر را به اصطلاح پک کرده و بدین صورت گمانه آماده آزمایش خواهد بود. پکر یا از نوع مکانیکی می باشد که با فشار هیدرولیک دستگاه حفاری انجام می شود و یا پکر پنوماتیک است که با فشار آب یا انتقال هوا با شیلنگ پلاستیکی (نایلکس) بروی پکر انجام خواهد شد و سپس کنتوری که قبلا کالیبره شده بر روی مسیر آب زلال بسته شده و یک عدد سه راهی که دقیقا پشت کنتور می باشد و یک عدد مانومتر (گیج فشار) جهت کنترل فشار مقطع بر روی سه راهی بسته خواهد شد. آزمایش لوژان معمولا 75 دقیقه انجام می شود که با توجه به شرایط تغییر خواهد کرد، در مقاطع خشک 5 دقیقه برای پر آب کردن مقطع بدون اعمال فشار در نظر گرفته خواهد شد (اشباع) و در گمانه های دارای سطح آب، با 5 دقیقه پله اول رادها (لوله حفاری) و شیلنگ ها تا سر مقطع انجام خواهد شد.

باید توجه داشت میزان فشاری که برای آزمایش در نظر گرفته خواهد شد، ممکن است برای هر یک از مقاطع در یک گمانه متفاوت باشند. لذا هنگام انجام آزمایش حتما باید به این مورد توجه شود. بعد از اشباع، ۴ مرحله دیگر باقی خواهد ماند، که در ۲ مرحله فشار از حداقل به حداکثر خواهد رسید (رفت) و در دو مرحله فشار از حداکثر به حداقل رسانده خواهد شد. لازم به ذکر است که در هر مرحله، میزان توقف دو بازه ۵ دقیقه ای خواهد بود، به شرط اینکه حداکثر تغییر قرائت کنتور در ۵ دقیقه دوم (نسبت به ۵ دقیقه اول) کمتر از 10 درصد باشد. اگر تغییر بیشتر از 10 درصد باشد باید توقف در آن مرحله ادامه داشته باشد تا تغییر به کمتر از ۱۰درصد برسد، از این رو ممکن است یک ۵ دقیقه یا بیشتر به زمان توقف در آن مرحله اضافه گردد. هنگام ارزیابی نتایج باید دقت شود که فشار واقعی در مقطع با لحاظ نمودن اختلاف ارتفاع بین مانومتر و تراز آب زیر زمینی (یا وسط مقطع مورد آزمایش در نقاطی که آب زیر زمینی وجود ندارد) حاصل می شود. از این رو فشار در مرکز مقطع از رابطه زیر حاصل می شود:

فرمول آزمایش لوژان (2)

که در این رابطه، P فشار در مرکز مقطع مورد آزمایش است، Pm  فشار قرائت شده روی مانومتر ، H1 تراز مانومتر، H2 تراز آب زیرزمینی (یا وسط مقطع مورد آزمایش) می باشد. سپس با استفاده از رابطه روبرو مقدار لوژان به دست خواهد آمد:

فرمول آزمایش لوژان (1)

که در این رابطه، Q جریان آب در مقطع آزمایش بر حسب لیتر در دقیقه است، L طول قطعه آزمایش به متر، t زمانی که درآن دبی Q جریان داشته باشد بر حسب دقیقه و P فشار آزمایش می باشد.

روش و تجهیزات انجام آزمایش لوژان

آزمایش لوژان یا فشار آب، یک آزمون درون چاهی می باشد و بنابراین لازم است برای انجام آن گمانه ای حفاری گردد. به همین دلیل این آزمون معمولاً در جریان حفاری گمانه های اکتشافی صورت می پذیرد. معمولاً روش انجام آزمایش لوژان به اینصورت است که در طرح های آبی در حین حفاری گمانه های اکتشافی و مغزه گیری از سنگ، به موازات پیشروی گمانه آزمون فشار آب هم صورت می پذیرد. 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 می شود. شستشوی گمانه در آزمایش لوژان تا جایی ادامه پیدا می کند که آب کاملاً زلال از گمانه خارج گردد. هدف از شستشوی گمانه تمیز کردن جدار آن و خارج کردن گل و لای از میان درزه های جدار می باشد که این امکان وجود دارد که به طور غیر طبیعی راه نفوذ آب را به محیط اطراف ببندد. پس از شستشو، مسدود کننده هایی (Packer) در دو سر قطعه مورد نظر برای آزمایش نصب می گردد و بدین وسیله دو سر قطعه آب بندی می شود. بدین ترتیب جریان آب را می توان صرفاً به صورت افقی از قطعه مورد نظر به زمین اطراف وارد کرد. باید توجه داشت که مسدود کننده به خوبی راه عبور آب از داخل قطعه به بالا و پایین گمانه را بسته باشد. در غیر این صورت فرار آب از پشت مسدود کننده ها نتایج حاصل از آزمایش را با خطا روبرو می کند. پس از حصول اطمینان از عملکرد مسدود کننده ها، آب تحت فشار وارد قطعه مورد نظر می گردد. این کار معمولاً در ۵ یا ۷ پله فشار انجام خواهد شد.

تجهیزات انجام آزمایش لوژان

1. پمپ آب، که تأمین فشار آب را بر عهده دارد.

2. مسدود کننده ها یا پکرها که وظیفه آب بند نمودن دو سر قطعه مورد آزمایش را به عهده خواهند داشت.

3. کنتور آب، که دبی آب را اندازه گیری خواهد کرد.

4. فشارسنج، که میزان فشار آب را اندازه گیری می کند.

5. منبع آب، که برای تامین آب مورد نیاز در طول آزمایش به کار برده می شود.

6. 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 گردد، به ترتیب به صورت زیر انتخاب خواهند شد (از چپ به راست):

۰.۲۵p، ۰.۵p، ۰.۷۵p، p، ۰.۷۵p، ۰.۵p، ۰.۲۵p

لازم به یادآوری است که حداکثر فشاری که آزمایش لوژان تحت آن انجام می گردد و در ارقام مذکور معادل p در نظر گرفته می شود تابع حداکثر ارتفاع آب مخزن سد در دوران بهره برداری و مشخصات طرح خواهد بود. در شکل 1 به طور شماتیک روند افزایش فشار در یک آزمایش لوژان قابل مشاهده است.

نحوه افزایش فشار در آزمایش‌لوژان به روش ۷ پله ای
نحوه افزایش فشار در آزمایش لوژان به روش ۷ پله ای

باید در اینجا این نکته ذکر شود که در مرحله اول برای ارتقاء فشار از صفر به ۰.۲۵p روند افزایش فشار به آرامی صورت خواهد گرفت و حجم آب نفوذ کرده به زمین در هر پله در فواصل زمانی ۵ دقیقه ای قرائت و ثبت خواهد شد. در صورتی که اختلاف بین دو قرائت از یک پله فشار کمتر از ۱۰ % شود آزمایش در پله فشار مذکور پایان یافته تلقی خواهد شد و افزایش فشار برای پله بعد صورت خواهد گرفت. بنابراین مشخص نمی باشد که هر پله فشار چه زمانی را به خود اختصاص خواهد داد و چه میزان آب در طی آن به داخل زمین نفوذ خواهد کرد. همچنین باید توجه کرد که قبل از شروع آزمایش، قطعه مورد آزمایش را از آب اشباع کنیم و حجم آبی که برای اشباع شدن قطعه به کار می رود در محاسبه نفوذپذیری زمین دخالت ندهیم. برای اشباع نمودن معمولاً به مدت ۱۰ دقیقه آب بدون فشار به صورت ثقلی به محیط تزریق خواهد شد. برای هر پله فشار، یک عدد لوژان به دست خواهد آمد و بنابراین در روش پنج پله ای ۵ عدد لوژان و در روش هفت پله ای، ۷ عدد لوژان به دست می آید. برای انتخاب عدد لوژان نهایی قطعه، محققین روش های متنوعی ارائه کرده اند. در هر صورت عدد لوژان برای هر پله فشار از رابطه زیر به دست خواهد آمد:

فرمول آزمایش‌لوژان (1)

در رابطه بالا Q معادل حجم آب جذب شده در دقیقه برای هر پله فشار می باشد و بر حسب لیتر در دقیقه اندازه گیری خواهد شد. 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 شود، وضعیت جریان آب در توده سنگی آرام گزارش می شود و عدد لوژان نهایی متوسط اعداد حاصله خواهد شد.

در غیر این صورت، بر حسب نظرات محققین نسبت به شناسائی وضعیت جریان آب در توده و انتخاب عدد لوژان تلاش صورت می گیرد. در نشریه شماره ۱۸۸ دفتر امور فنی و تدوین معیارهای سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور که تحت عنوان دستور العمل آزمایش های تراوایی در سال ۱۳۷۸ تهیه شد و بخشی از آن به توصیف و تشریح آزمایش لوژان اختصاص داده شده است، شش حالت برای منحنی های P-Q نمایش داده شده و حالت های مذکور در شکل زیر معرفی گردیده است.

دسته بندی منحنی های آزمایش لوژان در نشریه شماره ۱۸۸
دسته بندی منحنی های آزمایش لوژان در نشریه شماره ۱۸۸

1. در این منحنی ها حالت (الف) معرف حالتی می باشد که جریان آب در ناپیوستگی های توده سنگ وضعیت غیر آشفته ی را شامل می شود. در این شرایط مواد موجود در شکاف ها فرسایش نمی یابد و رابطه بین P-Q خطی خواهد بود.

2. در حالت (ب) جریان در ناپیوستگی ها احتمالاً آشفته می باشد.

3. در حالت (ج) درزه های توده سنگ در اثر افزایش فشار آب باز شده اند. در این حالت فشار P به عنوان فشار شکست هیدرولیکی گزارش گردیده و شکستگی های جدید در سنگ به وجود خواهد آمد.

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

5. در حالت (ه)، بر خلاف حالت (د)، میزان خورند در منحنی برگشت کمتر از منحنی رفت بوده و به عبارت دیگر به علت پر شدن درزه ها میزان نفوذ پذیری محیط کاهش خواهد یافت. متاسفانه به اشتباه، این وضعیت در نشریه شماره ۱۸۸، به عنوان شکست هیدرولیکی معرفی شده است.

6. 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 است.

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

مطالب مرتبط :

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سایر مقاله ها

آزمایش لوفران جهت تعیین نفوذپذیری خاک (Lefranc Permeability Test Method)

آزمایش لوفران یک آزمون درون چاهی می باشد که برای [...]


بیشتر بخوانید

آزمایش پرسیومتری یا فشار سنجی خاک چیست؟ (Pressuremeter Test on Soil)

از جمله قوی ترین و پرکاربرد ترین آزمایش های صحرایی [...]


بیشتر بخوانید

آزمایش نفوذ مخروط CPT و پیزوکون (Cone Penetration Test & Piezocone)

آزمایش نفوذ مخروط (Cone penetration Test) بر اساس نفوذ پيوسته [...]


بیشتر بخوانید

دیوار حائل چیست؟ (Retaining wall)

دیوار حائل، سازه‌ای می باشد که برای پایدارسازی توده ‌ای [...]


بیشتر بخوانید