AB SANG AZMA (آسا)
مهندسین مشاور آب سنگ آزما (رسته کارهای ژئوتکنیک و ابزار دقیق) AB SANG AZMA Consulting Engineers
منوی کاربری





آمار ورودی کشورها
free counters
مترجم
Select an item:

مدیران سایت

تبلیغات

اهم فعالیتها شرکت

آساکو

7 آذر 1391 12:20 | نویسنده : asaco

طبقه بندی خاک

طبقه بندی زمینها :
زمین هایی که با خاک ریزی دستی پر شده است :
این نوع زمین ها که عمق بیشتری دارند درآن با خاکهای دستی محل گودال ها را پر کرده اند اگر سالهای متمادی هم بگذرد، باز نمی تواند جای زمین طبیعی را بگیرد ، این نوع زمین برای ساختمان سازی اصلا َ مناسب نیست ودر صورت نیاز باید پی کنی در آنها به طریقی انجام گیرد که پی ها به زمین طبیعی یا زمین سفت برسد . و بنابراین از روشهائی همچون شمع کوبی باید استفاده کرد.
زمینهای ماسه ای :
زمینهای ماسه ای بیشتر در کنار دریا وجود دارد . اگر زمین از ماسه خشک تشکیل شده باشد ، تا یک طبقه وزن ساختمان را تحمل می کند .این نوع زمین ها 1.5 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع می تواند فشارتحمل کند . ولی در صورتی که ماسه آبدار باشد قابل ساختمان سازی نیست ، چون ماسه آبدار حالت لغزندگی دارد و قادر نیست که بار وارده را تحمل کند بنابراین ماسه از زیر پی می لغزد و جای خالی خود را به پی می دهد و پایه را خراب می کند .
زمینهای دجی :
زمین دجی زمینی است که از شنهای درشت و ریز و خاک به هم فشرده تشکیل شده است و به رنگهای مختلف دیده می شود :دج زرد ، دج سیاه ، دج سرخ ، این نوع زمین ها برای ساختمان مرغوب و مناسب می باشند .

زمینهای رسی :
اگر رس خشک و بی آب و فشرده باشد ، برای ساختمان زمین خوبی محسوب می شود ، و تحمل فشار لازم را دارد . ولی اگر رس آبدار و مرطوب باشد قابل استفاده نیست و تحمل فشار ندارد ، خصوصاً اگر ساختمان در زمین شیب دار روی رس آبدار ساخته شود فوری نشست می کند و جاهای مختلف آن ترک بر می دارد و خراب می شود . و اگر ساختمان در زمین آبدار با سطح افقی ساخته شود به علت وجود آب فشار را به همه نقاط اطراف خود منتقل می کند و دیوارهای کم ضخامت آن ترک بر می دارد .

زمینهای سنگی :
زمینهای سنگی بیشتر در دامنه کوهها وجود دارد و از تخته سنگها ی بزرگ تشکیل شده و برای ساختمان بسیار مناسب است .

زمینهای مخلوط :
این نوع زمینها از سنگ درشت و شن و خاک رس تشکیل شده اگر این مواد کاملا به هم فشرده باشند برای ساختمان بسیار مناسب هستند و اگر به هم فشرده نباشد و باید از ایجاد ساختمان به روی این نوع زمینها احتراز کرد .

زمینهای بی فایده :
زمینهای بی فایده مانند باتلاق ها و زمینهای جنگل که از خاک و برگ درختان تشکیل شده است . در این نوع مکان ها، آنقدرزمین باید کنده شود تا به زمین سفت و طبیعی رسیده شود.

آزمایش زمین :
گاهی پس از پی کنی به طبقه ای از زمین محکم و سفت می رسند و پی سازی را شروع می کنند ولی پس از چندی ساختمان ترک بر می دارد . علت آن این است که زمین سفتی که به آن رسیده اند از طبقهُ نازکی بوده است و متوجه آن نشده اند ولی برای اطمینان در جاهای مختلف زمین می زنند تا از طبقات مختلف زمین آگاهی پیدا کنند و بعد شفته ریزی را شروع می کنند این عمل را در ساختمان گمانه زنی (سنداژ) می گویند .

پیاده کردن نقشه:
پیاده کردن نقشه روی زمین قبل از گود برداری و یاهر نوع عملیات اجرائی بجز برداشتن خاکهای سطحی و گیاهی و کندن بوته ها به عمق 15تا 25 سانتیمتر ، صورت میگیرد .

برای پیاده کردن نقشه روی زمین دو مشخصه بر وکف باید معین باشد.
مقصود از بر امتداد معینی نظیر محور یک خیابان ، امتداد کانال آب و یا امتداد شمال و جنوب مغناطیسی است ،که قبلا َدر روی نقشه معین ومشخص شده و زاویه یکی از امتداد های نقشه ،پلان، نسبت به آن معلوم شده است، می باشد . درشهرها معمولا َ امتداد محور خیابان و یا کوچه ی مجاور محل اجرای ساختمان را بعنوان امتداد معین بر تعیین و در نظر میگیرند .در پروژه های بزرگ و یا خارج از شهر که امتداد مشخصی در دسترس نیست ممکن است امتدادهای مشخص دیگر و در صورت لزوم امتداد شمال و جنوب مغناطیسی ،را بعنوان بر در نظر بگیرند .با مشخص بودن بر پیاده کردن امتداد یکی ازاضلاع ساختمان که نسبت به آن مشخص شده است و در نتیجه پیاده کردن سایرامتداد ها ،به طور کلی پلان ساختمان ،امکان پذیر خواهد بود.

در صورتیکه ساختمان کوچک و امتداد معین در نظر گرفته شده به محل اجرای ساختمان نزدیک باشد ،پیاده کردن نقشه با وسائل ساده نظیر متر ،گونیا و شمشه تراز نسبتا َ راحت وامکان پذیر است ولی پیاده کردن ساختمانها بزرگ ومهم ، مخصوصا َ موقعی که امتداد معین در نظر گرفته شده نزدیک محل ساختمان نباشد ،امکان پیاده کردن نقشه با وسائل ساده و فوق الذکر ،با دقت لازم و کافی وجود ندارد و لزوما َباید از وسائل نقشه برداری نظیر تئودلیت و تراز یاب استفاده کرد .

مقصود از تعیین کف نیز معین کردن ارتفاع نقاط مختلف پروژه از سطح معلوم و معینی است این موضوع در کلیه ساختمانهای شهری ، نظیرمنازل مسکونی ،معمولا َسطح خیابان و یا کوچه مجاور را بعنوان سطح مبنا در نظر میگیرند ولی موقعی که ساختمان در محوطه نسبتا َ وسیعی ساخته می شود ، و یا محل اجرای پروژه دور از عوارض معینی باشد ، ارتفاع قسمتها ویا بلوکهای مختلف پروژه را نسبت به سطحی که قبلا َدر نظر گرفته اند و یا گاهی نسبت به سطح دریا می سنجند. در هر صورت در تمام مواقع مبنائی برای ارتفاعات و مقایسه باید درنظر گرفت تا امکان تعیین و سنجیدن ارتفاع قسمتها و نقاط مختلف ساختمان نسبت به آن و نسبت به یکدیگر و پیاده کردن آنها میسر باشد.

 



لینک ثابت

موضوع : بخش ژئوتکنیک / مقالات بخش ژئوتکنیک




7 آذر 1391 12:10 | نویسنده : asaco

خاک شناسی

 

آیا تا به حال اندیشیده اید که محل ساختمان محل سکونت شما بر چه نوع خاکی بنا شده است؟ آیا تا به حال در مورد اهمیت نوع خاک در پایداری سازه ها اندیشیده اید؟ آیا در هنگام ساخت ساختمانها به و ضعیت آبهای زیرزمینی و وجود حفره ها و کوره ها یا قناتها در نزدیکی ساختمان خود دقت کرده اید؟ آیا تا به ساختمانهایی که در کناره خاکبرداریها بنا شده اند نظر کرده اید؟آیا به چگونگی خاک در محل شیب کوهها فکر کرده اید؟

سوالات بسیاری از این قبیل در اهمیت تاثیر وضعیت شرایط خاک در استحکام و پایداری ساختمانها چه در وضعیت ایستایی وچه بعد از وقوع زلزله قابل مطرح شدن است.پس بیایید ابتدا خاک رابهتر بشناسیم. بطورکلی خاکها از فرسایش سنگها و در دراز مدت تشکیل شده ، در محل خود رسوب کرده یا انتقال می یابند. خاکها دارای اندازه ذرات متفاوتی بوده و در یک تقسیم بندی بسیار کلی خاکها در طبیعت به صورت خاکهای رسی ،‌ سیلتی ، ماسه ای ، شنی و قطعات سنگی تقسیم می شوند.خاکهای سطحی عموما ترکیبی از خاکهای فوق و خاکهای نباتی می باشند. خاکها از لحاظ تراکم ساختمانی به شکل شل، نیمه متراکم و متراکم وجود دارند. خاکها علاوه بر تفاوت در ریزدانه و درشتدانه بودن دارای چسبندگی و قفل و بستهای متفاوتی می باشند. خاکهای رسی اشباع عموما دارای چسبندگی قابل توجهی بوده لیکن خاکهای سیلتی و ماسه ای از چسبندگی کمتری برخوردارند. خاکهای مناطق مختلف ، بدلیل خصوصیات مختلف ، دارای استحکام و مقاومت های متفاوت هستند و همچنین در اثر بارهای وارده نشست های متفاوتی از خود بروز می دهند. بطور کلی وجود رطوبت در خاکها باعث کاهش پارامترهای مقاومتی می شود.
قبل از احداث هر بنا چه ساختمان ساده چند طبقه و چه پلها ، تونلها ، سدها وغیره انجام عملیات شناسایی خاکها (عملیات شناسایی ژئوتکنیکی ) امری ضروری است . امروزه مهندسین بیش از پیش به اهمیت شناسایی خاکها قبل از احداث ساختمان بر آن پی برده اند.عملایت شناسایی خاکها به دو گروه عملیات شناسایی صحرایی و عملیات آزمایشگاهی تقسیم می شوند. در عملیات صحرایی عملیات حفاری دستی یا ماشینی و نمونه گیری ، شناسایی زمین شناسی ،‌ شناسایی پارامترهای آب وهوایی و همچنین آزمایشهای درجای صحرایی و در آزمایشگاه ، آزمایشهای آزمایشگاهی انجام می گیرد. و در نهایت پس از بررسی ها و مطالعات مقدار مقاومت خاک برای پی ها ی مختلف ارائه می شود. این مطالعات در عملیات ساختمان سازی ار اهمیت بسزایی برخوردار می باشد و با توجه به این مطالعات می توان پی و فونداسیون مناسب را با توجه به بارهای وارده تعیین نمود. پی ها به طور کلی به دو گروه پی های سطحی و پی های عمیق تقسیم می شوند. پی های سطحی همان پی های متداول در شهرها هستند که به صورت پی تک ، نواری و گسترده(رادیه) می باشند.
پی های عمیق همان شمعها می باشند که در شرایطی که مقاومت خاک برای پیهای سطحی کفایت نمی کند از این پی استفاده می شود.این نکته لازم به ذکر است که تعیین نوع پی هم به نوع سازه و هم به مقاومت خاک بستگی دارد. بنابراین ممکن است برای دو ساختمان کاملا مشابه در دو محل خاکی متفاوت پی های متفاوت پیشنهاد شود.در آخر باز متذکر می شویم که پیش از ساخت سازه ها به مسئله خاک آن توجه کنیم. سازه خود را بر هر خاکی ننهیم ، قبل ساخت سازه ها در دامنه شیبها با متخصص آن مشورت کنیم و بدانیم هز قدر سازه ما محکم باشد اگر بر خاکی ضعیف بنا شود ، در اینده با مشکل مواجه خواهد شد.
به نظر می‌رسد که انسان اولیه تا زمانی که مواد غذایی خود را از طریق شکار بدست می‌آورده، چندان توجهی به خاک نداشته است، ولی بتدریج که کشت جایگزین شکار می‌شده، اهمیت خاک نیز افزایش یافت. این تغییر روش در حدود ۹۰۰۰ سال پیش در کوههای زاگرس و خوزستان و قسمتی از عراق امروزی بین رودخانه‌های دجله و فرات صورت گرفته و در واقع اولین انقلاب کشاورزی در ایران آغاز شده است.
●خاک چیست؟
خاک مخلوط پیچیده ای از مواد معدنی، آلی و موجودات زنده است. خاک یکی از محصولات محیط است که دائماً در معرض تغییر و نمو قرار دارد. خاک همیشه و در همه حال توسعه می یابد حال یا به آهستگی در مناطق خشک و یا سریع در مناطق مرطوب.
در سالهای دور خاک بعنوان بخش بی ارزش پوسته زمین به شمار می رفت. تا اینکه در سال ۱۸۸۰ میلادی توسط دانشمندی روسی به نام “داکوچائف” بعنوان بخشی زنده و دارای ارزش مورد مطالعه قرار گرفت.خاک مخلوط پیچیده ای از مواد معدنی، آلی و موجودات زنده است. خاک یکی از محصولات محیط است که دائماً در معرض تغییر و نمو قرار دارد. خاک همیشه و در همه حال توسعه می یابد حال یا به آهستگی در مناطق خشک و یا سریع در مناطق مرطوب.خاک با یک تکه سنگ خرد شده و یا یک لایه جرم کثیف متفاوت است، خاصه مهم خاک این است که زنده است و موجودات زنده را می پروراند که مثال بارز آن گیاهان هستند. به دیگر بیان میتوان خاک را پوسته ای از زمین نامید که بدون آن زمین خواهد مرد.پوسته زمین ( در اینجا خاک) بوسیله باد، آب یا فعالیتهای انسان فرسوده می شود و از دیگر سو توسط فرآیند هوا زدگی سنگها یا بعبارت درست تر مواد مادری مجدّداً احیا یا نو می شود. خاک با دیمانسیون سه بعدی تعریف می شود یعنی ارتفاع به علاوه مساحت.
هنگامی که در جاده ای شما در حال حرکت هستید به مقطع بریده تپه کنار جاده ( مقطع طبیعی ) نگاه کنید. می بینید که خاک روی آن، از لایه های مختلفی با رنگهای متفاوت تشکیل شده است. دقت کنید که به چه ترتیبی ضخامت لایه های منفرد از بالا به پائین تغییر می کند. چرا لایه های پائینی خاک تپه معمولاً ضخیم تر هستند؟ چرا لایه بالائی خاک تیره تر است؟ پاسخ همه این سئوالها به چگونگی تشکیل خاک بر می گردد.به دیگر بیان میتوان خاک را پوسته ای از زمین نامید که بدون آن زمین خواهد مرد.تصویر از رایزو باکتریای خاک تهیه شده است.تصور هر شخص از خاک بر اساس استفاده ای است که از آن می کند.یک مهندس عمران، از خاک بعنوان زیر بنا و مهد ساختمان، جاده و بزرگراه نگاه می کند.یک مهندس معدن، خاک را پوششی می بیند که باید آنرا بردارد تا به معادن و کانی های گرانبها دست پیدا کند.یک طراح فضای سبز به خاک بعنوان منبعی برای ساخت یک پارک یا باغ زیبا می نگرد.
و بالاخره، مهندسین کشاورزی و منابع طبیعی به خاک بعنوان منبعی برای تولید محصولات کشاورزی و جنگل نگاه می کنند.ما می توانیم و باید علوم متداول مثل شیمی، فیزیک و بیولوژی را در مطالعات خاک بکار ببریم. همانطوری که بسیاری از دانشمندان در طول سالیان متمادی اینکار را انجام داده اند. ولی تحقیقات اخیر نشان دهنده این است که باید تحقیقات خود را تنوع ببخشیم و تغییراتی در آن بوجود آوریم. چالش پیش روی ما نگاه به کل سیستم طبیعی همراه با پیشرفت علوم در سایر زمینه ها و روابط متقابل بین آنهاست.
آیا میتوان روی موجودات زنده خاک بدون توجه به محیط زیست مطالعه نمود؟ آیا میتوان یک ذره از خاک را بدون در نظر گرفتن ذرات کنار آن در یک خاکدانه مطالعه نمود؟ مشخصاً، دانش بیشتری را باید بدست آوریم. اگر چشمان خود را بیشتر باز کنیم تا از ماورای حصاری که علوم متداول یاد شده برای ما ترسیم نموده اند و با زاویه ای دیگر به مسائل بنگریم. دانشمندان خاک (خاکشناسی) در زمینه های شیمی، فیزیک و بیولوژی در اندیشه چنین کاری خواهند بود، به شرطی‌که وقتی به خصوصیات فیزیکی، شیمیائی و بیولوژیکی خاک فکر می کنند، پویایی و روابط متقابل آنرا از یاد نبرند…
● اجزا اصلی خاک:
۴ جز اصلی خاک عبارتند از: مواد معدنی ، مواد آلی ، آب و هوا. این اجزا بطور نزدیکی در ارتباط با یکدیگر هستند. بطوری که جدا کردن آنها مشکل است. حجم نسبی این اجزا که برای رشد گیاه مناسب باشد، بدین صورت است که در آن ۵۰ درصد بوسیله مواد جامد (۴۵ درصد مواد معدنی و ۵ درصد مواد آلی) اشغال شده و ۵۰ درصد بقیه شامل فضای منافذ است که بوسیله آب یا هوا اشغال می‌شوند. البته این نسبت آب و هوا بسیار متغیر بوده و تحت تاثیر شرایط خاک و جو قرار می‌گیرد.
●برخی تعاریف مربوط به خاک:
خاکفرد(Soil individual): پیکره ای از خاک است که خصوصیات پروفیلی اش در یک منطقه جغرافیایی خاص از لحاظ نظم و ترکیب منحصر به فرد است.
خاکرخ(پروفیل خاک): عبارتست از نمای عمودی افقهای یک خاکفرد.
خاک فعال(Solum): یک پروفیل ناقص خاک است که عبارتست از تکوین ژنتیکی خاک بوسیله نیروهای سازنده
خاک بعد خاک(Soil sequum): خاکها پیکره هایی می باشند که یکسری خصوصیات را در سه بعد مختلف نشان می دهند. اول بعد عمودی خواص خاک را می توان نام برد که از سطح خاک یا مرز تماس خاک با هوای آزاد شروع شده و تا عمقی که مواد از آن ژرفا به بعد زیر تاثیر و نفوذ فرآیندهای خاک زایی(پدوژنی) نیستند(مواد زمین شناختی) ادامه می یابد. بعد جانبی توالی خاک تن های مجاور از خاک تن مورد نظر در جهت افقی می باشد.
پدون(Pedon): کوچکترین حجمی را که بصورت یک خاکفرد می توان تشخیص داد، پدون نامیده می شود.
پلی پدون(Polypedon): یک حجم خاک، در جای خود که در برگیرنده بیش از یک پدون باشد، پلی پدون نامیده می شود.
خاک تن(Soil body): توده خاک را خاک تن می نامند و در حقیقت یک خاک تن بر روی زمین، همان خاکفرد واقعی است.
●جغرافیای خاک:بر اساس تعریف بانتینگ(۱۹۶۷) جغرافیای خاک دربرگیرنده مطالعه توزیع و مورفولوژی خاک در ارتباط با آثار بیرونی و فرآیندهای درونی است.هوبل و کامبل(۱۹۸۵) به این نکته اشاره دارند که برای جغرافیای خاک دو دیدگاه وجود دارد. دیدگاه سنتی تر روی مطالعه توزیع جغرافیایی رده ویژه خاک تمرکز دارد و بر ویژگیها و پیدایش آنها، وابستگیهایشان با محیط و انسان و موقعیت های جهانی و ناحیه ای تاکید می کند. دیدگاه دیگر درباره جغرافیای خاک بر مطالعه رخداد واحدهای نقشه بر روی زمین در شکلها و الگوهای ویژه و اهمیت این الگوها برای شناسایی تاکید دارد؛ گر چه پروفیل خاک را نیز در نظر می گیرد.
● پروفیل یا نیمرخ خاک : اگر قسمتی از خاک به طرف پایین حفر شود، لایه‌های افقی مشخصی در عمقهای مختلف آن به چشم می‌خورد. این مقطع را پروفیل خاک و لایه‌های مشخص آن را افق گویند. تمام افقهای بالای مواد مادری بطور جمعی Solum نامیده می‌شوند. مشخصات پروفیل خاک برای طبقه بندی و ارزیابی و نقشه برداری خاک بکار می‌رود.
لایه‌های بالایی پروفیل ، دارای مواد آلی بیشتری بوده و به همین علت رنگ آنها تیره است. این لایه‌ها را خاک سطح‌الارضی Top Soil گویند. لایه‌های عمیق‌تر خاک یا خاک تحت‌الارضی SubSoil به علت کمی مواد آلی رنگ روشن‌تری دارند و محل تجمع موادی هستند که از لایه‌های سطح‌الارضی شسته شده‌اند. مهمترین قسمت خاک از نظر رشد گیاهان لایه‌های سطح‌الارضی آن است که بیشتر مواد غذایی و آب قابل جذب گیاهان در این لایه‌ها متمرکز می‌شود و ریشه‌های گیاهان در اینجا یافت می‌شود.
● ساختمان خاک :نحوه قرار گرفتن و چگونگی اجتماع ذرات خاک را ساختمان آن می‌گویند. گرچه در یک پروفیل خاک ممکن است یک نوع ساختمان بیش از سایرین دیده شود، ولی معمولا در افقها یا لایه‌های مختلف ممکن است، چند نوع ساختمان یافت شود. بسیاری از خواص فیزیکی خاک مانند حرکت آب ، تهویه ، انتقال حرارت ، وزن مخصوص ظاهری و فضای منافذ به ساختمان خاک بستگی دارد. در واقع تمام عملیات از قبیل شخم و زهکشی ، دادن کود حیوانی و آهک زدن که برای بهبود وضعیت فیزیکی خاک انجام می‌شود، روی ساختمان خاک اثر گذاشته و تاثیری روی بافت آن ندارد. ساختمانهای موجود از یکی از دو حالت زیر بوجود می‌آید: تک دانه‌های ذرات خاک که بطور فردی وجود داشته و اجتماع مشخصی از ذرات در آنها صورت نگرفته است.توده‌های فشرده و بی شکل و نامنظمی از ذرات که هیچ خصوصیات ساختمانی مشخصی ندارند.
● انواع ساختمانهای خاک:
برحسب شکل ظاهری ۶ نوع ساختمان را می‌توان در خاک تشخیص داد. این ساختمانها به اسامی بشقابی ، ستونی ، منشوری ، مکعبی ، فندقی ، دانه‌ای و اسفنجی شناخته می‌شوند.▪ ساختمان بشقابی: توده‌های خاک به صورت لایه‌های نازک افقی روی هم قرار گرفته‌اند. بیشتر در لایه‌های سطحی خاک وجود دارند، ولی گاهی در لایه‌های عمیق هم دیده می‌شوند.
▪ ساختمانهای ستونی و منشوری : توده‌های خاک بطور عمودی روی هم قرار گرفته‌اند، ارتفاع ستونهای حاصل متغیر و قطر آنها گاهی به ۱۵ سانتیمتر می‌رسد. بیشتر در لایه‌های عمیق خاک مناطق خشک و نیمه خشک دیده می‌شود. در صورتی که بالای این ساختمانها گرد باشد، آنها را ستونی و اگرا مسطح باشد، آنها را منشوری گویند.
▪ ساختمانهای مکعبی و فندقی : توده‌های خاک به صورت مکعبهایی با سطوح نامنظم ، ولی ابعاد تقریبا مساوی در آمده‌اند. اگر لبه‌های سطوح بیشتر تیز و مشخص باشد، ساختمان را مکعبی و اگرا این لبه‌ها صاف شده باشد، ساختمان را فندقی گویند. این نوع ساختمان در لایه‌های عمیق خاک دیده می‌شود.
▪ ساختمانهای کروی (دانه‌ای یا اسفنجی) : توده‌های خاک شکل گرد داشته و قطر آنها معمولا از یک سانتیمتر کمتر است. این ساختمانها کاملا متخلخل بوده و اتصال بین ذرات ضعیف است (دانه‌ای) و درصورتی که ساختمان کاملا باز و درجه تخلخل زیاد باشد، ساختمان را اسفنجی گویند. ساختمانهای کروی بیشتر در لایه‌های سطحی خاک یافت می‌شوند و به آسانی تحت تاثیر عملیات زراعی قرار می‌گیرند.
● خصوصیات فیزیکی، شیمیائی و بیولوژیکی
▪ خصوصیات فیزیکی خاک‌ها مرکب از سه فاز یا حالت جامد، مایع و گاز هستند. مطالعه فیزیکی این سه فاز، فیزیک خاک نام دارد و مشتمل بر موارد زیر میباشد:
-دانسیته و تخلخل- بافت- ساختمان- رنگ- نگهداری و حرکت آب در خاک هر چند بیشتر این خصوصیات خاک از مواد مادری آن به ارث می رسند ولی بعضی تلاشهای انسانی می توانند برخی از این خصوصیات را تغییر دهند بطوریکه حاصل خیزی خاک تامین شود. ساختمان مدوری که در شکل دیده می شود یک نمونه از خاکی است که نمک های سدیمی زیادی دارد. محصولاتی که در چنین خاکهائی رشد می کنند مشکلات فراوان نفوذپذیری ریشه های گیاهی را خواهند داشت.
▪ خصوصیات شیمیائی مطالعات مربوط به خواص شیمیائی خاک به خصوصیات شیمیائی خاک که بستگی به ترکیب معدنی، مواد آلی و محیط دارد، می پردازد.
همانطور که می دانیم، واکنش‌های شیمیائی هنگامی رخ می دهند که مواد یا ترکیب و یا تجزیه شوند بطوریکه با مواد اولیه از نظر ماهوی تفاوت دارند. واکنش ها در حین انجام یا انرژی از دست می دهند یا انرژی خواه هستند. مواد جدید وقتی بوجود می آیند که پیوندهای بین اتمها یا یونها تشکیل می شود، پیوندهائی شکسته می شوند و یا وقتی اتمها آرایش جدیدی به خود می گیرند. یونها اتمهائی هستند که بواسطه از دست دادن یا گرفتن الکترون ها باردار شده اند، مثبت یا منفی. یونهای با بار مخالف همدیگر را جذب می کنند،در حالیکه یونهای با بار یکسان همدیگر را دفع می کنند. یک مثال ساده ترکیب اکسیژن و هیدروژن و تشکیل آب است.فهم شیمی خاک در فهم تشکیل خاک و حاصلخیزی نقش مهمی دارد. چگونگی شکسته شدن سنگها و کانی ها و تبدیل آنها به ترکیبات جدید برای درک چگونگی هوا دیدگی و فرسایش خاک ضروری است. نیزچگونگی تبدیل و تشکیل مواد معدنی خاکها منجر به حاصلخیزی بهتر و روشهای برتر آزمایشهای خاک منجر می شود. تصویر، یک مقطع نازک از مواد مادری خاک را زیر یک میکروسکوپ پلاریزان نشان می دهد.
در این تصویر، به ترتیب پیچیده و اندازه کانی ها و ساختمانهای متخلخل توجه کنید . هر کانی دارای قابلیت حلالیت و همچنین مقاومت به هوادیدگی منحصر بفرد می باشد . در کانی های مشابه ، ذرات کوچکتر سریعتر حل می شوند به علت اینکه دارای سطح تماس ( در واحد جرم ) بیشتری هستند و این سطح در معرض فرایند هوا دیدگی می باشند.
▪ خصوصیات بیولوژیکی بیولوژی خاک مطالعه موجودات زنده در خاک است . تعداد زیادی باکتری ، قارچ ، اکتینو مایست ، کرمها ، حشرات ، پستانداران و جوندگان کوچک در خاک زندگی می کنند . بسیاری از این موجودات زنده به تامین حاصلخیزی خاک بواسطه تجزیه باقیمانده های گیاهی و جانوری که منجر به گردش مجدد عناصر غذایی می شود کمک می کنند . تاثیر متقابل بین موجودات مختلف یک موضوع بسیار جالب در علم خاک است . یک مثال از این تاثیر متقابل همیاری باکتری با ریشه گیاهان است که در تصویر نشان داده شده است .اغلب این همیاری به فواید دو طرفه منجر میشود.
خاک‌ها مخلوطی از مواد معدنی و آلی می‌باشند که از تجزیه و تخریب سنگ‌ها در نتیجه هوازدگی بوجود می‌آیند که البته نوع و ترکیب خاک‌ها در مناطق مختلف بر حسب شرایط ناحیه فرق می‌کند. مقدار آبی که خاک‌ها می‌توانند بخود جذب کنند. از نظر کشاورزی و همچنین در کارخانه‌های راه‌سازی و ساختمانی دارای اهمیت بسیاری است که البته این مقدار در درجه اول بستگی به اندازه دانه‌های خاک دارد.هرچه دانه خاک ریزتر باشد، آب بیشتری را به خود جذب می‌کند که این خصوصیت برای کارهای ساختمان‌سازی مناسب نیست. بطور کلی خاک خوب و حد واسط از دانه‌های ریز و درشت تشکیل یافته است. تشکیل خاک‌ها به گذشت زمان ، مقاومت سنگ اولیه یا سنگ مادر ، آب و هوا ، فعالیت موجودات زنده و بالاخره توپوگرافی ناحیه‌ای که خاک در آن تشکیل می‌شود بستگی دارد.
●عوامل موثر در تشکیل خاک
▪سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر :کمیت و کیفیت خاک‌های حاصل از سنگ‌های مختلف اعم از سنگهای آذرین ، رسوبی و دگرگونی به کانی‌های تشکیل دهنده سنگ ، آب و هوا و عوامل دیگر بستگی دارد. خاک حاصل از تخریب کامل سیلیکاتهای دارای آلومینیوم و همچنین سنگهای فسفاتی از لحاظ صنعتی و کشاورزی ارزش زیادی دارد. در صورتیکه خاک‌هایی که از تخریب سنگ‌های دارای کانی‌های مقاوم (از قبیل کوارتز و غیره) در اثر تخریب شیمیایی پدید آمده‌اند و غالبا شنی و ماسه‌ای می‌باشند فاقد ارزش کشاورزی می‌باشند.

▪ارگانیسم : تمایز انواع خاک‌ها از نقطه نظر کشاورزی به نوع و مقدار مواد آلی (ازت و کربن) موجود در آن بستگی دارد. نیتروژن موجود در اتمسفر بطور مستقیم قابل استفاده برای گیاهان نمی‌باشد. بلکه ترکیبات نیتروژن‌دار لازم برای رشد گیاهان باید به شکل قابل حل در خاک وجود داشته باشد که این عمل در خاک‌ها بوسیله برخی از گیاهان و باکتری‌ها انجام می‌شود. خاک‌ها معمولا دارای یک نوع مواد آلی کربن‌دار تیره رنگی هستند که هوموس نامیده می‌شوند و از بقایای گیاهان بوجود می‌آید.
▪زمان :هر قدر مدت عمل تخریب کانی‌ها و سنگ‌ها بیشتر باشد عمل تخریب فیزیکی و شیمیایی کاملتر انجام می‌گیرد. زمان تخریب کامل بسته به نوع سنگ ، ساخت و بافت سنگ‌ها و نیز ترکیب و خاصیت تورق کانی‌ها متفاوت می‌باشد ولی بطور کلی سنگهای رسوبی خیلی زودتر تجزیه شده و به خاک تبدیل می‌شوند، در صورتیکه سنگهای آذرین مدت زمان بیشتری لازم دارند تا تجزیه کامل در آنها صورت گرفته و به خاک تبدیل گردند.
▪آب و هوا :فور آب‌های نفوذی و عوامل آب و هوا از قبیل حرارت ، رطوبت و غیره در کیفیت خاک‌ها اثر بسزایی دارند. جریان آبهای جاری بخصوص در زمین‌های شیب‌دار موجب شستشوی خاک‌ها می‌شوند و با تکرار این عمل مقدار مواد معدنی و آلی بتدریج تقلیل می‌یابد. اثر تخریبی اتمسفر همانطور که قبلا بیان گردید روی برخی از کانی‌ها موثر و عمیق می‌باشد و هر قدر رطوبت همراه با حرارت زیادتر باشد شدت تخریب نیز بیشتر می‌گردد.

▪توپوگرافی محل تشکیل خاک :اگر محلی که خاک‌ها تشکیل می‌شوند دارای شیب تند باشد در نتیجه مواد تخریب شده ممکن است بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری باعث تقلیل مواد معدنی و آلی خاک‌ها شود در نتیجه این منطقه خاک‌های خوب تشکیل نخواهند شد. ولی برعکس در محل‌های صاف و مسطح که مواد تخریب شده بسادگی نمی‌توانند به جای دیگری حمل شوند فرصت کافی وجود داشته و فعل و انفعالات بصورت کامل انجام می‌پذیرد.
●مواد تشکیل دهنده خاک‌ها موادی که خاک‌ها را تشکیل می‌دهند به چهار قسمت تقسیم می‌شوند :
▪مواد سخت :مواد سخت را ترکیبات معدنی تشکیل می‌دهند ولی ممکن است دارای مقداری مواد آلی نیز باشند. البته این ترکیبات معدنی از تخریب سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر حاصل شده‌اند که گاهی اوقات همراه با مواد تازه کلوئیدی و نمک‌ها می‌باشند.
▪موجودات زنده در خاک‌ها :تغییراتی که در خاک‌ها انجام می‌پذیرد بوسیله موجودات زنده در خاک انجام می‌گیرد. قبل از همه ریشه گیاهان ، باکتری‌ها ، قارچها ، کرم‌ها و بالاخره حلزون‌ها در این تغییرات شرکت دارند.

▪آب موجود در خاک‌ها :آبی که در خاک وجود دارد حمل مواد حل‌شده را به عهده دارد که البته این مواد حمل شده برای رشد و نمو گیاهان به مصرف می‌رسد. آب موجود در خاک‌ها از باران و آبهای نفوذی ، آب جذب شده و بالاخره آبهای زیرزمینی تشکیل شده که در مواقع خشکی از محل خود خارج شده و بمصرف می‌رسد.
▪هوای موجود در خاک :هوا همراه با آب در خوه‌های خاک‌ها وجود دارد که البته این هوا از ضروریات رشد و نمو گیاهان و ادامه حیات حیوانات می‌باشد. مقدار اکسیژنی که در این هوا وجود دارد از دی اکسید کربن کمتر است و این بدان علت است که ریشه گیاهان برای رشد و نمو اکسیژن مصرف کرده و دی اکسید کربن پس می‌دهند.

●تقسیم‌بندی خاک‌ها از لحاظ سنگ‌های تشکیل دهنده
بر حسب دانه‌های تشکیل دهنده خاک و هم‌چنین شرایط میزالوژی و پتروگرافی زمین خاک‌های مختلفی وجود دارد که عبارتند از :
▪خاک رسی :ذرات رس (Clay) دارای قطری کوچکتر از ۰.۰۰۲ میلی‌متر می‌باشند و در حدود ۵۰% خاک را تشکیل می‌دهند.خاک‌های رسی چون دارای دانه‌های بسیار ریزی هستند به خاک سرد معروفند و در مقابل رشد گیاهان مقاومت نشان داده و رشد آنها را محدود می‌کنند.
▪خاک‌های سیلتی :۵۰% این نوع خاک‌ها را ذرات سلیت تشکیل داده است که دارای قطری بین ۰.۰۵ تا ۰.۰۰۲ میلی‌متر می‌باشند و بر حسب اینکه ناخالصی مثل ماسه ، رس و غیره بهمراه دارند به نام خاک‌های سیلتی ماسه‌ای و یا سیلتی رسی معروفند.
▪خاک‌های ماسه‌ای :این خاک‌ها از ۷۵% ماسه تشکیل شده‌اند. قطر دانه‌ها از ۰.۰۶ تا ۲ میلیمتر است و بر حسب اندازه دانه‌های ماسه به خاک‌های ماسه‌ای درشت ، متوسط و ریز تقسیم می‌گردند. مقدار کمی رس خاصیت خاک‌های ماسه‌ای را تغییر می‌دهد و این نع خاک آب را بیشتر در خود جذب می‌کند تا خاک‌های ماسه‌ای که فاقد رس هستند.
▪خاک‌های اسکلتی :خاکهای اسکلتی به خاکهایی اطلاق می‌گردد ک در حدود ۷۵% آن را دانه‌هایی بزرگتر از ۲ میلی‌متر از قبیل قلوه سنگ ، دیگ و شن تشکیل می‌دهند. این خاک‌ها ، آب را به مقدار زیاد از خود عبور می‌دهند و لذا همیشه خشک می‌باشند.
●پیدان (Pedon) :نیمرخی از خاک که یک ستون شش وجهی از خاک است که سطح آن روی زمین بین یک تا ده متر مربع وسعت دارد. در پیرامون این ستون شش وجهی ، لایه‌های مختلف خاک قابل روئیت است. بنابراین پیدان عبارت است از یک واحد نمونه برداری خاک که برای بررسی خاک بکار می‌رود.
●افق خاک: هر لایه‌ای که در یک ستون شش وجهی خاک روئیت شود، افق خاک (Soil horizon) نامیده می شود. افق خاک تقریبا موازی سطح پیدان است و ویژگیهایی دارد که از افقی به افق پایین‌تر متفاوت است.

* اختلافات موجود بین افقهای خاک :در صحرا و ضمن بررسیهای میدانی ، می‌توان به اختلافات موجود بین افقهای مختلف خاک پی برد. این اختلاف از ویژگیهایی نظیر رنگ ، بافت ، ساختار ، چسبندگی و حضور و عدم حضور مواد غیر آلی نظیر کانیها و نیز مواد آلی حاصل می‌شود.

* ارتباط بین پیدان و افق :افقهای خاک ، اساس اولیه در طبقه بندی خاکها محسوب می‌شوند و به همین سبب ، انواع بسیار متنوع و گوناگونی از خاک در طبیعت یافت می‌شود. برای دست یافتن به طبقه بندی خاکها باید به بررسی پیدان به عنوان واحد طبقه بندی پرداخت.

* علت تشکیل افقهای مختلف خاک :افقهای مختلف که لایه‌های خاک را تشکیل می‌دهند، در اثر واکنش بین سنگها و رسوبات با آب که وجود آن به شرایط اقلیمی بستگی دارد و نیز تاثیر ارگانیسمها ایجاد می‌شوند.

●انواع افقهای مختلف خاک
▪افق Oبالاترین بخش نیمرخ در افق خاک O قرار دارد. این نامگذاری ، به سبب وجود مواد آلی (Organic) در این افق است که از گیاهان و نیز بقایای حیوانات بوجود می‌آید و پس از مدتی تشکیل هوموس را می‌دهد.

*تاثیر مواد آلی بر افق Oافق O در حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد از ماده آلی تشکیل شده است. همین میزان قابلیت این افق را در نگهداری آب و مواد غذایی افزایش می‌دهد. این ویژگی ماده آلی با حضور کانیهای رسی افزایش بیشتری می‌یابد.
▪افق R : در تحتانی‌ترین بخش نیمرخ خاک افق R (سنگ _ Rock) قرار گرفته که شامل مواد متراکم سنگ و عمدتا سنگ بستر است. هنگامی که سنگ بستر هوازدگی و فرسایش شیمیایی می‌یابد، به سنگ پوشش (Regolith) تبدیل می‌شود. مواد حاصل از این فرایند برای تشکیل نیمرخ خاک به مصرف می‌رسد.
افقهای C ، B ، E ، A این افقها لایه‌های مختلفی را از افق O تا افق R نشان می‌دهند. این لایه‌های میانی در نیمرخ خاک از شن ، سیلت و ماسه و رس تشکیل یافته‌اند و همگی محصولات هوازدگی فیزیکوشیمیایی هستند.

▪افق A : در این افق هوموس و ذرات رس از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. این مواد بین گیاهان و مواد غذایی موجود در خاک ، ارتباط برقرار می‌کنند. این افق دارای ماده آلی فراوان و در نتیجه رنگ تیره‌ای است. افق A به تدریج به افق E تبدیل می‌شود که از مواد دانه درشت‌تر تشکیل یافته است. این امر نمایانگر مقاومت در برابر تجزیه‌ها و هوازدگی سنگ به میزان کمتر است.

▪افق :E رس و اکسیدهای آهن و آلومینیوم توسط آب از افق E نشست کرده و افقهای زیرین در اثر نفوذ آب حمل می‌شوند. فرایند جابه‌جایی ذرات ریز دانه و کانیها توسط آب از افق E ، جابه‌جایی eluviation نام دارد. بنابراین دلیل نامگذاری این افق به افق E همین است. هر قدر میزان بارش در منطقه بیشتر باشد، نرخ جابه‌جایی بیشتر خواهد بود.
▪افق B: بر خلاف افقهای A و E ، افق B تجمع (Illuviation) رسها و اکسیدهای آهن و آلومینیوم است. افق B رنگهایی مایل به قرمز یا زرد به خود می‌گیرد، چون حاوی مواد آلی و اکسیدهای مختلفی از عناصر است. بعضی از موادی که در این خاک حضور دارند، به صورت درجا تشکیل گردیده‌اند. در مناطق بسیار مرطوب ، این افق در بخشهای بسیار عمیق خاک تشکیل می‌شود.
سولوم (Solum) تر کیب افقهای A و E با موادی که از جابه‌جایی و نیز تجمع بعدی بوجود می‌آیند، روی‌هم‌رفته Solum نامیده می‌شوند که در حقیقت خاک واقعی را تشکیل می‌دهند.
▪افق C : این افق سنگ بستر تجزیه و فرسایش یافته است و در اثر عوامل فیزیکوشیمیایی و همچنین در اثر دخالت ریشه گیاهان تشکیل می‌شود. این افق در حقیقت سنگ بستر دست نخورده را از عوامل بیولوژیکی حفظ می‌کند و به عنوان سنگ پوشش (Regolith) محسوب می‌شود. این افق فاقد کانیهای رسی است و بیشتر از قطعات سنگی تشکیل یافته است. ضخامت لایه‌ها و افقهای منفرد خاک متغیر و به نحوه تشکیل خاک بستگی دارد.
●فرسایش
فرسایش خاک دونوع است: تسریعی(آبی) – بادی
▪ فرسایش تسریعی(آبی)
فرسایش آبی در واقع یکی از پدیده‌های معمولی زمین شناسی است که بوسیله آن کوهها بتدریج فرسوده شده و دشتها ، دره‌ها و بستر رودخانه‌ها و دلتاها ، تشکیل می‌یابند. این نوع فرسایش که به کندی صورت می‌گیرد، فرسایش طبیعی نامیده می‌شود. در صورتی که فرسایش با سرعت خیلی بیشتری انجام شود و حالت تخریبی به خود بگیرد، به آن فرسایش تخریبی گفته می‌شود.
در پدیده فرسایش دو عمل مختلف انجام می‌شود: یکی جدا شدن ذرات و دیگری حمل و تغییر مکان آنها. عواملی مانند انجماد و ذوب متناوب ، جریان آب و ضربانات قطران باران اثر جدا کنندگی داشته و مواد را جهت شسته شدن آماده می‌کنند.
●عوامل موثر در میزان فرسایش تسریعی: دو عامل اصلی را می‌توان مسئول وقوع فرسایش تسریعی دانست: از بین رفتن پوشش گیاهی طبیعی خاک و کشت گیاهانی که پوشش گیاهی کافی فراهم ننموده و قسمتی از خاک را برهنه می‌گذارند. کشت نباتات کرتی مانند ذرت و سیب زمینی ، بخصوص اگر کرتها در جهت شیب زمین باشد، پوشش کافی به خاک نداده، فرسایش و از بین رفتن خاک را تشدید می‌کنند.
▪مقدار کل بارندگی و شدت آن :بارندگی زیاد در صورتی که ریزش آن آرام باشد، فرسایش زیادی ایجاد نمی‌کند، در صورتی که بارانهای شدید حتی به مقدار کم سبب فرسایش زیاد می‌شوند. در فصل سرما که زمین منجمد می‌شود و در فصل رشد گیاهان که پوشش گیاهی انبوه است، بارندگی اثر فرسایشی کمتری دارد.

▪شیب زمین :شیب زیاد باعث تسریع جریان آب شده و به همان نسبت میزان فرسایش و هدر رفتن آب افزایش پیدا می‌کند. طول شیب نیز اهمیت دارد، چون هر قدر شیب ادامه بیشتری داشته باشد، بر مقدار سیلاب افزوده خواهد شد.

▪پوشش گیاهی :درختان جنگلی و مرتع موثرترین عوامل محافظ خاک در مقابل فرسایش هستند. نباتات زراعی اثر محافظتی کمتری دارند، ولی این امر در نباتات مختلف یکسان نیست. نباتاتی مانند جو و گندم پوشش نسبتا کافی برای خاک فراهم می‌کنند.
▪ماهیت خاک:از بین خواص فیزیکی خاک موثر در میزان فرسایش مهمترین آنها قابلیت نفوذ خاک و ثبات ساختمانی خاک است. قابلیت نفوذ خاک به عواملی مانند ثبات ساختمانی ، بافت ، نوع رس ، عمق خاک و وجود لایه‌های غیر قابل نفوذ بستگی دارد. ثبات ساختمانی ذرات خاک سبب می‌شود که علی‌رغم هرزروی سطح آب فرسایش زیادی صورت نگیرد.

● نحوه کنترل فرسایش آبی
روشهای مختلفی برای کاهش یا کنترل فرسایش آبی می‌توان بکار برد:
بطور کلی هر اقدامی مانند شخمهای سطحی و عمقی و اضافه کردن مواد آلی خاک که قدرت جذب آبی خاک را افزایش دهد، هدر رفتن سطحی آب را کاهش می‌دهد.انتخاب نوع نباتات زراعی در کنترل فرسایش اثر زیادی دارد.بالا نگه داشتن سطح حاصلخیزی خاک خود یک نوع عمل محافظتی در مقابل فرسایش است، زیرا تحت این شرایط رشد زیاد نباتات ، علاوه بر بهتر نمودن قابلیت نفوذ آب خاک ، پوشش گیاهی و مواد آلی خاک را بطور قابل ملاحظه افزایش می‌دهند.با دقت در انتخاب روشهای کشت و زرع و نحوه انجام آنها می‌توان با فرسایش خاک مبارزه کرد. در صورتی که شیب زمین تا مسافت زیادی ادامه داشته باشد، بهتر است که نباتات کرتی مانند ذرت با نباتات پوششی مثل گندم و جو بطور یک در میان کشت شوند، تا بدین وسیله از شتاب گرفتن آب جلوگیری شود. این روش کشت را که اصطلاحا کشت نواری گویند، اثرات کاملا مثبتی در حفاظت خاک داشته است.
● فرسایش بادی :تخریب خاک از طریق فرسایش بادی بیشتر در مناطق خشک صورت گرفته و گاهی در مناطق مرطوب هم اتفاق می‌افتد. اثر تخریبی باد غالبا خیلی جدی بوده و نه تنها ذرات ریز و حاصلخیز خاک را هدر می‌دهد، بلکه به علت رو بازکردن ریشه گیاهان و یا پوشاندن قسمت هوایی گیاهان با مواد معلق در هوا ، سبب مرگ آنها می‌شود. خشک شدن لایه‌های سطحی خاک به علت کمی آب ، آنها را در خطر فرسایش باد قرار می‌دهد.
●عوامل موثر در فرسایش بادی:مهمترین عامل درصد رطوبت خاک است، زیرا خاک مرطوب از این حیث مصون است. عوامل دیگر عبارتند از: سرعت باد ، وضعیت قسمت سطحی خاک ، خصوصیات کلی خاک.خصویات خاکی مانند ثبات دانه بندی ذرات خاک ، میزان مواد آلی و درصد ذرات خاک همگی در فرسایش پذیری خاک بوسیله باد موثر هستند.
●کنترل فرسایش بادی:با توجه به عوامل موثر در میزان فرسایش بادی می‌توان روشهای مبارزه و کنترل را حدس زد. این روشها شامل مرطوب نگه داشتن خاک ، زبر و خشن نمودن سطح خاک و داشتن پوشش گیاهی است. کشت نوارهای نباتی و ایجاد بادشکن‌ها عمود بر جهت وزش باد پیشگیریهای موثری برای فرسایش بادی محسوب می‌شوند. اکثر روشهای بکار رفته ضمن اینکه برای مبارزه با اثر باد منظور می‌شوند، در واقع تا حد زیادی در جهت کنترل درصد خاک نیز عمل می‌کنند.
●خطرات فرسایش:زیانهای ناشی از فرسایش به خاک محدود نشده، بلکه ذرات خاک شسته شده و سبب پر شدن کانالهای آبیاری ، سدها و … نیز می‌گردد. علاوه بر آن خاکهای زمین پست نیز بوسیله یک لایه از لای پوشیده شده و به بهره برداری آن لطمه می‌خورد. فرسایش خاک نه تنها در عصر حاضر بلکه در طی قرون ، یکی از خطرات جدی و تهدید کننده رفاه و آبادی هر جامعه بوده است. تردیدی نیست پیشرفت و دوام کشاورزی مستلزم بکار بردن روشهای مناسب و موثر برای جلوگیری یا کم کردن میزان شسته شدن و هدر رفتن خاک می‌باشد.
●هوموس: توده ای از ذرات کانیایی به تنهایی یک خاک واقعی را تشکیل نمی دهد. خاک های واقعی بوسیله ارگانیزم های زنده تحت تاثیر قرار گرفته، تغییر می کنند و (Supplemented) افزوده میشوند.گیاهان و جانوران در توسعه و گسترش خاک ها بوسیله ایجاد مواد آلی اضافی کمک می کنند. قارچ ها و باکتری ها این مواد آلی را به یک ترکیب شیمیایی نیمه محلول که “هوموس” نامیده می شود، تبدیل می کنند. ارگانیزم های بزرگتر موجود در خاک مانند کرم های خاکی، سوسک ها و موریانه ها، هوموس را با مواد معدنی موجود در خاک در هم می آمیزند.
“هوموس” یک ماده بیوشیمیایی است که در لایه های بالایی خاک که تیره است، تشکیل می شود. خود هوموس به رنگ قهوه ای تیره تا سیاه است. مطالعه هوموس بصورت مجزا بسیار مشکل است، چرا که هوموس با ذرات ریز مواد معدنی به خوبی مخلوط شده است. هوموس از اسیدها(هومیک و فولیک)، قارچها، باکتریها، دیاستازها و ترکیبات آلی دیگر که در مراحل گوناگون تجزیه می باشند تشکیل یافته است و در تشکیل آن نقش لیگنین حائز اهمیت فراوان است؛ زیرا مواد ازته و گلوسیدها بر روی ان تثبیت گشته، به این ترتیب از یک طرف مولکولهای بزرگ آلی را تشکیل میدهد و از طرف دیگر به ذرات رس متصل می گردد. خاکدانه های رسی- هوموسی که به این ترتیب از آمیزش تنگاتنگ مواد آلی و معدنی پدید می آیند ساختمانی نرم و قابل تهویه با ظرفیت بالای ذخیره آب و عناصر غذایی به خاک می بخشد.مواد پروتئینی موجود در هوموس که از کالبد موجودات زنده حاصل می شود، توسط موجودات ذره بینی با منشاء گیاهی و جانوری(گیاوزیا) تجزیه می یابند و به آهستگی معدنی شده، به طور پیوسته غذای گیاهان را تامین می نمایند. به بیان دیگر هوموس ماده غذایی بینابینی و ذخیره ای است که عامل اصلی حاصلخیزی خاک را تشکیل می دهد.هوموس فواید زیادی را برای خاک فراهم می آورد؛ از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- هوموس توانایی خاک را برای نگهداری و ذخیره رطوبت افزایش میدهد
- ته نشست مواد حمل شده توسط باد و باران
- هوموس منبع مهم مورد نیاز تامین کربن و نیتروژن گیاهان است
- هوموس باعث بهبود ساختمان خاک برای رشد گیاهان می شود
هوموس دارای انواع گوناگونی است که بستگی به کیفیت مواد آلی و نوع سنگ مادر دارد:
۱- هوموس مول: پیوند تنگاتنگ با ذرات معدنی دارد و غالبا در اقلیم معتدل و مرطوب بر روی خاکهای قلیایی و رسی با خاک برگ فراوان و تجزیه پذیر تشکیل می شود.
۲- هوموس مور: فشرده تر بوده، در اقیلم سردتر و بر روی خاک برگهایی که به دشواری تجزیه می شوند(مانند برگهای سوزنی کاج) و بر روی خاکهای ماسه ای و اسیدی که عملا فاقد کلوئید رس می باشند تشکیل می شود.
۳- هوموس مودر: نوع بینابینی دو قسم فوق می باشد. نمونه هوموس اسید در اطراف کوه های آلپ مشاهده می شود.
فعالیت های آلی در خاک ها فراوان است. یک سانتی متر مکعب از خاک حاوی بیش از ۱۰۰۰۰۰۰ باکتری است. ۱ هکتار از چراگاه ها در یک آب و هوای مرطوب می توانند حاوی بیش از ۱۰۰۰۰۰۰ کرم خاکی و ۲۵۰۰۰۰۰۰ حشره باشد. حشرات و کرم های خاکی در به هم آمیختن و تهویه خاک ها نقش بسیار موثری دارند. این ارگانیزم ها(موجودات زنده) مسئول ایجاد بخش مهمی از هوموس بوسیله گوارش ناقص مواد آلی هستند.
●رسها
رسها به همراه کلوئیدها ، فعالترین بخش خاک محسوب می شوند و اکثر آنها دارای ساختمان بلوری هستند. قبل از مطالعه کانیها توسط اشعه ایکس تصور می‌شد که کانیهای رسی ذرات کوچک و ریز کانیهای اولیه نظیر ذرات کوارتز ، فلدسپار و میکاها باشند، در حالی که در حال حاضر کانیهای رسی ، ترکیب شناخته شده‌ای دارند که شبیه این کانیها نیست و تنها کانی میکا به آنها شبیه است. کانیهای رسی ، اغلب کانیهای جدید یا حاصل انحلال کانیهای اولیه یا کانیهای ثانویه هستند.
● تاثیر آب و هوا بر خاک رس خاکها در مناطق گرم و شرایط آب و هوایی مرطوب جایی که زهکشی مناسبی ندارد، دارای میزان بالایی از کانیهای اولیه حل شده می‌باشند که به کانیهای رسی تبدیل شده‌اند. خاکهای موجود در مناطق گرم و مرطوب ، میزان بالایی از رس حتی در اعماق ۵ تا ۲۰ متری دارند. در حالت زهکشی مناسب ، کانیهای رسی از درون سیستم خاک خارج می‌شوند. بعضی کانیهای رسی در اثر تجزیه و دگرسانی کانیهای اولیه نظیر میکاها تشکیل می‌شوند.
● منشا تشکیل دهنده رسها▪ رسهای درجا که در حین تشکیل خاک شکل می‌گیرند.
▪ رسهای تغییر مکان یافته که در اثر فرسایش بیشتر حرکت کرده و مجددا در محل جدید نهشته می‌شوند.
▪ رسهای تبدیل شده که از رسهای به شدت هوازده و فرسایش یافته تجمع کرده و در رسوبات و خاکها رسوب گذاری می‌کنند.
▪ رسهای تشکیل شده جدید که در اثر تبلور مجدد رسهای موجود در محلولها ، در خاک در حال تشکیل شکل می‌گیرند.
● کانیهای رسی : این کانیها سیلیکاتهای آلومینیوم آبداری هستند که ساختمان ورقه‌ای داشته و مانند میکاها ، از فیلوسیلیکاتها می‌باشند.
● ساختمان کانیهای رسیلایه‌ای از چهار وجهی‌های (تتراهدرالهای) Si _ O. در این لایه ، هر چهار وجهی با چهار وجهی مجاورش ، سه اتم اکسیژن به اشتراک گذاشته‌اند. واحد پایه است، اما Al می‌تواند حداکثر جانشین نصف اتمهای Si شود.لایه‌ای متشکل از Al در موقعیت اکتاهدرال با یونهای و بطوری که در عمل یونهای بین دو لایه از یونهای O/OH قرار می‌گیرند. عناصر Mg ، Fe و سایر یونها ، ممکن است جانشین Al شوند.
▪ گیبسیت : لایه Al _ O/OH را لایه گیبسیت می‌گویند. چون ساختمان این کانی کلا از چنین لایه‌هایی تشکیل شده است.
● تقسیم بندی ساختمانی رسها
▪ بروسیت :لایه Mg _ O/OH را لایه بروسیت می‌گویند. چون ساختمان این کانی کلا از این لایه‌ها تشکیل شده است.
▪ گروه کاندیت :
ـ ساختمان دو لایه ای دارند یعنی لایه تتراهدرال بوسیله یونهای O/OH به لایه اکتاهدرال متصل است.
ـ در آن جانشینی به جای Al و Si صورت نمی‌گیرد، لذا فرمول ساختمانی آن است.
ـ اعضا این گروه کائولینت ، هالوئیزیت (کائولینیت آبدار) ، دیکیت ، ناکریت هستند.
ـ فاصله بنیادی (فاصله بین یک لایه سیلیس با لایه سیلیس بعدی) ۷ آنگستروم است.
▪ گروه اسمکتیت :
ـ ساختمان ۳ لایه‌ای دارند. بطوری که یک لایه اکتاهدرال مانند ساندویچ بین دو لایه تتراهدرال سیلیس قرار دارد.

ـ فاصله بنیادی ۱۴ آنگستروم است و با جذب آب تا ۲۱ آنگستروم می‌رسد.

ـ اعضا این گروه شامل مونتموریلونیت ، ساپونیت ، نانترونیت (وقتی Fe جانشین Al می‌شود) و استونزیت (وقتی Mg جانشین Al شود) می‌باشند.

▪ اعضای گروه اسمکتیت :
ـ ورمیکولیت :ساختمانی مشابه اسکمتیت دارد، ولی در آن تمام موقعیتهای اکتاهدرال بوسیله و اشغال شده و جانشین شده است.

ـ ایلیت : این کانی نیز ساختمانی مشابه اسکمتیت دارد، اما به علت جانشینی به جای در لایه‌های تتراهدرال ، کمبود بار بوجود می‌آید که بوسیله که در موقعیتهای بین لایه‌ای قرار می‌گیرد، جبران می‌شود. یونهای ، و نیز در آن دیده می‌شوند. فاصله بنیادی ۱۰ آنگستروم است.

ـ کلریت :ساختمان سه لایه‌ای (مثل ایلیت و اسکمتیت) دارد، ولی لایه‌های بروسیت (Mg _ O/OH) بین آنها قرار دارند. فاصله بنیادی ۱۴ آنگستروم است.
● منشا کانیهای رسی در رسوبات یا سنگهای رسوبی- رسهای موروثی یا وراثتی :این رسها از انواع آواری هستند.
ـ رسهای تازه تشکیل شده (Neoformation) :این رسها به صورت برجا و در اثر ته‌نشینی مستقیم از محلول یا از مواد سیلیکاته آمورف و یا حاصل جانشینی هستند.
ـ رسهای تبدیلی (Transformation) :رسهای موروثی از طریق تبادل یونی یا تغییر منظم کاتیونها ، به رسهای تبدیلی ، تبدیل می‌شوند.

● فرایندهای تشکیل دهنده انواع رسها
▪ محیط هوازدگی و تشکیل خاک :اصلی‌ترین محیط تشکیل رسها مخصوصا رسهای موروثی یا وراثتی است.
▪ محیط رسوبگذاری :رسها از آب حوضه یا آبهای حفره‌ای ته‌نشین می‌شوند (مخصوصا رسهای تازه تشکیل شده).
▪ دیاژنز و دگرگونی درجه پایین :در طول این فرآیند انواعی از رسها (مخصوصا رسهای تبدیلی) حاصل می‌گردند.
● دیاژنز کانیهای رسی کانیهای رسی در طول دیاژنز اولیه و دیاژنز نهایی و همچنین در طول دگرگونی تغییر یافته و حتی دگرسان می‌شود. اصلی‌ترین فرایند فیزیکی که رسها را تحت تاثیر قرار می‌دهد، فشردگی (Compaction) است که باعث خروج آب و کاهش ضخامت آنها تا ۰،۱ ضخامت اولیه می‌شود.

●خاک در علوم مهندسی
در علوم مهندسی ، خاک مخلوط غیر یکپارچه‌ای از دانه‌های کانیها و مواد آلی فاسد شده می‌باشد که فضای خالی بین آنها توسط آب و هوا (گازها) اشغال شده است. خاک به عنوان مصالح ساختمانی در طرح‌های مهمی در مهندسی عمران بکار گرفته می‌شود و همچنین شالوده اکثر سازه‌ها بر روی آن متکی است.
بنابراین مهندسان عمران باید بخوبی خواص خاک از قبیل مبدا پیدایش ، دانه بندی ، قابلیت زهکشی آب ، نشست ، مقاومت برشی ، ظرفیت باربری و غیره را مطالعه نمایند. مکانیک خاک شاخه‌ای از علوم مهندسی است که به مطالعه مشخصات فیزیکی و رفتار توده خاکی تحت بارهای وارده می‌پردازد. مهندسی پی ، کاربرد اصول مکانیک خاک در مسائل عملی است.
 

بقیه در ادامه مطلب

 

 

● تاریخچه :
تاریخچه عملیات خاکی را می‌توان به دوره‌های دور تاریخ بشری نسبت داد و آن را با قدمت پیدایش شهرنشینی یکی دانست. حفر قناتها ، کانالهای آبرسانی ، ایجاد پلها و سدهای محکم و سایر بناهایی که آثار آنها در کشورهای دنیا از ده‌ها قرن قبل تا کنون به یادگار مانده است، همه از مواردی است که به نحوی با عملیات خاکی ارتباط دارد.
● سیر تحولی و رشد توجه به بررسی و مطالعه خاک با یک دیدگاه مهندسی و به منظور تحلیل ریاضی خواص آن ، از قرن ۱۸ میلادی آغاز شد و در واقع اولین بار در عین حال مهمترین رابطه ساده در زمینه مکانیک خاک ، در سال ۱۷۷۳ توسط کولمب یک مهندس ارتشی فرانسه ارائه گردید. این رابطه ساده ، که یک رابطه اساسی در بررسی مقاومت یا عدم مقاومت خاک است .
کارهای بوسینسک در مورد تئوری اجسام الاستیک که در سال ۱۸۸۵انتشار یافت به ارائه راه حل‌های دقیق در محاسبه تنش‌ها و تغییر شکل‌های درون محیط خاکی منجر گردید و توانست در تحلیل بخش مهمی از مبحث مکانیک خاک ، پاسخگو باشد. دانش مکانیک خاک به صورت مدرن ، در ابتدای قرن حاضر گسترش روز افزونی یافت و مانند سایر علوم مهندسی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت بطوری که در سال ۱۹۲۵ کارل ترزاگی ، استاد دانشگاه هاروارد ، نتیجه تحقیقات خود را به صورت مقاله‌ای ارائه داد و در سال

لینک ثابت

موضوع : بخش ژئوتکنیک / مقالات بخش ژئوتکنیک




12 مهر 1391 12:13 | نویسنده : asaco

                 تکنولوژی‌های حفاری

مسیر حفاری در حفر یک چاه را می‌توان به سه قسمت تقسیم کرد؛ بخش کم‌ عمق، بخش میانی و بخش مخزن. بخش کم عمق که معمولا به عنوان سر چاه نامیده می‌شود، شامل رسوبات ناپایدار است. بنابراین در این بخش استحکام سازند پایین بوده و پارامترهای حفاری و تجهیزات باید بر اساس آن تعیین شوند. بخش مخزن پایداری بیشتری داشته و هدف اصلی حفر چاه است. بنابراین فرایند حفاری باید به گونه‌ای باشد که آسیبی به سازند وارد نشود. حفاری چه در خشکی و چه دریا انجام شود، سیستم حفاری اساسی دکل دوار در هر دو مورد استفاده خواهد شد.

سه عمل اساسی در طول عملیات حفاری دورانی عبارتند از:

-گشتاور از منبع نیرو در سطح از طریق رشته حفاری به مته منتقل می‌شود.

-سیال حفاری به داخل چاه پمپ می‌شود و از طریق مسیر دایره‌ای به سطح زمین برمی‌گردد.

-فشار‌های زیرسطحی و در strata دارای هیدروکربن به وسیله وزن سیال حفاری و از طریق تنظیم دریچه بزرگی در سطح کنترل می‌شود.

حفاری دورانی از یک مته تیز و چرخان برای نفوذ به پوسته زمین استفاده می‌کند. اگرچه مفهوم حفاری دورانی ساده است، اما مکانیک دکل‌های حفاری جدید بسیار پیچیده می‌باشد. سیستم حفاری دورانی از 4 جزء اصلی تشکیل شده است:

-محرک‌های اصلی 

-تجهیزات بالابر

-تجهیزات چرخان

-تجهیزات گردش

ترکیب تمامی این تجهیزات، حفاری دورانی را ممکن می‌سازد.

انواع تکنولوژی‌های حفاری دورانی عبارتند از:

-حفاری عمودی

-حفاری جهت‌دار

-حفاری چاه باریک

-حفاری لوله‌گذاری مارپیچ

 

1-1- حفاری دورانی (Rotary Drilling) 

در این نوع حفاری، ابتدا میز دوار (Rotary Table) با کمک نیروی مکانیکی، برقی یا هر دو، به گردش در می‌آید. این چرخش، به لوله شش‌بر یا چهاربر، به نام کِلی (Kelly)، منتقل می‌شود و با چرخش این لوله، تمام لوله‌های حفاری و بالاخره مته حفاری به چرخش در می‌آید و عمل حفر زمین انجام می‌شود. میز دوار تقریباً در پایین دکل حفاری نصب شده و به وسیله موتور دوار به حرکت در می‌آید.

چون اکنون تقریباً تمام چاه‌های نفت با دستگاه‌های حفاری دورانی حفر می‌شوند، به شرح بسیار خلاصه از این دستگاه پرداخته می‌شود. دستگاه‌های حفاری دورانی در طی تاریخ صنعت نفت، به دلیل تجارت وسیع در سراسر جهان و کار در شرایط طبیعی متفاوت، تکامل یافته و به صورت کنونی در آمده‌اند.

دستگاه حفاری خشکی شامل برج و دکل حفاری است که روی سکوی حفاری و زیربنای آن قرار دارد. موتورهای دیزل به طور مستقیم با تولید برق، نیروی مکانیکی لازم برای حفاری را تأمین می‌کنند.

جرثقیل بسیار پرتوانی (Drawworks) که دارای جعبه قرقره ثابت (Crown Block)، جعبه قرقره متحرک (Traveling Block) و کابل بسیار قوی (Wire Line) می‌باشد، برای بالا و پایین بردن لوله‌های حفاری و تحمل بخشی از وزن آن‌ها در زمان حفاری به کار گرفته می‌شود. بدیهی است دکل و جرثقیل باید تحمل وزن لوله‌ها را که با عمق افزایش می‌یابد داشته باشند. بنابراین، هر دکل حفاری دارای توان حداکثری است که بیش از آن قادر به حفاری نخواهد بود. این توان را، سازنده دکل همراه با سایر مشخصات فنی اعلام می‌کند. بخش متحرک دکل از ته چاه به بالا شامل مته، لوله‌هایی با جدار ضخیم و مقاوم (Bit Sub) که هنگام حفاری تحت فشار قرار می‌گیرند و طوق مته (Drill Collars)، می‌باشد.

پس از آن، لوله‌های حفاری (Drill Pipes) که حرکت دورانی را از سر چاه به طوق مته و مته منتقل می‌کنند، قرار دارند. لوله‌های حفاری، از طوق مته نازک‌تر بوده از این رو دارای قطر کم‌تر از آن هستند و هنگام حفاری اغلب تحت کشش قرار دارند. مته، طوق مته و لوله‌های حفاری را رشته حفاری (Drill string) می‌نامند. لوله‌های حفاری از بالا و در سطح زمین به میله‌ای چهاربر یا شش‌بر (Kelly) که توخالی است پیچ می‌شوند. طول میله چندبر در حدود چهل فوت می‌باشد و از داخل حفره‌ای هم اندازه مقطع خود در میز دوار عبور می‌کند. میز دوار (Rotary Table) دستگاهی است که میله چهاربر یا شش‌بر و در نتیجه تمام رشته حفاری را می‌چرخاند. میله چندبر از بالا به هرزگرد یا مفصل دوار (Swivel) متصل می‌گردد. این مفصل دوار دارای یاتاقانی است که بخش متصل به میله چندبر در آن به طور آزاد می‌چرخد. در حالی که بدنه مفصل ثابت بوده و به وسیله قلابی (Hook) به جعبه قرقره متحرک متصل می‌گردد. انتهای لوله خرطومی (Rotary Hose) که لوله بسیار محکمی است و تحمل فشار پمپ‌های حفاری را دارد به مفصل وصل است که از طریق آن، گل حفاری به داخل مفصل دوار، میله چندبر و رشته حفاری پمپ می‌شود.

زیر سکوی حفاری، دستگاه‌های فوران‌گیر (B.O.P) قرار دارند که درحالت عادی، میله چندبر، لوله‌های حفاری، طوق مته و مته به راحتی از داخل آن عبور می‌کنند؛ ولی در موارد خطر و فوران چاه، می‌توانند فاصله چاه با رشته حفاری را که فضای حلقوی (Annulus) نامیده می‌شود مسدود نمو‌ده و از خروج ناخواسته سیال از چاه جلوگیری نمایند. بین میله چندبر و ته مته، دریچه یک طرفه‌ای قرار دارد که گل حفاری از طریق آن به داخل رشته حفاری وارد می‌شود، ولی دریچه در جهت عکس، مانع عبور سیال می‌گردد. این دریچه، شیر اطمینانی است که در هنگام طغیان چاه، ارتباط فضای داخل رشته حفاری را با خارج قطع می‌کند و در اصطلاح Kelly Cock نامیده می‌شود.

دستگاه‌های حفاری دریایی مانند دستگاه‌های دورانی خشکی هستند؛ با این تفاوت که روی سکویی روی آب قرار می‌گیرند. ممکن است پایه‌های سکو در کف دریا قرار گیرد که دکل بالابر نامیده می‌شود. این نوع دکل‌ها در آب‌هایی درحد ارتفاع پایه می‌توانند فعال باشند که آن‌ها را محدود به آب‌های کم‌عمق می‌سازد. دکل‌های دریایی دیگر نیز وجود دارند که روی زیربنای غوطه‌ور یا نیمه غوطه‌ور قرار دارند و قادرند در آب‌های عمیق‌تری نسبت به دکل بالابر، حفاری نمایند. پس از کشف نفت در نفت‌گیرهای زیردریایی، برای توسعه این نوع میدان‌ها اغلب از سطح یک سکوی حفاری، چندین چاه انحرافی حفر می‌نمایند.

 

 

 

2-1-  حفاری انحرافی (جهت دار)

به طور کلی به جز در حالت‌های خاص که حفاری چاه‌های نفت و گاز به صورت جهت‌دار لازم می‌شود خواست عمومی و مسائل فنی و اقتصادی همگی حکم می‌کنند که هر چاهی به صورت مستقیم و عمودی حفاری شود که در حال حاضر نیز عمده چا ههای حفر شده در حال تولید از این نوع هستند بر همین اساس تنها مسائل فنی و اقتصادی توجیه‌گر هزینه‌های ویژه برای حفاری جهت‌دار برخی چاه‌ها است .به طور کلی هرگاه برای ایجاد محل استقرار دستگاه حفاری و آغاز حفر چاه موانع طبیعی، زمین شناسی، فنی و اقتصادی وجود نداشته باشند‌می‌توان حفاری جهت دار را به عنوان راه حل جایگزین، بررسی و انتخاب کرد و به کار برد. از جمله وجود موانع سطحی مانند دریا، رودخانه، مناطق مسکونی، یا کوهستانی بودن منطقه و هنگفت بودن هزینه ایجاد جاده و محل جاده و همچنین مخارج سنگین ایجاد سکوهای حفاری در دریا عوامل توجیه کننده برای حفر چاه‌های انحرافی هستند.

 

 

 

انواع طرح‌های حفاری انحرافی را می‌توان در سه گروه تقسیم کرد:

الف) نقطه شروع انحراف (Kick off point) از نزدیک سطح زمین در نظر گرفته‌می‌شود که پس از رسیدن به حداکثر زاویه انحراف تا رسیدن به مخزن حفظ‌می‌شود.

 ب) نقطه شروع انحراف را در عمق پایین‌تری تعیین می‌کنند و سپس با رسیدن به مخزن، حداکثر زاویه انحراف کنترل شده و ادامه خواهد داشت.

ج) از نزدیک سطح زمین نقطه شروع انحراف تعیین‌می‌شود که پس از رسیدن به حداکثر زاویه انحراف تا عمق مطلوب ادامه‌می‌یابد. سپس از عمق دلخواه شروع به کاهش زاویه انحراف نموده تا به صفر برسد یا در نقطه مورد نظر تکمیل شود.

در زیرکاربردهای گوناگون حفاری‌ جهت‌دار مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

  • حفاری چندین حلقه چاه روی یک سکوی دریایی
  • حفاری انحرافی از خشکی به خشکی و خشکی به دریا
  • حفاری انحرافی زیر مناطق مسکونی، فرودگاه، رودخانه و ارتفاعات

دست یابی به نفت‌گیرهای چینه ای ( حفاری گسل): در بخش‌های گسلی حاوی نفت، برای تولید بهتر شاید لازم باشد تا چاه از میان یا به موازات گسل منحرف شود. در شرایطی که حفاری عمودی با دشواری همراه است نظیر وجود شکستگی‌ها با شیب زیاد(نسبت به عمود) و یا قرار گرفتن محل چاه در فرو دیواره(کمر پایین)، برای نفوذ به چینه‌های نفتگیر چاه را زاویه دار حفر می‌کنند و یا شاید چاه از روی فرا دیواره (کمر بالا) صفحه گسل حفاری می‌شود و در عمق مناسب انحراف می‌دهند تا از بروز خطرات و زیان‌های ناشی از زمین لرزه که میتواند باعث حرکت لایه‌های زمین روی سطح گسل شده و لوله‌های جداری یک چاه تکمیل شده را قطع کند، جلوگیری شود. حفاری گسل را نیز می‌توان تحت عنوان ا کتشاف چینه‌های نفتگیر بیان کرد. از این نوع حفاری برای پیدا کردن سطح آب و نفت و تعیین دقیق صفحه شکستگی نیز‌ می‌توان استفاده کرد.

شکل 2-3- حفاری انحرافی جهت دستیابی به نفت‌گیرهای چینه‌ای (حفاری گسل). 

 

عبور از کنار مانده‌های درون چاه

حفاری گنبد‌های نمکی: تجمع نفت اغلب در چینه‌های زیر گنبد که کلاهک سختی دارد، یافت‌می‌شود. حفاری این کلاهک بسیار مشکل است و باید خارج از کلاهک نمکی حفاری انجام شود.

 

 

چاه‌های کمکی جهت خاموش کردن فوران چاه‌ها

حفاری چندین چاه اکتشافی از یک حفره چاه (اکتشاف چاه نفتی یا ذخایر سولفور): اولین چاه در جهت فراشیب (Up Dip)، دومین چاه در جهت فروشیب(Down Dip) و چاه‌های دیگر به موازات (Strike) از یک چاه حفاری می‌شوند. هر چاه پس از حفاری مسدود شده، حفره جدیدی از اولی منشعب شده، سازندها و محل ساختار کشف میشود.سپس آن حفره مسدود شده و حفره جدیدی حفاری‌می‌گردد.

 

 

 

عبور از چندین لایه از یک حفره چاه: مخصوص چینه‌های زیر گنبد نمکی، سنگهای دگرشیبی و سنگهای مجاور صفحه گسل است که از یک چاه جهت تکمیل چند منطقه نفت‌ده استفاده می‌شود.

 

شکل 2-6- عبور از چندین لایه. 

 

 حفاری کنار گذر یا Side Tracking و ایجاد یک حفره جدید: این شیوه زمانی به کار برده‌می‌شود که جداری‌ها در برابر سازند پر فشار گچ دچار مچالگی شده باشند، یا اینکه بخواهیم به منظور فرار از تولید آب با گاز ناخواسته سازند مخزن نفتی را بالا یا پائین تر از قبل تولید نماییم.

امروزه به منظور استخراج نفت از مخازنی که به دلایل مختلف دارای توجیه فنی و اقتصادی نمی‌باشند، از روش‌های جایگزین هر چند پر هزینه جهت افزایش تولید بهینه و مدیریت بهتر مخازن نفت و گاز استفاده می‌شود. روش‌هایی که استفاده از آن‌ها نیازمند عوامل مختلفی از جمله برنامه‌ریزی صحیح و در نظر گرفتن پارامترهای مؤثر در طراحی، آگاهی کامل از نحوه استفاده، کارکرد و شناخت معایب و محاسن آن‌ها می‌باشند. یکی از این روش‌ها که این روزها در صنعت حفاری در سطح جهان بیشتر پرداخته می‌شود، حفاری چاه‌های افقی است.

الف- حفاری افقی

با توجه به گسترش جانبی سنگ مخزن یا سیالات مخزن، حفاری افقی بهینه‌ترین نوع حفاری می‌باشد. شکل 2-7 انواع چاه‌های حفرشده افقی را نشان می‌دهد. چاه‌های شعاع میانه از جهت حفاری، پیمایش و تکمیل با تجهیزات استاندارد، مطلوب هستند.

 

 

 

موفقیت چاه‌های افقی به شدت به توسعه تجهیزاتی که براساس آن بتوان موقعیت مته را در سطح تعیین کرد، بستگی دارد. با پیشرفت این تکنولوژی، دقت روش به مقدار بسیار زیاد بهبود یافته است. اندازه‌گیری حین حفاری[1] از طریق نفوذ یک ردیاب به داخل رشته حفاری نزدیک به مته امکان‌پذیر است.

ب- حفاری اکستندد ریچ[2]

یک چاه اکستندد ریچ دست‌کم جابه‌جایی افقی دو برابر عمق عمودی دارد. چاه‌های ERD از نظر تکنیکی چاه‌های سختی برای حفاری هستند. ERD زمانی استفاده می‌شود که:

  • محدودیت‌های سطحی وجود داشته باشد.
  • مرز مخزن چندین مایل از سکو‌های موجود فاصله دارد.
  • با استفاده از ERD کاهشی در تعداد سکوهای لازم ایجاد شود.

3-1- حفاری چاه باریک

حفاری چاه باریک چندین سال است که توسط صنایع معدنی انجام می‌شود. اخیرا صنایع نفتی، تجهیزاتی را فراهم کرده‌اند که حفر چاه‌های باریک امکان‌پذیر شده است. حفاری چاه باریک می‌تواند هزینه حفاری را به شکل قابل ملاحظه‌ای کم کند. جدول 2-1 پتانسیل چاه‌های باریک را نشان می‌دهد. قطر باریک چاه‌ها در این تکنولوژی در شرایطی که شاری به وجود آید مشکل‌ساز می‌شود. بیشترین عمق قابل حفاری نیز یکی دیگر از محدودیت‌های این تکنولوژی است[1].

 

 

 

 

 

4-1- حفاری لوله­‏گذاری مارپیچ

این نوع حفاری، گونه خاصی از حفاری چاه باریک می‌باشد که در سال‌های اخیر توسعه یافته است. در حالیکه عملیات‌ حفاری استاندارد با استفاده از اتصالات لوله حفاری انجام می‌شود، CTD لوله‌ای یکپارچه از جنس فولاد با گرید بالا را به کار می‌برد. برخی از مزایای این نوع حفاری عبارتند از:

  • عدم نیاز به حمل لوله
  • کنترل بهتر چاه در حفاری تعادلی(Balance) و یا حتی فروتعادلی(Underbalance)
  • اثرات زیست محیطی کمتر، هزینه کمتر آماده‌سازی مکان
  • تکمیل راحت‌تر
  • به هرحال باید توجه شود که CTD‌ تنها به چاه‌های باریک محدود می‌شود[1].

2- سیالات حفاری 

1-2- گل حفاری

گل‌های حفاری گروه ویژه‌ای از سیالات حفاری هستند که اغلب برای حفر چاه‌های عمیق استفاده می‌شوند. عبارت گل به غلظت زیاد سیال پس از افزودن مواد مناسب به مایع پایه آبی یا پایه نفتی اشاره دارد. عملکردها‌ی زیادی برای سیال حفاری در نظر گرفته شده است. از نظر تاریخی، اولین هدف برای سیال حفاری، استفاده از آن به عنوان ماشین برای انتقال ذرات حاصل از برش به سر چاه است؛ اما امروزه کاربردهای متنوع و متفاوتی برای آن متصور است.

وظایف اصلی گل حفاری عبارتند از:

الف) تمیزکاری ته چاه و انتقال کنده‌ها‌ی حاصل از برش به سطح و امکان جداسازی آن‌ها در سطح

ب) کاهش اصطکاک بین رشته حفاری و دیواره‌های چاه و خنک‌سازی و روان‌کاری رشته حفاری و مته حفاری

ج) حفظ پایداری بخش‌های بدون پوشش دهانه چاه

د) جلوگیری از ریزش درونی(Inflow) سیالات مخزن، نفت، گاز، یا آب از صخره‌های نفوذپذیر حفرشده

ه) تشکیل اندود گل[3] نازک با نفوذپذیری پایین به منظور بستن حفرات و سوراخ‌ها در سازندی که مته به آن نفوذ کرده است.

و) حمایت و حفاظت از دیواره‌های چاه

ز) جلوگیری از آسیب در سازند تولیدی

ح) جلوگیری از خوردگی لوله حفاری

ط) کسب داده در مورد سازندی که تحت عمل حفاری قرار گرفته است

ی) تعلیق کنده‌های حفاری در هنگام توقف حفاری

ک) کنترل فشار زیرسطحی

ل) تحمل وزن رشته و تجهیزات حفاری

 

برای دستیابی به عملکردهای بالا، لازم است که اثرات جانبی زیر کمینه شوند:

الف) آسیب سازند‌ زیرسطحی، به ویژه آنهایی که تولیدی هستند

ب) کاهش سرعت نفوذ

ج) مشکلات فشار سواب[4] و گردش

د) هرزروی گل[5]

ه) سایش چاه[6]

و) ورم دیواره‌های کناری چاه و ایجاد فضای سفت

ز) گیر لوله حفاری به دیواره‌های چاه

ح) نگهداری جامدات نامطلوب در سیال حفاری

ط) اثرات زیست محیطی

ک) خوردگی و سایش تجهیزات حفاری

 

خواص سیال حفاری عبارت است از:

الف) روان‌کاری

ب) سرعت

ج) ویسکوزیته

د) دانسیته

ه) استحکام ژل

و) کنترل فیلتریت[7]

 

فاکتور معرف هر یک از خواص سیال حفاری به همراه بازه‌های مطلوب آن‌ها در جدول 2-2 ارائه شده‌اند.

1-1-2- گل‌های پایه آبی

گل‌های پایه آبی[8]، متداول‌ترین نوع سیال حفاری است که خود به دو دسته پخش شده[9] و پخش نشده[10] تقسیم می‌شود. گل حفاری با پایه آب شامل خاک بنتونیت (gel) با افزودنی‌هایی مانند سولفات باریم (باریت) کلسیم کربنات (چالک[11]) یا هماتیت می‌باشد. تغلیظ‌کننده‌های گوناگونی برای تاثیر بر ویسکوزیته سیال مانند صمغ زنتان، صمغ گوار، کربوکسی متیل سلولز، سلولز چند آنیونی(PAC) و نشاسته استفاده می‌شوند. ضد انعقادها برای کاهش ویسکوزیته گل‌های پایه رسی استفاده می‌گردند که از نمونه‌های این مواد می‌توان به پلی‌الکترولیت‌های آنیونی (مانند اکریلات، پلی فسفات، لیگنوسولفونات[12] یا مشتق‌های اسید‌تانیک[13] مانند کوبراچو[14]) اشاره کرد. گل قرمز به مخلوط با پایه کوبراچو اشاره دارد که در دهه‌های 1940 و 1950 معمول بود. اما با پیدایش لیگنوسولفونات از رده خارج شد[7،8]. برخی منابع، گل­های پایه آبی را به دسته­های ریزتری تقسیم کرده­اند. نمایی از این تقسیم بندی در شکل 2-8 نشان داده شده است.

نوعی از سیال حفاری پایه آبی به گل امولسیونی معروف است. این گل حاوی روغن یا هیدروکربن سنتزی به عنوان فاز داخلی است. گل­های امولسیون اولیه از دیزل یا نفت خام پخش شده در گل­های پایه آبی قلیایی تشکیل شده بودند. امروزه مایعات سنتزی جایگزین نفت در گل‌های امولسیونی شده­اند. گل­های پایه آبی حاوی مایعات سنتزی معینی هستند که از لحاظ زیست محیطی بی­خطرند.

 

 

 

از جمله مزایای این دسته از گل‌های می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • ویسکوزیته بالا
  • وجود مقدار کم مواد جامد
  • تعلیق کنده‌ها
  • کنترل اتلاف سیال
  • پایدارسازی چاه
  • کمک در جلوگیری از هرزروی گل.

در مورد معایب این گل‌ها می‌توان نکات زیر را مد نظر قرار داد:

  • کندی در رهایی کنده‌ها از جمله معایب این دسته از گل‌ها می‌باشد. خواص استحکام ژل و ویسکوزیته کلای بنتونیت توانایی تعلیق و حذف کنده‌ها را ایجاد می‌کند. این مزیت کلای بنتونیت، در سطح تبدیل به یک عیب شده و جدایی کنده‌ها از گل دچار مشکل می‌شود.
  • در سازند‌های رسی و با کلای با قابلیت تورم بالا، استفاده از کلای بنتونیت به تنهایی برای جلوگیری از آبدارشدن و تورم سازند کافی نیست.
  • بنتونیت به آلودگی آب حساس است. آب سخت و آب نمک اثرات مخربی بر بنتونیت دارند. آب با pH پایین و بسیار بالا نیز بر عملکرد بنتونیت تاثیر می‌گذارد.
  • ناپایداری دهانه چاه که در حفاری سازندهای رسی[15] با سیالات پایه آبی رخ می‌دهد در اثر علل مختلفی بروز می‌کند. شیل به لحاظ مکانیکی مقاومت کمی دارد و با جذب آب متورم شده و ناپایداری آن افزایش می‌یابد. به دلیل پایین بودن نفوذپذیری رس، اندود گل به طور موثر در جداره چاه تشکیل نمی‌شود؛ بنابراین سازند محافظ مناسبی در مقابل فشار هیدرولیکی چاه ندارد. از سوی دیگر فشارهای هیدرولیکی القا شده به دلیل پایین بودن نفوذپذیری قادر به انتشار سریع درون سازند نیست تا بتواند تنش‌های موثر را کاهش دهد. مجموع این عوامل سبب می‌گردد تا ناپایداری ناحیه مجاور چاه افزایش یابد.

2-1-2- گل پایه روغنی

این نوع گل به گل‌های پایه غیرآبی تعلق دارد (شکل 2-9) و از یک امولسیون معکوس یا امولسیون که فاز پیوسته آن روغنی است، تشکیل شده است. اغلب گل‌های روغنی[16] حاوی گازوئیل ( ۹۵٪ تا ٩۸٪ ) و آب نمک و دیگر افزودنی‌ها می‌باشند.

به چند دلیل در حفاری‌ها از گل پایه روغنی استفاده می‌شود.

  • جلوگیری از ریزش چاه 
  • جلوگیری از ریزش سازندهای رسی و عدم نفوذ زیاد گل به درون سازند.

گل‌‌های پایه روغنی مزایای زیادی نسبت به گل‌های پایه آبی دارند. برخی از مزایای این دسته از گل‌ها نسبت به مشابه پایه آبی عبارتند از:

پایداری سنگ رسی: گل‌های روغنی برای حفاری سازند‌های رسی حساس به آب مناسبند. اگرچه آب در فاز نفت پخش است، اما جهت جلوگیری از مهاجرت آب به داخل سنگ رسی میزان شوری کافی از اهمیت بالایی برخوردار است.

نرخ نفوذ[17]: معمولا سرعت حفاری با گل‌های روغنی بیشتر است.

دما‌ی بالا: گل‌های روغنی برای حفاری در سازند‌هایی که دمای ته چاه از محدوده دمای کاری گل‌های آبی تجاوز می‌کند، استفاده می‌شوند.

نمک‌های حفاری: گل‌های روغنی معکوس نمک‌های سازند را نمی‌شویند. افزودن نمک به فاز آبی از حل‌شدن نمک‌های سازند در فاز آب امولسیون جلوگیری می‌کند.

روان‌سازی: گل پایه روغنی فیلتر کیک نازکی داشته و اصطکاک بین لوله و چاه کمینه است. بنابراین خطر گیر تفاضلی(Differential sticking)کاهش می‌یابد. این نوع گل برای چاه‌های انحرافی و افقی بسیار مناسب است.

سازند‌های با فشار تخلخل پایین[18]: توانایی حفاری در سازند‌های با فشار تخلخل کم از زمانی انجام شده که وزن گل می‌تواند در محدوده وزنی کمتر از گل آبی تنظیم شود.

کنترل خوردگی: از آنجایی که فاز خارجی روغنی است، خوردگی لوله کنترل می‌شود. خواص مطلوب در کنترل خوردگی عبارتند از عدم رسانایی روغن، پایداری گرمایی افزودنی‌ها، عدم تشکیل محصولات خورنده و عدم پیشرفت باکتری‌ها در گل‌های روغنی.

استفاده مجدد: گل‌های روغنی قابلیت بارها و بارها استفاده مجدد را دارند. آن‌ها می‌توانند برای زمان‌های طولانی ذخیره شوند.

سیالات توپک[19]: سیالات توپک روغنی به ‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که برای مدت زمان طولانی حتی در دمای بالا پایدار باشند. گل‌های روغنی با پایداری طولانی مدت برای این منظور مناسب هستند. از آنجایی که فاز پیوسته روغن است، اغلب خوردگی در مقایسه با گل‌های پایه آبی ناچیز است.

 

3-1-2- گل‌های هواداده

[20]

1-3-1-2- گل‌های پایه گازی

این نوع گل در لایه‌های ضعیف و با شکستگی زیاد استفاده می‌شود که امکان حفاری در آن‌ها با روش‌های معمولی وجود ندارد و ضرورت بکارگیری هوا به عنوان سیال حفاری وجود دارد. این روش حفاری تقریبا تنها وسیله برای گذر از این لایه‌ها است. این گل از کف هوا یا نیتروژن تشکیل شده است. برخی از مزایای حفاری با هوا عبارتند از: افزایش سرعت حفاری و کاهش زمان حفاری، کاهش آسیب به لایه، کارایی بهتر مته و افزایش عمر مته، کنترل هرزروی گل و کاهش هزینه حفاری.

2-3-1-2- کف

موقع حفاری در سازند پایدار از این نوع گل استفاده می‌شود. سیستم حفاری با هوا سرعت برش را با حمل و جداسازی کنده‌ها از مته حفاری و انتقال به سطح افزایش می‌دهد. سازندی که حفاری در آن انجام می‌شود به طور طبیعی پایدار است و هدف سیستم‌های سیال حفاری کف، حفظ گردش گل، فشار هیدرواستاتیک کمتر و حذف کنده‌ها با کمترین حجم از آب و هوای فشرده لازم است. این فرایند بسته به نوع سازند، عمق چاه، قطر چاه و اندازه کنده‌ها، توسط هوا، آب، کف، و کف پایدار[21] انجام می‌شود. در حفاری با کف، مخلوط کف/ آب به داخل جریان هوا تزریق می‌گردد. کف تولید‌شده از قسمت‌های مختلف در مته عبور‌کرده و به همراه کنده‌های معلق به سطح بازمی‌گردد. اگر کف پایدار استفاده شود، افزودن Insta Pac-425 در مقادیر کوچک به پایداری گل کمک خواهد کرد.

2-2- سیالات تکمیل چاه

[22]

 

 

پس از اینکه عملیات حفاری به اتمام رسید، اغلب قبل از راه‌اندازی رشته تکمیل، چاه را تمیز می‌کنند. تمیز‌کاری برای حذف باقیمانده گل از چاه و لوله‌جداری انجام می‌شود. سیال مورد استفاده یک مایع بدون جامد است که برای تکمیل چاه استفاده می‌گردد. این سیال در چاه قرار داده می‌شود تا عملیات پایانی قبل از آغاز تولید را تسهیل کند. نوعاً سیالات تکمیل چاه، آب شور (کلریدها، برمید‌ها، و فرمات‌ها) هستند، اما از نظر تئوری هر سیالی با دانسیته و جریان مناسب می‌تواند این نقش را ایفا کند. سیال باید با سیالات و سازند مخزن سازگار باشد و تا حد زیادی فیلتر شده تا از ورود جامدات به ناحیه نزدیک چاه جلوگیری کند.

3-2- سیال Spacer

هر مایعی که برای جداسازی یک مایع ویژه از دیگر مایعات استفاده شود، به این نام معروف است. مایعات مدنظر تمایل به آلوده‌سازی دارند، بنابراین سیال spacer با هر یک از سیالاتی که بین آن دو قرار دارد سازگار است. سیال spacer متداول آب است. به هر حال، مواد شیمیایی مخصوصی برای افزایش بهره‌وری به آن اضافه می‌شوند. Spacerها اولین‌بار برای تغییر نوع گل و جداسازی گل از سیمان در حین سیمان‌کاری استفاده شدند. علاوه بر این، سیال spacer اغلب در سر دوغاب سیمان پمپ می‌شود تا اندود گل را از چاه پاک کرده و اتصال بهتری بین سیمان و سازند برقرار شود.

سیال spacer مناسب سیمان‌کاری باید دارای خواص زیر باشد:

  • سازگار با گل‌های پایه روغنی، پایه آبی، گل‌های امولسیون معکوس، گل‌های ژل شیمیایی و گل‌های پلیمری
  • عدم تغییر ویسکوزیته سیمان به ویژه در دمای بالا
  • عدم ایجاد تغییر قابل توجه در زمان پمپاژ دوغاب سیمان
  • تغییر دانسیته آن بسته به شرایط
  • توانایی تحمل مقدار زیاد جامدات (شکل 2-10)
  • تحمل افزایش مواد ترکننده، پخش‌کننده‌ها، کاهش‌دهنده‌های اصطکاک و بازدارنده‌ها در موقع لزوم
  • جلوگیری از آلودگی دوغاب سیمان با کلسیم در گل‌های پایه آبی و به ویژه گل‌های پلیمری
  • اتلاف سیال کم
  • قابلیت کاربرد بین چندین سیال حفاری ناسازگار در طول جابه‌جایی
  • آسانی حمل و مخلوط شدن در میدان
  • همچنین باید خواص جریان آن به گونه‌ای باشد که اجازه جریان آشفته در سرعت‌های کم پمپاژ وجود داشته باشد.

 

 

4-2- تجهیزات تمیزکاری گل

[23] گل حفاری وظیفه خنک‌سازی مته و انتقال کنده‌ها را به سطح دارد. سیستم گردش مجدد گل حفاری[24]، سیال را به سمت مته به گردش در آورده و سپس آن‌ را جهت تصفیه و استفاده مجدد به سطح زمین منتقل می‌کند. جهت عملیات حفاری دورانی، سیال باید به طرف پایین و از طریق رشته لوله حفاری، حول مته گردش نموده و سپس از طریق فضای حلقوی بین رشته لوله حفاری و جداره چاه به طرف بالا جریان یابد. گل حفاری پس از عبور از میان رشته لوله حفاری از نازل‌های مته خارج شده و از فضای حلقوی به سمت دهانه چاه حرکت می‌کند.

سیستم گردش مجدد تجهیزاتی مانند پمپ‌های گل حفاری، لوله خرطومی دوار، هرزگرد یا تاپ درایو، رشته لوله حفاری، مته، مسیر بازگشت گل حفاری و مخازن گل حفاری را جهت گردش سیال، تصفیه و گردش مجدد آن به کار می‌برد. اگر سیستم بازیافت از هوا یا گاز جهت گردش سیال استفاده کند بایستی کمپرسور را نیز به مجموعه تجهیزات فوق اضافه کرد. در سطح، گل پس از طی مراحلی (الک لرزان[25]، ماسه­زداها، لای­زداها[26]) دوباره استفاده می‌شود. الک‌های لرزان، کنده‌ها را جدا می‌کنند. ذرات ریز نیز توسط ماسه­‏زداها و لای‏­زداها حذف می‌شوند. در نهایت پس از تمیزکاری، گل به مخزن گل[27] منتقل می‌شود[1].

 

3- تجهیزات حفاری

تجهیزات حفاری دورانی از بالا به پایین شامل هرزگرد یا تاپ درایو[28]، میله چهارپر[29]، طوق محافظ میله چهارپر[30]، میز دورانی، رشته لوله حفاری، مفصل ساقه[31]، طوق مته و مته حفاری می‌باشد. تجهیزات به هم متصل شده بین هرز‌گرد و مته که شامل میله چهارپر، لوله حفاری و طوق مته است، مجموعة رشته لوله حفاری را تشکیل می‌دهند.

1-3- دکل حفاری

انواع دکل‌های حفاری

مجموعه وسایل موجود در یک مجتمع حفاری شامل برج حفاری، موتور، تلمبه و مخزن گل حفاری و سایر تأسیسات لازم را دکل (Rig) می‌نامند. از دکل حفاری برای حفر چاه‌های اکتشافی یا تولیدی در دریا و خشکی استفاده می‌شود.

جدول 1- انواع دکل‌های حفاری.

 

 

دکل‌های خشکی

دکل ثابت یا استاندارد[32]: این نوع دکل در زمان حفاری ساخته می‌شود و سر چاه می‌ماند و قابل حرکت دادن نیست.

دکل‌های متحرک[33]: این دکل‌ها به دو گروه اصلی تقسیم‌می‌شوند:

دکل خود فراز یا چاقویی[34]: اجزای این نوع دکل‌ها تکه تکه می‌شوند. حفاری در خشکی بیشتر توسط این نوع دکل صورت می‌گیرد.

دکل قابل حمل[35]: این دکل روی ماشین سر چاه آمده و مثل آنتن و توسط پمپ‌های هیدرولیکی باز می‌شود. بیشتر برای حفاری چاه‌های کم عمق یا تعمیراتی[36] به کار می‌رود.

 

دکل‌های دریایی

خصوصیات منحصر به فرد حفاری فراساحلی

حفاری فراساحلی به تجهیزات شناور یا حفاظت‌شده نیاز دارد. در تجهیزات حفاری فراساحلی، تجهیزاتی که ویژه عملیات فراساحلی هستند و تجهیزات دیگری که شبیه به حفاری ساحلی هستند، استفاده‌می‌شوند. به دلیل کنترل از راه دور زیربنا، تجهیزات حفاری بسیاری از سیستم‌های سرویس مانند سیمان کاری، عملیات ژئوفیزیکی و .. را روی برد انجام می‌دهند. سرویس‌های ویژه بسیاری مانند هلیکوپتر، غواصی‌ها، ... وجود دارند. تمامی این عوامل عملیات حفاری فراساحلی را بسیار پیچیده می‌کنند و در نتیجه هزینه‌های حفاری چاه‌های فراساحلی بسیار بیشتر از چاه‌های زمینی است.

2 دسته تجهیزات در صنایع فراساحلی استفاده می‌شوند:

تجهیزات شناور و حفاظت شده (از پایین) سیار

تجهیزات Jack-up

تجهیزات زیر آبی[37]

تجهیزات نیمه شناور[38] که دینامیک‌اند یا با لنگر ثابت شده‌اند.

کشتی‌های حفاری دینامیک یا لنگر گرفته

ساختمان‌های تولید ثابت که منحصراًٌ برای توسعه چاه‌ها استفاده می‌شوند.

سکوهای جامع[39]

جاکت[40]‌های محافظت کنده چاه یا سکوهای همراه Jack-up

دکل Jack-up

 کشتی در جای عمیق‌تر قرار گرفته و پاهای آن به صورت هیدرولیکی، به کف دریا می‌چسبند که ممکن است یک پایه (بزرگ برای جای مسطح) یا سه پایه (برای جاهایی که دریا پستی و بلندی دارد) باشد. این دکل جهت حفاری اعماق دریا از 15 تا 350 فوت استفاده‌می‌شود.

 

 

 

2-3-  مته حفاری (Drilling Bit)

مته حفاری اولین ابزاری است که جهت حفر چاه‌های نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد. این وسیله در اثر چرخش رشته حفاری به حرکت درآمده و باعث سوراخ کردن زمین می‌شود. طیف وسیعی از مته‌های حفاری در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند که به شرح آنها می‌پردازیم:

 

 

 

انواع مته‌های حفاری

مته‌های حفاری به دو گروه عمده مته‌های کاجی یا چرخشی (ROLLER CONE BIT) و مته‌های سایشی (FIXED CUTTER BITS) تقسیم می‌شوند ولی در کنار این دو گروه می‌توان مته‌های مغزه‌گیری (CORE HEAD) را که در عملیات مغزه‌گیری چاه (CORING)‌ مورد استفاده قرار گیرند، قرار داد.

1-2-3- مته‌های کاجی ROLLER CONE BITS

در این مته‌ها هنگام چرخش رشته حفاری، کاج‌های مته (CONES) حول محور خود به چرخش در آمده و سپس در اثر وزن اعمالی روی مته (W.O.B)، دندانه‌های مته در سنگ فرو رفته و باعث خرد شدن سنگ می‌شود. این گونه مته‌ها در طیف وسیعی تولید شده که به آنها مته‌های صخره‌ای (ROCK BITS) هم می‌گویند. مته‌های صخره‌ای به دو گروه عمده تقسیم می‌شوند.

الف- مته‌های دندانه فولادی MILL TOOTH BITS

مته‌های کاجی دندانه فولادی اولین مته‌هایی هستند که در حفاری یک چاه مورد اسفاده قرار می‌گیرند. در این مته‌ها، دندانه‌های مته از جنس کاج مته بوده و کاج و دندانه‌ها بصورت یک تکه در عملیات تراشکاری، ساخته می‌شوند. سپس جهت افزایش مقاومت دندانه‌های مته، سطح آنرا توسط پودر تنگستن کارباید رو سخت‌کاری (HARD FACING) می‌کنند. مته‌های کاجی دندانه فولادی ممکن است براساس شرایط کاربردی به شکل‌های زیر تولید شوند.

  • مته‌های یک کاجه SINGLE CONE
  • مته‌های دو کاجه DUBBLE CONE
  • مته‌های سه کاجه THREE CONE
  • مته‌های چهار کاجه FOUR CONE

 

ب- مته‌های دکمه‌ایی (TUNGESTAN CARBIDE INSERT) BUTTON BIT

در این گروه از مته‌ها، دندانه‌های مته بصورت دکمه‌هایی از جنس تنگستن کارباید بوده که در سطح کاج مته، نصب می‌شوند. این نوع مته‌ها معمولاً در سازندهای نیمه سخت و سخت (اعماق پایین) مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع از مته‌ها مانند مته‌های دندانه فولادی با توجه به نوع کاربردشان به شکل‌های زیر وجود دارند.

  • مته‌های یک کاجه SINGLE CONE
  • مته‌های دو کاجه DUBBLE CONE
  • مته‌های سه کاجه THREE CONE
  • مته‌های چهار کاجه FOUR CONE

 

2-2-3- مته‌های سایشی DRAG BIT (FIXED CUTTER BIT)

مته‌های سایشی (DRAG BIT) اولین نوع مته‌های قابل استفاده در صنعت حفاری بوده‌اند. این مته‌ها دارای تغذیه (BLADE) بوده و فاقد کاج (CONE) می‌باشند. مته‌های مذکور جهت حفاری طبقات نرم مورد استفاده قرار می‌گرفته‌اند. امروزه نوع پیشرفته مته‌های سایشی تحت نام FIXED CUTTER BITS در صنعت حفاری کاربرد بسیار زیادی دارند. این نوع مته (FIUXED CUTTER) به انواع زیر تقسیم‌ می‌گردند.

  • NATURAL DIAMOND BIT
  • POLYCHRYSTALINE DIAMOND COMPACT -  PDC BIT
  • TERMALLY STABLE PDC  -  T.S.P BIT
  • BI- CENTER BIT

 

مته‌های FIXED CUTTER بصورت یک تکه بوده و فاقد هر گونه قطعه متحرک (CONE) می‌باشند در این نوع مته‌ها، دانه‌های الماس طبیعی و یا مصنوعی بر روی سطح مته نصب می‌گردند.

مته‌های مغزه‌گیری COREHEAD

این نوع مته‌ها جهت عملیات مغزه‌گیری از سازند مورد استفاده قرار می‌گیرند و به دو شکل زیر وجود دارند.

  • FIXED CUTTER COREHEAD
  • POLLER CONE COREHEAD

 

الف- FIXED CUTTER COREHEAD

این نوع مته‌های مغزه‌گیری بصورت یک تکه بوده و دانه‌های الماس مصنوعی و یا PDC بر سطح آن نصب شده است. امروزه معمولاً در کلیه عملات مغزه‌گیری مته مغزه‌گیری PDC استفاده می‌شود.

ب- POLLER CONE COREHEAD

نسل اولیه و قدیمی مته‌های مغزه‌گیری مته‌های چهارکاجه می‌باشند در این نوع مته‌ها چهار کاج مته بصورت دو به دو روبروی هم قرار داشته و ضمن حفاری سازند، نمونه سازند بصورت مغزه (CORE) وارد مته می‌شود.

 

قسمت‌های اصلی یک مته کاجی

قسمت‌های اصلی یک مته کاجی عبارتند از:

  • Cone
  • Shirttail
  • Shank (Pin)
  • Bearings (Sealed Or Open System)
  • Nozzle Ports
  • Tooth

 

Bit Cone: قسمتی از مته را Cone گویند که بر سطح آن دندانه‌های مته قرار دارد و در قسمت داخل آن اجزاء لازم جهت چرخش Cone بر روی Pilot Pin جای می‌گیرد.

در مته‌های دندانه فولادی، دندانه‌ها جزء اصلی Cone می‌باشد ولی در مته‌های دکمه‌ای (Tungsten Carbide Insert)، دندانه‌های مته بر سطح بیرونی Cone نصب شده‌اند.

Shirttail: قسمت پایین Leg مته را که باعث محافظت Cone و مانع از خروج اجزاء Bearing‌ از داخل Cone به بیرون می‌گردد، Shirttail می‌گویند.

Shank: قسمت بالایی مته، که بر روی آن روزه استاندارد وجود دارد و محل اتصال مته با لوله‌های حفاری می‌باشد، Shank نامیده می‌شود. در این قسمت، مشخصات هر مته نوشته شده است (Bit Size, Bit Type, Serial Number).

Bearing: اجزایی که باعث چرخش Cone مته روی Pilot Pine می‌شود را بیرینگ گویند. بیرینگ‌ها به اشکال مختلف در مته وجود دارند.

Roller-Ball-Roller (R.B.R)            Bit>9"

Roller-Ball-Friction (R.B.F)            6"<9"

Friction-Ball-Friction (F.B.F)           Bit<6"

Friction-Friction-Friction (F.F.F)           Bit<6"

Nozzle Ports: محل قرار گرفتن نازک در مته را Nozzle Port می‌گویند. چگونگی نصب نازل مته‌های شرکت‌های مختلف با یکدگیر متفاوت می‌باشد.

اتصال نازک بر روی مته ممکن است به یکی از سه روش زیر باشد:

رزوه (نازل‌پیچی، شرکت اسمیت): این نوع نازک، رد محل نصب نازل، پیچ می‌شود.

میخ (Nail، شرکت سکوریتی): این نوع نازل توسط میخ آلومینیومی در مقر نازل نصب می‌گردد.

رینگ نگهدرانده (Snap Ring، شرکت هیوز-ورال-چینی): این نوع نازل توسط رینگ نگهدارنده در محل نصب نازل نگهداشته می‌شود.

نازل ممکن است دارای ارتفاع معمولی (Normal) و یا بصورت کشیده (Extend) باشد. هنگام حفاری در سازندهای چسبناک (Stick)، بکارگیری نازل نوع کشیده (Extended Nozzle) مناسب‌تر از نازل معمولی است.

Bit Tooth: برآمدگی سطح بیرون Cone (کاج) را دندانه‌های مته می‌گوییم.

در مته‌های دندانه فولادی، این دندانه‌ها بصورت Uniform‌ از جنس Cone‌می‌باشند ولی در مته‌های دارای دندانه‌های Tungestan Corbide این دندانه‌ها از جنس تنگستن کارباید بوده که در سطح Cone، توسط Press در محل‌هایی که قبلاً بر روی Copne بوجود آمده‌اند (Insert Poket) تعبیه شده‌اند.

ارتفاع و شکل دندانه‌های مته با توجه به نوع سازند قابل حفاری، متغییر خواهد بود. مته‌های با دندانه بلند برای حفاری سازند نرم مورد استفاده قرار می‌گیرند و با توجه به افزایش مقاومت استحکامی سازند، دندانه‌های مته کوتاه‌تر و تعداد آنها بر سطح کاج مته بیشتر می‌شود.

 

3-3- رشته حفاری

بین مته و سطح، جایی که گشتاور تولید می‌شود، رشته حفاری مشاهده می‌شود. در حالیکه رشته حفاری وسیله‌ای برای انتقال نیرو است، عملکردهای دیگری نیز دارد. در شکل 2-13 شمایی از رشته حفاری مشاهده می‌شود.

شکل 2-13- رشته حفاری. 

طوقه مته لوله‌ای با دیواره ضخیم و سنگین بوده و وظیفه آن نگهداری رشته حفاری در فشار (جلوگیری از خمش) و فراهم آوردن وزن برای مته است. پایدار‌کننده‌ها در فواصل میانی به رشته حفاری اضافه می‌شوند و افزایش یا کاهش زاویه چاه را به عهده دارند.

4-3- لوله‌ جداری 

لوله جداری[41]، لوله با قطر بزرگی است که به داخل چاه فرستاده شده و از طریق سیمان‌کاری در جای خود تثبیت می‌شود (شکل 2-14). اغلب اتصالات لوله‌ جداری به صورت نرگی تعبیه شده‌اند. از اتصالات نرگی و مادگی برای پیوستن لوله‌های جداری با طول کم استفاده می‌شود. عملیاتی که در حین آن لوله‌ جداری وارد چاه می‌شود به لوله‌رانی[42] معروف است. لوله‌جداری معمولا از فولاد کربنی عملیات حرارتی شده با استحکام‌های متفاوت ساخته می‌شود. در برخی شرایط ممکن است از استیل، آلومینیم، تیتانیم، فایبر‌گلاس یا مواد دیگر نیز در ساخت آن استفاده شود.

 

 

5-3- تجهیزات بالابر

تجهیزات بالابر روی دکل دوار شامل وسایلی برای بالا و پایین بردن تجهیزاتی است که به داخل چاه می‌روند. قسمت قابل مشاهده تجهیزات بالابر، دکل[43] است. دکل ساختار بلند و شبیه به برج دارد که به صورت عمودی از سوراخ چاه گسترش یافته است. این ساختار به عنوان تکیه‌گاهی برای کابل‌ها و پولی‌ها که وظیفه پایین و بالا کردن تجهیزات در چاه را دارند عمل می‌کند. برای نمونه، اگر نیاز به تعویض مته حفاری باشد، تمام رشته حفاری باید به سطح منتقل شود. در چاه‌های عمیق وزن ترکیبی لوله، مته و طوقه‌های حفاری ممکن است بیش از چندین هزار پوند باشد. تجهیزات بالابر برای بالا آوردن وسایل به سطح استفاده می‌شوند. پس از تعویض مته حفاری، دوباره وسایل توسط تجهیزات بالابر به درون چاه منتقل می‌شوند.

6-3- جایگذاری لوله جداری و سیمان‌کاری

در حین حفاری، برای جلوگیری از ریزش چاه نیاز به پوشش‌دهی دیواره چاه با یک لوله فولادی است. بعد از حفر اولین مرحله از چاه آن را جداره‌گذاری و سیمان‌کاری می‌کنند که این امر باعث کاهش قطر چاه می‌گردد ولی در عوض از ریزش طبقات خاک به داخل جلوگیری می‌کند. معمولا عمق اولین مرحلة‌ حفاری 60 متر است و در حقیقت بستگی به عمق سازندهای واقع در نزدیکی سطح زمین دارد و به ندرت ممکن است از 60 متر تجاوز کند. در بعضی موارد گروه حفاری می‌تواند در مرحلة دوّم قسمت باقی مانده چاه را تا عمق نهایی آن حفاری کند. در موارد دیگر، به ویژه در چاه‌هایی با عمق 3000 متر یا بیشتر گروه حفاری باید همانند مرحله اول سوراخی با عمق مشخص حفر نموده و سپس آن را جداره‌گذاری و سیمان‌کاری نمایند. بار دیگر قطر سوراخ با عمل جداره‌گذاری و سیمان&zw

لینک ثابت

موضوع : بخش ژئوتکنیک / مقالات بخش ژئوتکنیک




12 مهر 1391 11:57 | نویسنده : asaco

چکش اشمیت  براساس استاندارد ASTM C805

استاندارد های مرتبط:

CN650  ,  BS1881-202  , EN12504/2  , DIN 1048  ,  ISO-DIN 8045

 

این آزمایش به نامهای چکش بازتاب ، چکش ضربه ای ، یا آزمایش سنجش سختی نیز شناخته می شود. و یک روش غیر مخرب برای آزمایش بتن می باشد.

آزمایش بر اساس این اصل است که بازتاب یک جرم ارتجائی به سختی سطح در مقابل جرمی که به آن برخورد می کند وابسته است. در چکش اشمیت جرم متصل شده به فنر وجود دارد که با کشیدن فنر تا نقطه مشخصی ، مقدار انرژی ثابتی به آن داده می شود. این کار با فشار دادن چکش به سطح صاف بتن انجام می شود . بعد از آزاد کردن ، جرم تحت اثر بازتاب میله چکش ( که هنوز در تماس با سطح بتن است ) قرار می گیرد و مسافتی که توسط جرم طی می شود و برحسب درصدی از انبساط اولیه فنر بیان می شود، عدد بازتاب نامیده می شود. این مقدار توسط یک نشانه که در طول یک مقیاس مدرج است حرکت می کند ، نشان داده می شود . عدد بازتاب یک اندازه مطلق است ، چون به انرژی ذخیره شده در فنر و به اندازه جرم وابسته می باشد.

مطالعات نشان داده است که سختی سنگ ها با مقاومت فشاری تک محوری و مدول کشسانی سنگ ها در ارتباط است در واقع سختی یکی از مفاهیم رایج است که برای توصیف رفتاری سنگ‌ها بکار می رود. سختی تابعی از عوامل ذاتی چون نوع کانی ها، ابعاد دانه ها، چسبندگی مرزی کانی ها، مقاومت و رفتار الاستیک و پلاستیک سنگ می باشد. ترکیب و اندرکنش این عوامل،  تعیین کننده سختی یک سنگ است. روش های متعددی برای تعیین سختی سنگ پیشنهاد شده است که یکی از این روش‌ها بکارگیری وسیله ای به نام چکش اشمیت است. که معروف به آزمایشهای واجهشی یا دینامیکی است. در این دسته از آزمایش ها از یک چکش یا وزنه برای ضربه زدن به سطح سنگ استفاده می شود و ارتفاع واجهش وزنه مقیاسی برای سنجش سختی است. هرگونه رفتار پلاستیک یا تغییر شکل بر اثر ضربه، انرژی الاستیک  واجهش چکش را کاهش می دهد. این آزمایش برای تعیین سختی سنگ و بتن با استفاده از چکش اشمیت در صحرا و یا آزمایشگاه بکار می رود. با استفاده از این سختی می توان خصوصیات دیگر سنگ و بتن را مانند مقاومت فشاری آن، تخمین کرد. این روش که توسط انجمن بین المللی مکانیک سنگ ISRM به صورت استاندارد در آمده است. در مورد سنگ های خیلی نرم یا خیلی سخت دارای محدودیت هایی بوده است و نتایج قابل اطمینانی ارائه نمی دهد.چکش های اشمیتی که جهت تخمین مقاومت فشاری بتن بکار می رودانرژی ضربه فنر در حدود  2.207ژول دارند که برای سازه های بتنی که مقاومتی بین 10 تا 70 مگاپاسکال دارند مناسب است.

 

نکاتی که در انجام این آزمایش می بایست مد نظر قرار داد. عبارتند از:

1-  این آزمایش تخمینی از عدد بازگشتی بتن سخت شده توسط چکش فولادی با نیروی محرکه فنر می‌باشد.

2-  از این تست می توان در تعیین یکنواختی بتن درجا استفاده کرد برای تشخیص مناطقی از سازه که بتن ضعیف یا خراب دارد. همچنین برای روند افزایش مقاومت بتن کاربرد دارد.

3-  برای تخمین مقاومت بتن لازم است بین مقاومت بتن و عدد بازتاب رابطه ای بدست آورد. این رابطه برای هر طرح اختلاط بتن متفاوت خواهد بود. برای تخمین مقاومت در حین ساخت باید مقاومت نمونه های مکعبی در آزمایشگاه تعیین گردد و با استفاده از آن رابطه مذکور بدست آید. برای تخمین در بتن های ساخته شده باید رابطه فوق براساس تعیین مقاومت نمونه های کر بدست آمده از سازه تعیین شود. (ACI-228 R روشهای تعیین مقاومت درجا بتن )

4- برای یک طرح اختلاط مشخص عدد بازتاب تحت تاثیر عوامل مختلفی از جمله رطوبت سطحی بتن ، روش بدست آوردن سطح نمونه و عمق کربناتاسیون بتن تاثیر می گذارد . این عوامل بایستی در رابطه ای که برای تخمین مقاومت بدست می آید و تفسیر نتایج تاثیر خودش را نشان دهد.

5- با توجه به تخمینی بودن این آزمایش نمی تواند تعیین کننده  در رد یا قبول بتن باشد.

6- براساس موارد مندرج در استاندارد ASTM-C805 و نشریه 72 و همچنین 283-ک مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ، نتایج حاصل از این روش تنها محدود به کیفیت لایه سطحی بتن (عمق حدود 30 میلیمتر ) بوده و تعیین مقاومت فشاری واقعی بتن با آزمایش شکستن (جک مقاومت فشاری) بتن امکانذیر می باشد. علاوه بر ان از این وسیله بیشتر به منظور مقایسه بتن های با نسبت اختلاط و میزان رطوبت یکسان استفاده می شود.

 

وسایل آزمایش :

-  چکش بازتاب (اشمیت)

-  سنگ سنباده جهت سائیدن سطح بتن هوازده و همچنین مسطح کردن سطح بتن

-  سندان یا صفحه فولادی از جنس فولاد بسیار سخت با قطر 15 سانتیمتر جهت کالیبراسیون

 

انتخاب سطح آزمایش :

-  حداقل ضخامت عضو مورد آزمایش 100 میلیمتر می باشد.

-  مناطق متخلخل و دارای ترک و پوسته شده و هوازده نباشد.

-  در مناطق ماله کشیده شده و زبر اعداد بزرگتری نسبت به مناطق قالب بندی شده می دهد.

 

 

آماده کردن سطح :

-  سطح انتخابی حداقل 150 میلیمتر

-  سائیدن محل مذکور درصورتی که زبر یا ناصاف یا پوسته شده است و مسطح کردن آن

-  سطح خیس عدد کمتری می دهد. و سطح زبر عدد بیشتر . سطوح کربناته باید قبل از آزمایش به مدت 24 ساعت خیسانده شود. یا سطح کربناته برداشته شود.

- بتن های روی سطح زمین با سایر بتن های قسمت های سازه ای نبایستی با هم مقایسه شوند.

مواردی که در جوابها تاثیر می گذارد.

-  بتن یخ زده عدد بسیار بیشتر می دهد

-  دمای چکش اشمیت تاثیر دارد ( دمای کمتر از 18- سانتی گراد)

-  جهت ضربه ( عمودی ، افقی )

-  چکش های مختلف حتی از یک کارخانه از یک تا سه واحد اختلاف دارند.

-  عدم کالیبراسیون و سرویس کردن دستگاه

-  جوابهای یکسان در روی صفحه کالیبره تائید کننده جوابهای صحیح برای نمونه های دیگر نمی باشد.

 

روش آزمایش :

 

1) چکش اشمیت : پلانژر(میله چکش) روی نمونه قرار گرفته و با فشار دادن چکش به سنگ، به داخل بدنه فرو می رود. این عمل باعث فشرده شدن فنر داخل چکش می گردد. ضامن فنر در سطح انرژی تراکمی مشخصی آزاد شده و به وزنه ای که بالای پلانژر قرار دارد ضربه وارد می کند. ارتفاع واجهش وزنه از روی خط کش قرائت می شود و به عنوان مقیاسی برای تعیین سختی استفاده می شود. این وسیله قابل حمل بوده و در همه جا قابل استفاده است. مدلهای گوناگونی از چکش اشمیت با سطوح انرژی متفاوتی ساخته شده است. برای مثال چکش نوع L انرژی ضربه ای معادل 74/0 نیوتن متر تولید می کند.

 

2) قاعده فولادی :  قاعده فولادی به وزن حدودی 20 کیلوگرم که نمونه را محکم در داخل خود نگه می دارد. نمونه های استوانه ای شکل داخل یک غلاف V شکل یا استوانه ای شکل با شعاعی برابر شعاع مغزه قرار می گیرند.

 

3) آنویل(سندان) فولادی استاندارد برای کالیبره کردن چکش : نمونه مورد آزمایش باید  معرف سنگ مورد مطالعه باشد. در صورت امکان بهتر است که از قطعات بزرگتر برای آزمایش استفاده شود. چکش اشمیت نوع باید روی مغزه های (54 میلی متر) یا بزرگتر و یا نمونه های بلوکی شکل که هر ضلع آنها حداقل 6 سانتی متر باشد مورد استفاده قرار گیرد.

 

 

 

مراحل انجام آزمایش:

الف) چکش اشمیت قبل از هر آزمایش توسط یک آنویل (سندان) استاندارد، کالیبره می شود. میانگین ده قرائت روی آنویل استاندارد محاسبه شده و از آن برای تعیین ضریب تصحیح استفاده می شود.

ب) سطحی از نمونه که زیر پلانژر قرار می گیرد باید کاملا صاف و پرداخته شده باشد (چه در صحرا و چه در آزمایشگاه). این سطح و همچنین ماده سنگی زیر آن از هر گونه ناپیوستگی موضعی مربوط به توده سنگ باشد.

پ) قطعات مجزا و سنگ را باید محکم به یک پایه صلب بست تا نمونه در طی آزمایش از هرگونه تکان یا لرزش محفوظ باشد.

ت) مقدار سختی بدست آمده بستگی به راستای قرار گیری چکش دارد. طبق پیشنهاد ISRM بهتر است که چکش در یکی از سه وضعیت قائم به سمت بالا، افقی و یا قائم به سمت پایین قرار بگیرد.

 

-  در هر سطح آزمایش 10 بار انجام شود و فاصله هرکدام از هم 2.5 سانتیمتر کمتر نباشد و چنانچه سطح بتن خرد و شکسته شود آن نتیجه قابل قبول نیست.

-  اعدادی که بیش از 6 واحد با میانگین فاصله دارند حذف گردد.

-  اگر بیش از 2 نمونه حذف شود کل آزمایش باطل است.

 

در هر حالت مقدار انحراف چکش نباید بیشتر از مثبت و منفی 5 درجه باشد. در صورتی که امکان انجام آزمایش در هیچ یک از جهات ذکر شده نباشد می توان آزمایش را با زاویه ای دلخواه انجام داد و سپس نتایج را برای حالات قائم و یا افقی تصحیح نمود. منحنی تصحیح معمولا توسط کارخانه سازنده چکش ارائه می شود. زاویه قرارگیری چکش و هرگونه تصحیح انجام شده روی نتایج باید یادداشت و گزارش گردد.

ث)دست کم 20 آزمایش مجزا باید روی هر نمونه سنگ انجام گیرد. نقاط مورد آزمایش باید حداقل به اندازه قطر پلانژر از هم فاصله داشته باشند. درصورت ایجاد هرگونه درزه و ترک بر اثر ضربه وارده، نتایج آزمایش باطل و نمونه مربوطه برای آزمایش های بعدی غیر قابل استفاده خواهد بود. وجود هرگونه خطا در آماده سازی نمونه و روش آزمایش باعث ایجاد مقادیر پایین تر سختی می شود.

 

   محاسبات:

ضریب تصحیح قرائت ها با توجه به کالیبراسیون چکش از رابطه زیر بدست می آید:

 

مقدار سختی استاندارد ویژه سندان

                    --------------------------------------------------    = ضریب تصحیح

میانگین 10 قرائت انجام شده روی سندان کالیبراسیون

 

برای تعیین سختی اشمیت با توجه به اینکه احتمال وجود خطا در مقادیر پایین بیشتر است، ابتدا نیمی از داده ها که کمترین مقدار را دارند حذف شده و از بقیه داده ها میانگین گرفته می شود. این میانگین در ضریب تصحیح ضرب شده و عدد حاصل به عنوان سختی واجهشی اشمیت در نظر گرفته می شود . با استفاده از سختی واجهشی اشمیت ، می توان بر اساس جداول ارائه شده توسط کارخانه سازنده و زاویه برخورد چکش به نمونه ، مقاومت فشاری سنگ را تخمین زد.

 

دقت و خطا :

فاصله بزرگترین و کوچکترین اعداد قرائت شده نباید بیش از 12 واحد اختلاف داشته باشند . تخمین میزان خطا ممکن نیست.

 

 گزارش نتایج :

-  تاریخ و زمان آزمایش

-  توضیح دقیق مکانهای انجام آزمایش و ابعاد عضو مورد بررسی

-  توصیف اختلاط بتن و ابعاد درشت دانه

-  مقاومت مشخصه بتن

-  مشخصات سطح : سطح پودر شده یا ترک دار، پشت بند بودن سطح آزمایش ، نحوه قالب گیری ، نحوه آماده کردن سطح ، نحوه تماس با هوا و محیط اطراف

-  مشخصات چکش : شماره سریال و ...

-  دمای هوا

-  زاویه چکش حین آزمایش

-  میانگین اعداد قرائت شده

-  نکات مهم از جمله اعداد حذف شده و شرایط غیر عادی

 



لینک ثابت

موضوع : بخش ژئوتکنیک / مقالات بخش ژئوتکنیک




معرفی شرکت آب سنگ آزما:

 

شرکت آب سنگ آزما(سهامی خاص)در سال(1364) تاسیس و به ثبت رسید و با توجه به سوابق و تجربیات طولانی موسسین در پروژه های اجرائی و مطالعاتی در بخشهای مختلف ژئوتکنیک اقدام به تهیه تجهیزات آزمایشگاهی و کارگاهی نمود و همزمان به موازات آن اقدام به تشکیل اکیپ های حفاری-تزریق-آزمایشگاه و شاخه ابزاردقیق نمود.این شرکت دارای رتبه( 3 )در رسته کارهای ژئوتکنیک می باشد.

که با تکیه بر دانش فنی و تجربه مطالعاتی و اجرائی در پروژه های مختلف آمادگی دارد با سازمانها و کارفرمایان محترم در زمینه های زیر همکاری نماید:

* ژئوتکنیک

* ابزاردقیق

* بازرسی جوش

* ژئوالکتریک



لینک ثابت

موضوع : معرفی شرکت مهندسین مشاورآب سنگ آزما / معرفی شرکت




19 اردیبهشت 1391 17:04 | نویسنده : asaco

زمین لغزش

 

تعریف:
بنا به تعریف انجمن زمین شناسی مهندسی(IAEG)، زمینلغزش عبارتست از جابجایی به سمت پایین توده ای از مواد بر روی یک شیب
طبقه بندی زمینلغزش ها:
در سال 1978 وارنز(Varnes) نوعی طبقه بندی را ارائه نمود که در عین سادگی، بر اساس ویژگی هایی استوار بود که پس از رویداد یک زمینلغزش نیز حفظ و با گذشت زمان کمتر دستخوش تغییر می شد. بدین ترتیب این طبقه بندی جدید قادر به دسته بندی زمینلغزش های قدیمی تر نیز بود(Mathewson 1981). طبقه بندی وارنز بر دو مبنا استوار است:
الف- نوع حرکت مواد
ب- نوع مواد درگیر در حرکت
این طبقه بندی تاکنون به عنوان ساده ترین و رایج ترین نوع دسته بندی زمینلغزش ها در سراسر دنیا به کار رفته است.




عوامل وقوع زمینلغزشها:
۱ - شیب و ارتفاع دامنه:
مهمترین عامل در حرکت یک ذره بر روی یک سطح شیب دار نیروی گرانش است. نقش این نیرو زمانی آشکار می گردد که مولفه وزن به دو مؤلفه تجزیه گردد. وظیفه مؤلفه عمودی، نگاه داشتن جسم روی سطح شیب دار و عملکرد مؤلفه مماسی، بر هم زدن تعادل و حرکت آن به سمت پایین است. بر اثر افزایش شیب و ارتفاع، نیروهای رانشی افزایش می یابند. این نیروها ممکن است حاصل عوامل زیر باشند:
افرایش ارتفاع بر اثر خاکریزی:
- کاهش ارتفاع بر اثر خاکبرداری
- فرسایش یا قرار دادن سکو در پای دامنه
- تغییر شیب و ارتفاع بر اثر نیروهای زمینساختی
افزایش ارتفاع دامنه توسط خاکریزی به روی دامنه ها یا حفاری پاشنه آن و همچنین افزایش شیب دامنه که ممکن است به طور طبیعی(فرسایش) یا مصنوعی(حفاری) ایجاد شود، بر ناپایداری می افزاید. تغییر شیب و ارتفاع ممکن است بر اثر نیروهای زمینساختی نیز حادث شود(معماریان 1377).


۲-ساخت و جنس زمین شناسی:
ساخت های زمین شناختی نامناسب چون چین خوردگی و گسلش از عوامل ناپایداری دامنه هاست. اگر در یک توالی از سنگ های رسوبی شیب دار، لایه ها به سمت داخل شیب داشته باشند، دامنه پایدارتر از حالتی است که شیب لایه‌ها به سمت خارج دامنه است. درحالت اول، گسیختگی احتمالی با توجه به مقاومت سنگ، یکپارچه انجام می شود. در واقع در این حالت جنس سنگ نقش مؤثری در پایداری دامنه دارد. در صورتی که در حالت دوم، عامل موثر در ناپایداری، مقاومت برشی سطوح لایه بندی یا گسیختگی‌هاست و مقاومت سنگ یکپارچه در آن نقشی ندارد.
در مورد تائید جنس زمین شناسی نیز باید گفت که برخی مواد استعداد بیشتری برای ناپایدارسازی دامنه دارند. واحدهای مستعد لغزش عبارتند از رسوبات کواترنری، کولویم، خاک های برجا، لس ها و سنگهایی چون شیل و مارن. همچنین وجود یک لایه رسی در هر شرایطی عامل ناپایداری است(معماریان1377).
۳- آب و هوا:
نحوه تاثیر شرایط اقلیمی در وقوع زمینلغزش ها را می توان به صورت‌های زیر در نظر گرفت(آشتیانی و همکاران 1373).
۴-  بارش باران:
بارش باران به صورت مداوم و طولانی یا کوتاه مدت و شدید، مهمترین عامل اقلیمی ایجاد کننده زمینلغزش‌هاست. تاثیر این عامل را می توان در مناطق و موقعیت های مختلف به شکل های زیر در نظر گرفت:
1- زمینلغزش های ناشی از بارندگی های شدید در مناطق مرطوب؛ مثل زمینلغزش های ناشی از بارندگی های شدید در زاگرس
2- زمینلغزش های ناشی از بارندگی های شدید در مناطق خشک؛ وقوع این زمینلغزش‌ها هنگام بارندگی‌های استثنایی قابل انتظار است.
3- زمینلغزش های ناشی از بارندگی های مداوم در مناطق مرطوب؛ مثل زمینلغزش های سال 72 در نقاط مختلف گیلان و مازندران.
4- در بعضی مناطق با بارندگی کم، وجود جریان آب زیرزمینی در مناطق دوردست از طریق درزه ها، گسل‌ها و سطوح لایه‌بندی و جذب آنها در لایه های بالای جریان آب زیرزمینی، ایجاد ناپایداری می کند. نمونه های این نوع گسیختگی در مجاورت چشمه های کارستیک در زاگرس وجود دارند.
5- عمل رودخانه ها در مواقع سیلابی که از طریق فرسایش پیچه شیب ها موجب ناپایداری کناره های خود می شوند
5- درجه حرارت و تغییرات آن:
1- عمل گوه ای یخبندان در داخل توده سنگ ها در مناطق بسیار سرد کوهستانی که موجب سقوط سنگ ها می شود.
2- یخبندان و ذوب بهاری که موجب خزش های سطحی در پوشش خاکی زمین های شیب‌دار می‌شود. این پدیده در مناطق با درجه حرارت پائین و عمق نفوذ یخبندان زیاد، اهمیت بیشتری دارد.
3- وجود نهشته های سولیفلوکسیون، که در نهشه های زمین شناسی موجود کشور به آنها اشاره شده است. در اینجا باید به اثرات کلی هوازدگی ناشی از عوامل اقلیمی بارش و تغییرات درجه حرارت اشاره نمود. این اثرات به شکل هوازدگی و خردشدگی سنگ ها و ایجاد پوشش خاکی به ضخامت‌های مختلف می باشند. این اثرات در مناطق گرم و مرطوب بیشتر و در مناطق خشک کمتر است. به عنوان مثال پوشش خاکی و هوازده سازند شمشک، در شمال به بیش از 5 متر نیز می‌رسد در حالی که پوشش خاکی همین سازند، در مناطق مرکزی ایران اکثراً ناچیز است.
۶- آب زیرزمینی:
آب زیرزمینی یکی از مهمترین عوامل تسریع کننده حرکات دامنه هاست. افزایش آب به معنی افزایش وزن دامنه یا چگالی ظاهری آن است که خود می تواند نقشی منفی در پایداری داشته باشد. آب زیرزمینی نیروهای مقاوم را در طول سطح گسیختگی کاهش داده و نیروهای رانشی را در درزه ها و شکاف ها افزایش می دهد.
به طور کلی فشار آب منفذی باعث کاهش تنش عمودی موثر بر سطح گسیختگی شده به عبارت دیگر باعث کاهش مقاومت برشی مواد دامنه می گردد. در سنگ های درز و شکاف دار، عامل ناپایداری نه مقدار آب بلکه میزان فشار آن است؛ از این رو مقدار کمی آب موجود در یک درزه قائم می تواند فشار رانشی زیادی ایجاد کند. در خاک ها نیز فشار آب، نقش مهمتری در مقایسه با مقدار آب دارد. از این رو گسیختگی ها و حرکات بعد از بارندگی شدید را نباید محصول عمل لغزنده‌کنندگی آب، که بیشتر به دلیل بالارفتن فشار آب منفذی دانست(معماریان 1377).



لینک ثابت

موضوع : بخش ژئوتکنیک / مقالات بخش ژئوتکنیک




19 اردیبهشت 1391 17:03 | نویسنده : asaco

 

کارست و دلایل بوجود آمدن آن 

تعریف کارست:

در اصطلاح فنی به پدیده خوردگی و انحلال توده سنگهای کربناته(آهک و دولومیت) کارست گفته میشود.این پدیده در سایر سنگهای انحلال پذیر مانند سنگهای سولفاته و کلروره نیز اتفاق می افتد.پدیده فوق در سنگهای آواری هم دیده میشود.برای مثال ماسه سنگها و کنگلومراهای دارای سیمان کربناته و یا سولفاته تحت تأثیر انحلال کارستی خواهند شد.

اهمیت کارست:

اکثر مناطق آبدار کشور در امتداد کوهای زاگرس  متمرکز است که در آن  مناطق کارستی زیاد است.آب شرب 25% از جمعیت جهان از منابع آب موجود در سنگهای کارستی تأمین میشود.منابع فراوانی از آب زیرزمینی مناسب به صورت آبخوانهای کارستی در زاگرس جنوبی،زاگرس شمالی،البرز و ایران مرکزی وجود دارد.سنگهای کربناته همچنین میزبان 50% منابع هیدروکربور جهان هستند.منابع مناسبی از نقره،سرب،روی و بوکسیت در مناطق کارستی وجود دارند.

دلایل شکل گیری کارست:

کارست پدیده ای در پوسته زمین است که آثار آن به صورت اشکال مختلف از قبیل حفرات و غارها در سطح  و در زیر سطح وجود دارد.علت ایجاد چنین پدیده ای به وجود شکستگی ها و قابلیت انحلال توده سنگ مربوط میشود که در نتیجه آن یک سیستم آب زیرزمینی میتواند شکل بگیرد.بنابراین شکل گیری یک سیمای کارستی در گرو وجود دو عامل است:

اول این که توده سنگ قابلیت انحلال داشته باشد

و دوم اینکه زمینه تشکیل یک سیستم جریان آب زیرزمینی فراهم گردد.

با تعریف گفته شده 27% پوسته زمین از کارست تشکیل شده است.

رده بندی کارست:

1)براساس شرایط ژئومورفولوژیکی

-کارست کامل

-کارست ناقص

-کارست انتقالی

2)براساس شرایط هیدروژئولوژیکی

-کارست مسطح یا سکویی

-کارست ناودیسی

3)براساس شرایط تکتونیکی

-کارست قبل از کوهزایی(ستونی،چین خورده،حوضه ای،عمیق)

-کارست کوهزایی (عدسی شکل،کوهزایی چین خورده،کوهزایی خرد شده)

4)براساس قدمت زمین شناسی

-کارست قدیمه

-کارست جوان

5)براساس عمق کارستی شدن

-کارست عمیق

-کارست کم عمق

انواع دیگر کارست:

کارست باقی مانده،کارست برجی بریده

کارست کاذب:به پنج صورت میتواند تشکیل شود.

-کارست حرارتی

-کارست آتشفشانی

-کارست هیدروترمال

-کارست رگابی

-کارست گرانیتی

تخلخل در زمین شناسی مهندسی کارست:

تخلخل اولیه در سنگهای آهکی و دولومیتهای ریز دانه کم است.این سنگها چنانچه فاقد درز و شکاف باشند ناتراوا محسوب میشوند.در سنگهای آهکی درشت دانه تخلخل اولیه ممکن است به بیش از 20% برسد.بعضی سنگهای کربناته مانند گل سفید ممکن است تلخل بالاتر از 50% داشته باشند.سنگ آهکهای مرجانی نیز بیش از 20%تخلخل دارند.

تخلخل اولیه در کارست چندان معمول نیست و فرآیند کارستی شدن تحت تأثیر تخلخل ثانویه است.وجود ناپیوستگی هایی که منشأ مختلف دارند میتواند به ایجاد تخلخل ثانویه منجر شود.این ناپیوستگی ها ممکن است ساختارهای تکتونیکی باشند،مانند شکستگی های کششی و برشی ویا ساختارهای رسوبی باشند.ساختارهایی مانند درزه های رهایی نیز ناپیوستگی محسوب میشوند.

برای مناطقی که در آنها کارستی شدن شدید است تخلخل ثانویه ممکن است به 10 تا 15% برسد که به طور محلی این تخلخل به 30% هم میرسد.حفرات ایجاد شده ناشی از تخلخل ثانویه مانند غارها و مجاری کارستی میتوانند توسط موادی مثل رس،سیلت،ماسه و شن پر شوند.بررسی های انجام شده بر روی سنگهی آهکی محل سد لار تخلخل ثانویه تا 21.5% دارند.

عمق کارست:

کارستی شدن با فعالیت شیمیایی و انحلال توده سنگ در امتداد بازشدگی های اولیه شروع میشود و با انتقال کربنات حل شده ادامه می یابدبه تدریج مجاری کارستی شکل گرفته و فراختر میشوند.مراحل کارستی شدن در مناطق مرتفع شدت بیشتری دارد.عمق کارستی شدن در نواحی مختلف متفاوت است.کارستی شدن در برخی نواحی مانند ناحیه کارستی دیناریک در یوگوسلاوی سابق میتواند تا عمق 2236 متری هم ادامه داشته باشد.ولی در همین منطقه در بعضی نواحی عمق کارستی شدن به 250 متر هم نمیرسد.

با افزایش عمق درجه کارستی شدن کاهش می یابد و در عمق بیشتر از 300 متر به صفر میرسد.ارقام مطرح شده به شرایط منطقه بستگی دارد و عوامل مختلفی بر آن تأثیر گذارند.

نقش تکتونیک در کارستی شدن:

علت اصلی نفوذپذیری سنگ ها کربناته وجود درزه هاست که امکان ورود آب و جریان یافتن آن را به داخل توده سنگ فراهم میکند.سیستم درزه های کششی معمولاً در ایجاد و توسعه کارست مهمتر هستند زیرا خود موجب تفکیک بلوکها میشوند.این درزه ها در تاقدیسها و در عمق ناودیسها فراوانند.

درزه های تشکیل شده در سطح شدت هوازدگی را بالا میبرند.درزه های عمود بر هم نیز نقش مهمی دارند.نواحی گسله مستعد کارستی شدن هستند و در این مناطق فروچاله ها و فرورفتگ های کوچک شکل میگیرند.

خرد شدن توده های سنگی موجب افزایش سطح تماس آب میشوند و انحلال افزایش می یابد.

ژئومورفولوژی کارست:

مراحل تشکیل اشکال مختلف ژئومورفولوژیکی در آهک با دولومیت متفاوت است.در آهکها شیبهای تند و خرد شدگی مواد نمایان است.دره های تشکیل شده در مناطق دولومیتی شیب آرام دارند.انواع پدیده های ژئومورفولوژیکی شامل موارد زیر است:

-کارن ها

-فروچاله ها

-دره های خشک

-چاه های کارستی

-غارها

-پولیه یا پولژه(دائمی،خشک،موقت)

-دشت کارستی

-طاق طبیعی

-پنجره های کارستی

-پونرها یا چاههای مکنده

سرعت آب در کارست:

معمولاً جریان آب در آبخوانهای کارستی آرام بوده و میانگین سرعت جریان آب در کارستهای دارای تخلخل زیاد عموماً کمتر از 1 متر در روز است که با جریان آرام یا خطی مطابقت دارد.البته کارستهایی هم وجود دارند که سرعت جریان در آنها برابر چند سانتی متر در ثانیه و یا بیشتر است.به عنوان مثال در کارستهای محدوده مخزن سد خاکی لار سرعت جریان آب در کارست از مخزن سد به سمت پائین دست بین 5 تا 12 سانتی متر در ثانیه است.

میتوان برای مناطق کارستی سرعت بین 0.002 تا 55 سانتی متر بر ثانیه را در نظر گرفت.البته مقادیر حداقل و حداکثر به ندرت یافت مبشوند.میانگین سرعت در کارستهای توسعه یافته 5 سانتی متر بر ثانیه است.

انواع تغذیه کارست:

1)تغذیه پراکنده

2)تغذیه نقطه ای

3)تغذیه مختلط

شرایط هیدرودینامیکی دره های کارستی:

مجاری کارستی در اثر افزایش قطرشان مقاومت کمتری در مقابل جریان آب نشان میدهند.مجاری زیرزمینی اشکال متغیری دارند.این مجاری در مناطق به شدت تکتونیزه و دارای شکستگی های متمرکز ممکن است در امتداد شکستگی های غالب به رودخانه های زیرزمینی منفرد وتا حدودی پیوسته تبدیل شوند.میزان تخلیه این رودخانه های زیرزمینی میتواند به چندین متر مکب در روز ثانیه برسد.حداکثر آبدهی در چشمه کارستی دومانلی در ترکیه به میزان 100 متر مکعب در ثانیه دیده شده است.

عمق جریان آب نیز از دیگر ویژگیهای دره های کارستی است.عمق کارستی شدن تا حدود 1200 متری زیر بستر بعضی از رودخانه ها گزارش شده است.

سطح زهکشی آب زیرزمینی:

عموماً آب زیرزمینی در کارست جریان می یابد تا خود را به سطح زهکشی یا تخلیه برساند.این جریان تنها تابع شیب توپوگرافی نیست و عوامل دیگری نیز بر روی آن مؤثر است از جمله ارتباط بین ساختمان هیدروژئولوژی و موقعیت آبخوان کارستی.

عموماًسطح زهکشی از شیب عمومی جهت حرکت آب زیرزمینی تبعیت میکند.

ردیابها:

ردیابها موادی هستند که در مطالعات آبهای زیرزمینی و زمین شناسی مهندسی کارست به منظور ردیابی به آب اضافه میشوند.این مواد باید ویژگیهای زیر را داشته باشند:

-موجب آلودگی آب نشوند و آب را غیر قابل استفاده نکنند.

-روی بو و طعم آب اثر نگذارند.

-باید به آسانی رقیق شده و اندازه گیری را آسان کنند.

-در تماس با محیط نباید فاسد شوند.

-سمی نبوده و برای محیط زیست مضر نباشند.

-از مواد شیمیایی کم ارزش و مخاطره انگیز استفاده نشود.

-به سهولت در دسترس بوده و استاندارد مشخصی داشته باشند.

-نباید توسط محیط متخلخل جذب شوند.

-با آبهای طبیعی واکنش نداده و رسوب نکنند.

-اگر از نوع رادیو اکتیو هستند باید نیمه عمر مفیدی داشته باشند.

-در مقادیر کم به کار روند.

انواع ردیابها:

1)ردیابهای محلول مانند رنگها،ایزوتوپهای رادیو اکتیو و املاح غیر محلول آلی

2)ردیابهای جامد و نا محلول مانند هاگها و باکتری های مختلف

از میان دو گروه ردیاب آنهایی که محلول در آب هستند بیشتر استفاده میشوند.

خصوصیات ردیابها:

حلالیت یکی از ویژگیهای مهم ردیاب است.کم بودن حلالیت ردیاب موجب میشود تا یک قسمت از ان در زیرزمین رسوب کند.در این صورت نتایج آنالیز گمراه کننده است.اغلب برای افزایش حلالیت اسیدیته محلول را تغییر میدهند.

حساسیت غلظت کمترین مقداری است که در ان ردیاب میتواند عمل کند و تشخیص داده شود.به عنوان مثال حساسیت یک نوع ردیاب به نام فلوئورسین سدیم یک قسمت ردیاب در دو بیلیون قسمت آب است.

نحوه نمونه برداری آب:

نقاط نمونه برداری در آزمایش ردیابها امکان دارد چشمه های موقت یا دائم،استاولها،چشمه های زیر دریایی،جریان های جاری در حفرات،غارها،چاهها و گمانه ها باشند.

برای نقاط واقع شده در یک کیلومتری محل آزمایش نمونه گیری باید 2 ساعت به 2 ساعت و به مدت 6 ساعت در 3 نوبت انجام شود.اگر ردیاب مشخص شد کار ادامه پیدا میکند.ولی اگر ردیاب آشکار نگردید باید هر 4 ساعت یکبار نمونه برداری انجام شود.بعد از 48 ساعت نمونه گیری هر 12 ساعت انجام میشود.زمانهای گفته شده به ویژگیهای مناطق کارستی بستگی دارد.

برای مسافتهای بیش از یک کیلومتر نحوه کار متفاوت است.جهت مسافتهای 1 الی 10 کیلومتر نمونه برداری با فواصل 4 تا 6 ساعت یکبار انجام میشود.اگر پس از گذشت 4 روز ردیاب مشخص نشد نمونه برداری به 12 ساعت یکبار افزایش می یابد.برای مسافتهای بیش از 10 کیلومتر با فواصل 6 ساعته نمونه برداری میشود.اگر فاصله نمونه برداری ها بیشتر از 12 ساعت شد دیگر مسافت نقاط تزریق و خروج مطرح نیست و هروقت ردیاب رسید نمونه برداری انجام خواهد شد.

مقدار ردیاب مصرف شده تابع فرمولهای خاص و شرایط منطقه است.

مطالعات زمین شناسی مهندسی در مناطق کارستی:

این مطالعات طی چهار مرحله انجام میشود:

1)جمع آوری اطلاعات و انجام کارهای دفتری

2)بازدیدهای صحرایی

3)مطالعات ژئوفیزیکی

4)مطالعات هیدروژئولوژیکی

آزمایش لوژان:

آزمایش لوژان که به آزمایش فشلر آب نیز معروف است جهت تعیین نفوذپذیری توده سنگهای کارستی و غیر کارستی به کار گرفته میشود.یک لوژن مقدار آبی است که در فشار 10 اتمسفر در طول یک متر از گمانه در واحد زمان تزریق میشود.آزمایش لوژان را میتوان در زیر و یا در بالای سطح ایستابی انجام داد.افزایش نفوذپذیری در سنگ حاکی از کاهش مدول الاستیسته سنگ است.

شکل1:آزمایش لوژان

محدودیتهای بسیاری در استفاده از آزمایش لوژان وجود دارد.به دلیل انیزوتروپی و غیر هوموژن بودن محیط کارستی.آزمایش پکرها در مجاورت لایه های نازک محدودیت دارد.

شکل 2:تعیین محل کارستی شدن با آزمایش لوژان

انحلال پذیری:

انحلال پذیری سنگ فرایندی است که با جریان یافتن آب بر روی سنگ ویا با نفوذ و حرکت آب در درون سنگ اتفاق می افتد.کانی های انحلال پذیر توسط آب حمل میشوند.

افزایش نفوذپذیری میتواند کارایی پرده تزریق را کاهش دهد.توسعه فضاهای خالی ناشی از انحلال سنگ میتواند موجب نشست سازه شود.

پدیده انحلال تابع عوامل متعددی است.عامل اساسی در فرآیند انحلال پذیری توده سنگ وجود شکستگی های به هم پیوسته است.در غیر این صورت عدم جریان یافتن آب در توده های سنگی موجب خواهد شد تا پدیده های انحلالی فقط در سطح سنگ مشاهده شود.عمده عوامل مؤثر در انحلال سنگ شامل موارد زیر است:

-ناپیوستگی های توده سنگ

-نوع مواد پرکننده ناپیوستگی ها

-ترکیب شیمیایی سنگ

-ترکیب شیمیایی آب

-درجه حرارت

-اسیدیته آب

-سطح در معرض تماس اب

-سرعت جریان آب

-نوع جریان (خطی،آشفته)

-حجم جریان عبوری آب

تعادل کربنات در آب کارستی:

آبهای کارستی ممکن است با وجود طی مسافت طولانی غیر اشباع باشند زیرا فاقد گازکربنیک بوده اند و قدرت خورندگی نداشته اند.درجه انحلال پذیری کلسیت به طور عمده از اسیدیته محیط تأثیر می پذیرد.معمولاًدر اسیدیته پائین انحلال سریعتر صورت میگیرد و در اسیدیته های بالا بیکربنات کلسیم محلول میتواند به صورت کربنات رسوب کند.

تعدادی از سازه های هیدرولیکی بناشده بر روی سنگهای انحلال پذیر در مقابل پدیده انحلال ایمن هستند زیرا که آبهای زیرزمینی قبل از رسیدن به سازه اشباع شده اند.

گسترش دهانه شکستگی ها و افزایش آبگذری:

در طبیعت و به منظور کنترل تراوش از توده سنگ های کارستی باید غارهای موجود پر شده و عمملیات تزریق تحکیمی در مواد پرکننده اجرا شود.برای کاهش تراوش آب از میان درزه های نسبتاًکوچک باقی مانده باید به این نکته توجه شود که عموماًدرزه های با عرض کم خطر گسترش کمتری نسبت به درزه های با عرض بزرگتر دارند.عرض بحرانی شکافها بسته به نوع کانی های انحلال پذیر متفاوت است و نحوه کنترل تراوش در انها نیز باهم تفاوت دارد.روش های کنترل تراوش از سنگهای کربناته با سنگهای سولفاته و کلروره متفاوت است.

به منظور آب بندی توده سنگهای آهکی دارای درزه های با دهانه 0.5 تا 1.5 mm و توده سنگهای سولفاته دارای درزه های با دهانه 0.2 تا 0.3 mm روش تزریق دوغاب پیشنهاد میشود.برای توده سنگهای سولفاته حاوی انیدریت با درزه های 0.1 تا 0.2 mm و سنگهای کلروره حاوی هالیت با درزه های 0.5 mm استفاده از دیوار آب بند با بتن پلاستیک توصیه میگردد.

برای سنگهای سولفاته غنی از ژیپس با عرض دهانه کمتر از 0.2 mm امکان عبور دوغاب وجود ندارد (به دلیل اندازه ذرات سیمان پرتلند)،در چنین شرایطی استفاده از دیوار آب بند همراه به کفپوش رسی روش مناسبتری است.

برای به دست آوردن عرض دهانه درزه ها میتوان از مسدود کننده های چرمی در حین آزمایش لوژان استفاده کرد.

اجرای پروژه های عمرانی در مناطق کارستی:

در پروژه های مهندسی اجرا شده در مناطق کارستی نشست زمین و ایجاد پدیده های ژئومورفولوژیکی کارست مانند تشکیل فروچاله ها از مشکلات متداولی است که در اغلب موارد به بروز خسارات مالی و جانی منجر میگردد.پدیده فرونشست به علت ایجاد گسیختگی در سنگهای انحلال پذیر در بعضی از مناطق شهری اتفاق می افتد.

مشکلاتی که کارست ایجاد میکند به 2 دست تکنیکی و بوم شناسی تقسیم میشود.نوع تکنیکی آن به ساختارها و سازه های بزرگ دست ساز بشر مربوط میشود.

مهمترین مشکلات تکنیکی فرونشست زمین،فرونشست در اطراف تونلها،نفوذ آب به پی سدها،ورود آب و گل در هنگام حفاری های زیرزمینی،نفوذ آب دریا در نزدیک ساحل،به هم خوردن تعادل عمومی آب زیرزمینی و... است.

گاهاًتحقیقات و پروژه های اجرا شده پاسخگوی درمان مشکلات نیست.نمونه هایی از سدهای با تراوش بالا عبارتند از:

Hales Bar (U.S.)                                                     Leakage 50m3/s; abandoned

Lar (Iran)                                                                           Leakage 10.8m3/s

Vrtac (Y                                                                             Leakage 25m3/s

Fodda (                                                                               Leakage 3 to 5m3/s

Iliki (Greece)                                                                      Leakage 13m3/s

Salakova                                                                             Leakage >10m3/s

Anchor Dam                                                                       Huge leakage

Civitella Liciana                                                                 Huge leakage

Kopili                                                                                  Huge leakage

Cuber                                                                                  Huge leakage

May (                                                                                  Huge leakage

در تعدادی از پروژه ها با اجرای اولین مرحله پر کردن و در بعضی با طرح علاج بخشی دوم بهبود مؤثری در کاهش تراوش دیده میشود.مانند نمونه های زیر:

در بسیاری از پروژه ها عملیات آب بندی به صورت موضعی مؤثر است.عملیات آب بندی نیازمند سرمایه،پشتکار و داشتن الگوی مناسب است.

در مواردی مانند سد لار بهبود و آب بندی با توجه به پول و زمان صرف شده کافی نبود.زیرا شرایط آب زیرزمینی پیچیده بوده و مسیرهای فرار آب عمیق بودند.

ساخت سد یا مخزن آن در محیط کارستی به معنای شکست طرح و فرار آب نیست.

برطبق شرایط ژئومورفولوژیکی و آبشناسی وابسته به تراوش،مکان سدها و مخازن در کارست میتواند در گروه های زیر قرار گیرد:

سدها و مخازن در دره های باریک و تنگ

سدها و مخازن در دره های رودخانه ای

سدها و مخازن در پولیه های کارستی

در دره های باریک و عمیق کارستی سطح رودخانه در سطوح پائین فرسایشی است.همانند اینکه فرسایش آبرفتی سریعتر از پروسه کارستی شدن است.ویژگیهای کارستی شدن در زیر سطح رودخانه نادر است.اینگونه سطح اساسهای رودخانه ای تراوش محدودی دارند.سطح آب در ارتباط با رودخانه است.سطح اساس کارستی شدن نزدیک عمق رود است.قسمتهای بالای سد و ساحل مخزن مستعد تراوش است.نمونه آن سد کارون 1 است.

نوع دوم نیازمند توجه بیشتری است.در این نوع کارستی شدن سریعتر از فرسایش آبرفتی است.

یکی از بدترین شرایط این است که کارستی شدن در اعماق زیادی از سطح اساس رود رخ دهد.مانند سدهای کبان و لار.در این نوع هزینه بهبود دوغابریزی به دلیل عمقی بودن زیاد است.

اجرای پروژه های مهندسی در مناطق کارستی در سه مرحله به ترتیب قبل از اجرا،در حین اجرا و در زمان بهره برداری به توجه و دقت نیازمند است.

زمین شناسی مهندسی پی های کارستی:

در مهندسی پی شناخت ضخامت خاک و یافتن عمق سنگ کف به منظور انجام طراحی از اقدامات اولیه می باشد که با کمک زمین شناس مهندس انجام میشود.ممکن است مهندسین عمران با توجه به میزان مقاومت و نفوذپذیری،لایه های آبرفتی را به عنوان سنگ کف در نظر بگیرند.چنین اقدامی با توجه به تفاوت در ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی آبرفت و سنگ منطقی به نظر نمیرسد.این موضوع ممکن است هنگام اجرای پروژه کوچک مشکل ایجاد نکند ولی در زمان بهره برداری میتواند مسئله ساز باشد.

زمانی که خاک روی سنگ پی انحلال پذیر قرار دارد،آب زیرزمینی به تدریج سنگ را حل کرده و در یک دوره زمانی طولانی آنرا به سنگ کارستی تبدیل میکند.حضور سنگ کف کارستی در زیر خاک در مهندسی پی مسائلی را به وجود می آورد که در سه بخش مرتبط باهم قابل بررسی میباشد.

1)تراکم متفاوت و نشست

2)فرسایش زیر سطحی یا رگاب

3)ایجاد فروچاله ها

پولیه های کارستی مکانهای پیچیده ای برای ساختگاه سد هستند.این جایگاهها زونهای عریض و بزرگ زهکشی دارند.در فصول خشک سطح آب زیر سطح افت می افتد.مهمترین ویژگیها کانالهای کارستی،ترکهای پوسیده پوشیده شده با گل و ترکهای باز بزرگ است.

مهمترین ریسک ساخت سد در مناطق کارستی فرار آب است.با بالا آمدن آب مجراهای قدیمی عبور آب فعال شده و مجراهای جدیدی نیز ایجاد میگردند.

خطر کارستی شدن در زمان انتخاب مکان و هنگام ساخت سازه بررسی میشود.بعد از ساخت نیز خطرات دیگری اضافه میشود.مانند افزایش لرزه خیزی.

گاهاًبه دلیل هزینه فراوان بررسی ها فقط در اعماق کم انجام میشود که احتمال وجود کارست در اعماق بیش از 100 متر زیاد است.

خطر ساخت سازه در مناطق کارستی به مراحل زیر تقسم بندی میشود:

-خطر هنگام انتخاب مکان سازه

-خر هنگام انتخاب تکنولوژی ساخت

-خطر مدیریت ساخت

-خطر عملیات ساخت

مهمترین خطر در مناطق کارستی طبیعت زمین شناسی است.

خطر تخریب در تونلها به دلیل حفاری با ماشین بیشتر از روشهای مرسوم است.یکی از مشکلات جدی زمان است.هرچه سرعت تخریب و انحلال بالاتر باشد خطر بیشتر است.

بدون شک تمام انواع سنگها باید بررسی و بهیابی شوند.این امر برای مخازن سدها به صورت بازرسی های سالیانه است.با توجه به وضعیت سنگ به 15 سال هم میرسد.

خطر بعدی استهلاک منابع طبیعی با آب است.تکرار فرایند سبب تخریب میشود.

تاًثیر بر اکولوژی:

ساخت سازه های بزرگ آبی سبب تغییر شرایط آب سطحی و زیر سطحی میشود.در مناطق کارستی گردش در آب زیرزمینی رخ میدهد.تعادل در آبخوان کارستی به هم میخورد.نتیجه آن به صورت تغییر کیفیت و دمای آب در چشمه های پائین دست ظاهر میشود.

در بیشتر موارد تاًثیرات منفی اکولوژیکی کمتر از تاًثیرات مثبت آن است.تاًثیراتی مانند ایجاد چشم انداز آبی،بهبود آبیاری،زهکشی و بهبود پوشش گیاهی.

پر شدن ناگهانی آبخوان کارستی سبب ایجاد ریز لرزه هایی میشود.این لرزه ها به دلیل حضور جمعیت در اطراف سازه باید به دقت ثبت و بررسی شوند.لرزه ها سبب تخریب پر شدگی ها و پرده آب بند میشوند.

استراتژی کاهش خطر:

تهیه نقشه های خوب زمین شناسی و بررسی های دقیق

آب بندی سدها در مناطق کارستی:

هدف اصلی از آب بندی سدها جلوگیری از فرار آب است.در این ارتباط باید به موارد زیر توجه داشت:

-تعیین میزان نفوذپذیری توده سنگ قبل از آبگیری و پرشدن مخزن

-شناخت مواد پرکننده ناپیوستگی های توده سنگهای کارستی که ممکن است از مواد انحلال پذیر مانند ژیپس،انیدریت،نمک و یا رسهای واگرا باشد و به علت انحلال و یا شسته شدن رس از مجاری کارستی نفوذپذیری توده سنگ را بعداز آبگیری دریاچه افزایش دهد.

-مشخص کردن جهت جریان آب زیرزمینی تا بتوان نواحی دارای نفوذپذیری بالا را تعیین نمود.

-پیش بینی جهت های احتمالی آب زیرزمینی که تحت تأثیر پرشدن دریاچه در تراز عادی و حداکثر ممکن است به وجود آید.این جهت های جریان مسیرهای احتمالی فرار آب از دریاچه را نشان میدهد.

جهت طراحی و اجرای عملیات آب بندی تعیین نفوذپذیری توده سنگ نیاز می باشد که برای آن از آزمایش لوژان استفاده میگردد.

آب بندی

توصیف نفوذپذیری

نفوذپذیری بر حسب لوژن

نیاز ندارد

نفوذناپذیر

کمتر از 1

برای رودخانه با دبی کم به اب بندی نیاز ندارد

کمی نفوذپذیر

3-1

پرده تزریق با ابعاد کوچک

نفوذپذیری متوسط

10-3

پرده تزریق با ابعاد بزرگ

نفوذپذیر

50-10

پرده تزریق با ابعاد بزرگ به همراه پرکردن غارها

به شدت نفوذپذیر

100-50 و بالاتر

*پیشنهاد آب بندی بر مبنای نتایج آزمایش لوژان*

نوع سد

نفوذپذیری بر حسب لوژن

نوع پرده

بتنی

(قوسی،وزنی،پایه دار)

5-3

پرده یک ردیفه

7-5

پرده چند ردیفه

خاکی یا سنگریزه ای با هسته باریک

10-3

پرده یک ردیفه

10-5

پرده چند ردیفه

خاکی یا سنگریزه ای با هسته عریض

10-5

پرده یک ردیفه

15-7

پرده چند ردیفه

*پیشنهاد آب بندی بر مبنای نتایج آزمایش لوژان*

اولویت بعدی در اجرای عملیات آب بند شناخت شرایط هیدرودینامیکی دره کارستی است.در این مورد باید به ارتباط بین آب زیرزمینی و آب رودخانه توجه شود.

الف:آب بندی در شرایطی که سطح ایستابی بالاتر از سطح آب رودخانه است.

برای دره هایی که در انها آب زیرزمینی وارد آب رودخانه میشود و به عبارتی رودخانه با افزایش آبدهی مواجه بوده و آبزا تلقی می گردد،میتوان عملیات آب بندی را با اجرای پرده تزریق انجام داد و آنرا به لایه های ناتراوای موجود مانند شیستهای رسی،مارن و یا شیل متصل نمود.در صورت موجود نبودن لایه ناتراوا باید به وضعیت کارستی بودن سنگهای کربناته توجه نمود.کارستی شدن سنگهای کربناته ممکن است با افزایش عمق کاهش یابد،در این صورت باید عمق پرده تزریق تا رسیدن به سنگهای کربناته با نفوذپذیری کم در نظر گرفته شود.در چنین شرایطی حداقل عمق مساوی با ارتفاع سد منظور خواهد شد.

عمق پیشنهادی پرده تزریق بسته به شرایط زمین شناسی محل سد میتواند تغییر کند.برای مثال در صورت کاهش میزان نفوذپذیری توده سنگ عمق پرده تزریق ممکن است به نصف ارتفاع سد تقلیل یافته و این کاهش با به کارگیری سایر روشها مانند استفاده از کفپوش رسی جبران گردد.

ب:آب بندی در شرایطی که سطح ایستابی پائین تر از سطح آب رودخانه است.

قرارگیری سطح ایستابی در ترازی پائین تر از تراز آب رودخانه در مناطق کارستی از حساسیت زیادی برخوردار است.

قرارگیری سطح ایستابی در عمق بیش از 100 متر میتواند حاکی از کارستی شدن عمیق باشد.در چنین شرایطی باید به تغییر مکان سد اقدام کرد.در صورت ضرورت احداث باید شناخت دقیقی از شرایط زمین شناسی و هیدروژئولوژیکی محل به دست آورد.در چنین مکانهایی استفاده از روشهای مختلف آب بندی مانند کف پوش رسی،تزریق و کف پوش پلاستیکی توصیه میشود.همچنین با انجام تغییراتی مانند کاهش ارتفاع سد،فشار هیدرواستاتیکی کاهش یافته و از ایجاد فروچاله های جدید در مخزن جلوگیری میشود.

روشهای آب بندی در مناطق کارستی:

تراکم لایه خاک رس در سطح،ساخت روکش نفوذناپذیر شاتکریتی،استفاده از ورقه های پلاستیکی در سطح ،دوغابریزی،بستن حفرات و ساخت سدها و دایکهای سیلندری برای ایزوله کردن حفرات است.

1)ایجاد کف پوش ناتراوا

این روش ساده ترین و قدیمی ترین روش آب بندی در مناطق کارستی است.کف پوشها رسی یا پلاستیکی بوده و در ابعاد مورد نیاز طراحی میشوند.

2)ایجاد پرده تزریق

ساخت پرده تزریق کاری تکراری است و نیز به دقت بالایی دارد.نیازی نیست که سدها 100% آب بندی شوند.اما باید خطر فرسایش را نیز در نظر گرفت.

پرده های تزریق بیشتر به منظور کنترل تراوش و نشت در پی و دیواره های سدها در مناطق کارستی به کار میروند.به علت غیر یکنواخت بودن نفوذپذیری در مناطق کارستی اجرای آنها نیاز به روشهای خاص دارد.در موقع اجرای پرده تزریق باید مطمئن بود که:

-سیستمهای شکستگی موجود که دارای خصوصیات تراوش آب بوده بسته شده است.

-جریانهای موجود در مجاری زیرزمینی که با سرعت زیاد در جریان بوده  قطع شده اند.

عوامل تاًثیرگذار بر پرده تزریق:

-فشار هیدرواستاتیک

-فشار فیلتر (تراوش)

-فشار آب درون حفره ای

-فشار هیدرودینامیک منطقه ای

پارامترهای این موارد باید در تمام راستاها جهتیابی شوند.تعیین جهت بهینه که سبب کاهش حداکثری فشارها میشود مشکل است.پرده تزریق باید به طور مؤثری نفوذناپذیر باشد،به درستی جهتیابی شده باشد، پایدار باشد.باید در برابر فشار هیدرواستاتیک مقاومت کرده و نباید صلب باشد تا بتواند با سازه انعطاف داشته باشد.باید به حد کافی ضخیم باشد تا در برابر فشارها مقاومت کندافزایش گرادیان تراوش از آن میتواند سبب شکست آن شود.ابعاد پرده به پارامترهای زمین شناسی و هیدروژئولوژی ،اجازه up lift  تراوش و ...بستگی دارد.

هر پرده تحت تأثیر فشارهای هیدرواستاتیکی مانند فشار آب منفذی و فشارهای هیدرودینامیکی مانند فشار تراوش قرار دارد.ساختن پرده تزریق در شرایطی که قادر باشد اثر این نیروهارا به حداقل برساند بسیار مشکل است.از نقطه نظر پایداری سد نیز پرده باید به قدر کافی غیر قابل نفوذ باشد و در جای مناسب ایجاد گردد.نباید خیلی سخت باشد بلکه باید خاصیت شکل پذیری داشته و در مواقع زلزله از خود پایداری نشان دهد.

عناصر پایه ای پرده تزریق:

-موقعیت در فضا

-ابعاد سازه

-تعداد ردیفها گمانه

-فاصله بین ردیهای گمانه

-فاصله بین گمانه ها در ردیفها

-ترکیب دوغاب

-روش دوغابریزی

-قطر گمانه ها

-ارتباط پرده تزریق با سازه

اطلاعات پایه برای طراحی پرده تزریق:

1.آنالیزهای حاصل از ساختارهای زمین شناسی

2.آنالیز رشد کارست و تعیین عمق کارستی شده

3.آنالیز نوسانات آب زیرزمینی

4.آزمایشات محلی  و منطقه ای

5.آزمایش پمپاژچاههای آب

6.شناسایی دقیق مناطق کارستی

7.نتایج به دست آمده از آزمایش فشار آب.

پرده تزریق متصل:

با افزایش عمق کارستی شدن و به علت گسترش مجاری کارستی در توده سنگهای انحلال پذیر با توجه به مسائل اقتصادی پروژه باید پرده تزریق به نحوی طراحی گردد که هم در عمق و هم در تکیه گاههای سد به قشر ناتراوا متصل شود.هزینه پروژه باید در نظر گرفته شود و با توجه به بزرگی طرح و بهره دهی آن تصمیمات لازم اخذ شود.در صورتی که قشر ناتراوای زیر پی در فاصله دور باشد میتوان از طریق گالری زیر سد پرده تزریق را به سمت قشر ناتراوا(ترجیحاً به سمت مخزن) اجرا کرد.این شکل پرده تزریق را ناودانی میگویند.

پرده تزریق معلق:

در صورت عدم دسترسی به قشر ناتراوا در فاصله معقول با در نظر گرفتن شرایط فنی و اقتصادی پروژه میتوان پرده تزریق معلق ایجاد کرد.ولی چون مسدود کردن قشر ناتراوا ممکن نیست نمیتوان به عملیات آب بندی اطمینان کرد مگر اینکه با افزایش عمق در پی و تکیه گاهها از درجه کارستی شدن کاسته شود.

ضخامت پرده های تزریق:

پرده های تزریق با توجه به تعداد ردیفهای گمانه ها ضخامت متفاوت دارند.به منظور افزایش ضخامت پرده تزریق لازم است دو یا سه ردیف گمانه حفاری شوند.فواصل گمانه ها مرکز به مرکز است که با افزایش ردیف گمانه ها این فاصله کاهش می یابد.معمولاًفاصله گمانه ها برای ردیف اول 6 متر،برای ردیف دوم 3 متر و برای ردیف سوم 1.5 متر در نظر میگیرند.

برای انجام عملیات تزریق معمولاً طول قطعات را 5 متر در نظر میگیرند ولی هرچه عرض ترکه کمتر و تعداد آنها در واحد طول بیشتر باسد بهتر است طول قطعات تزریق کمتر شود.از نظر اقتصادی منظور نمودن طول قطعات بین 5-3 متر مناسب است.

محتوای دوغاب:محتوا معمول دوغاب در کارست به عوامل زیر بستگی دارد:

-آزمایش فشار آب

-محتوای حجم دوغاب مصرفی

آزمایش فشار آب درجه کارستی شدن را مشخص میکند اما ضریب نفوذپذیری و هدر رفت آب مخزن محاسبه شده از آزمایش فشار آب درست نمیباشد.

عمق دوغابریزی:

نظریه پذیرفته شده بر پایه رابطه خطی بین ارتفاع سد(فشار آب) و عمق پرده  است.دفتر اصلاح ایالات متحده رابطه زیر را ارائه داده است:

جایی که h  عمق پرده،H ارتفاع سد و c  متغیری است که بین 8 تا 25 متر است (برطبق نظر زمین شناسان و مهندسین 15 تا 20 متر).

عمق پرده نباید کمتر از H/3 باشد.اما در کل رابطه خطی ای وجود ندارد.تنوع عمق پرده در مناطق کارستی زیاد است.بر طبق رابطه ای ارتباط عمق پرده با حداکثر ارتفاع آب پشت سد یه صورت زیر است:

در دره های عمیق این رابطه بین 0.3 تا H1،در دره های رودخانه ای 0.5 تا H2.5،در دره های با ارتفاع زیاد H 4،و در پولیه های کارستی مرتفع 6 یا بیشتر است.

عمق کارستی شدن پارامتر مهمی در ساخت پرده بهینه است.پرده باید 10 تا 30 متر پائین تر از سطح ایستابی آب باشد.

فلاش کردن سنگهای کارستی برای دوغابریزی:

این روش معمولاً برای بهبود مشخصات سنگهای کارستی در مجاورت پی سد استفاده میشود.این روش برای شستن مواد رسی یا ماسه ای در ترکها و درزه های کارستی استفاده میشود.برای شستشو ار آب یا فشار هوا استفاده میشود.این عمل تا زمانی که آب یا هوای خروجی تمیز باشد ادامه می یابد.مقدار مورد نیازmin/ 12m3 برای هوا  و  200l/min برای آب است.مدت زمان لازم 30 دقیقه است

قبل از دوغابریزی گمانه ها را با آب میشویند.فشار آب 3/2 فشار دوغابریزی است.

فشار تزریق دوغاب:

فشار تزریق باید بعد از بررسی های هیدروژئولوژی و زمین شناسی مهندسی تعیین شود.فشار بالا نفوذ خوب دوغاب به درون درزه ها و غارها را فراهم میکند اما سبب افزایش مصرف دوغاب میشود و احتمال بازشدن درزه ها نیز وجود دارد،باعث تحت تاًثیر قرار گرفتن توده سنگ بالای مکان دوغابریزی میشود و سبب فعال شدن تکتونیکی منطقه میگردد.

برای دستیابی به فشار بهینه توجه به موارد زیر الزامی است:

-وضعیت تکتونیکی و زمین شناسی

-مشخصات هیدروژئولوژیکی

-فشار هیدرواستاتیک

-عمق دوغابریزی

-نحوه دوغابریزی

فشار معمولاً 10 تا 130 بار انتخاب میشود.عوامل تاًثیر گذار دیگر ارتفاع ستون آب،عمق تزریق، و وزن سنگهای روبار هستند.فشار مینیموم باید برابر یا بیشتر از وزن سنگهای روباره باشد.

شکل3 : ارتباط فشار تزریق با عمق پرده.

Hydraulic fracturing معمولاًهنگامی که فشار دوغاب بالا میرود رخ میدهند.دلیل آن باز شدن درزه ها است.فشار بحرانی به عوامل زیر بستگی دارد.

-نوع سنگ

-وزن توده سنگی روباره

-موقعیت و وضعیت ناپیوستگی ها

فشار بحرانی از رابطه زیر به دست می آید:

فشار لیتواستاتیک،vضریب پوآسون و c  ضریب است.

فشار بحرانی همچنین به قطر گمانه و نفوذپذیری سنگ و مشخصات سیال بستگی دارد.

برطبق نظر Lombardi ،hydro-jacking بی ارتباط با زاویه بین گمانه و درزه ها ست.

پر کردن و تزریق غارها:

شناسایی غار و شناخت ابعاد آن قدم اول است.به منظور تزریق غارها قطر گمانه ها باید بین 146 تا 218 mm باشد تا دسترسی به غار امکانپذیر شده و ارسال مواد شنی یا بتنی به سهولت انجام گیرد.در شروع کار برای پر نمودن آن از سنگ خرد شده یا شن استفاده میشود.شنهای مورد استفاده باید آنقدر یکنواختی داشته باشند تا به تخلخل 40-50% برسد.یکنواختی شن فضای مناسبی برای تزریق دوغاب به درون آن فراهم میکند.عملیات دوغابریزی در 2 مرحله رفت و برگشت در قطعات 3 متری اجرا میشود.

غیر هموژن بودن محیط باعث مصرف زیاد دوغاب میشود.در یوگوسلاوی در یک گمانه تا 1073 تن بتن خشک مصرف شده است.

نرخ مصرف دوغاب برای ترکهای شدید و سنگ آهکهای کارستی بین 100 تا 600 KG/m است.

تزریق در مجاری کارستی پرسرعت:

در مجاری پرسرعت امکان تزریق در شرایط عادی وجود ندارد.زیرا سرعت آب کلیه مصالح و مواد را شسته و همراه خود میبرد.روش خاصی باید به کار گرفته شود.بدین منظور میتوان از تزریق پلیرور اتان استفاده کرد که همراه با عامل ایجاد کننده فوم میتواند به محض برخورد با آب تولید فوم کرده و حجم وسیعی را در برابر جریان ایجاد نماید.با مصرف حجم نسبتاً محدودی از مصالح میتوان نسبت به ایجاد مانع اقدام کرد و ایمنی را بالا برد.

برای کاهش فرار آب از مخزن روش های زیر نیز پیشنهاد میشود:

-مسدود کردن حفراتی که آب را میبلعد با سدهای بتنی سیلندری.

اطراف دهانه و سنگهای اطراف آن را سیمانی کرده و اطراف لوله را با رسهای متراکم میپوشانند.

-ایزوله کردن مناطق نفوذپذیر با دایکها.

-مسدود کردن استاولها با بتن.

-استفاده از تراکم سطحی و دریچه های یک طرفه.

-استفاده از pvc برای آب بندی کف.

-پوشاندن سنگهای آهک با شاتکریت.

شاتکریت به کار رفته باید ضد آب بوده و حداقل ضخامت 5 cm داشته باشد.الیاف به کار رفته در بتن باید طولی بین 3 تا 30 mm داشته باشند.

-مسدود کردن ترکها با دوغاب.

-پرده دیافراگم و cut-off  wall

-استفاده از لوله های تهویه هوا

توصیه های فنی در آب بندی مناطق کارستی:

1)در صورت وجود مخازن معلق کارستی در عمق زیاد هزینه آب بندی بالا خواهد بود و رد محل سد توصیه میگردد.در این مناطق عمق کارستی شدن زیاد است.

2)اجرای پرده های تزریق به منظور آب بندی مناطق کارستی توصیه میگردد.

3)آب بندی با طبیعت محل سد ارتباط دارد.در صورت یافتن قشر ناتراوا در عمق مناسب باید اجرای پرده تزریق متصل در اولویت باشد.

4)پرده های معلق در صورت نرسیدن به سنگ ناتراوا چندان مؤثر نیستند.

5)در مناطق کارستی مسدود کردن چاههای مکنده و فروچاله ها توسط کف پوش رسی یا پلاستیکی میتواند به ایجاد زهکش های جدید منجر شود.

6)آب بندی مناطق کارستی در ناودیسها به شناخت بیشتری از شرایط زمین شناسی نیاز دارد.

7)توصیه میشود در مناطق کارستی روی رودخانه های بزرگ نسبت به احداث سد اقدام شود تا میزان فرار آب از مخزن توجیه اقتصادی داشته باشد.

 



لینک ثابت

موضوع : بخش ژئوتکنیک / مقالات بخش ژئوتکنیک




بررسی مسایل ناشی از وجود خاکهای واگرا و روشهای شناسایی آن در منطقه

 

 

 

مقدمه

یکی از موضوعاتی که همواره در انتخاب منابع قرضه ریزدانه باید مورد بررسی و توجه قرار گیرد وجود انواع مختلف نمکهای محلول و غیر محلول در این مصالح میباشد. عدم توجه به این مهم در اجرای سازه های آبی مشکلات زیادی را پدید آورده و موجب تخریب و غیر قابل استفاده شدن اینگونه منابع قرضه شده است.

تجربیات گذشته نشان میدهد که خواص مكانیكی اغلب خاكها با افزایش رطوبت و اشباع شدن تغییر می‌كند. در برخی از خاكها بر اثر افزایش رطوبت پدیده‌های خاصی بروز می‌كند كه بعضاً به خسارات عمده‌ای در طرحهای عمرانی منجر می‌گردد. این خاكها «خاكهای حساس در مقابل آب» نامیده می‌شوند و از مهمترین اقسام آنها می‌توان به خاكهای متورم‌شونده، خاكهای واگرا و خاكهای رمبنده اشاره نمود.

خاكهای واگرا خاكهای رسی هستند كه در آبهای با غلظت پایین نمك به راحتی شسته می‌شوند. این رسها معمولاً دارای مقادیر بالای یون سدیم در كاتیونهای جذبی خود می‌باشند.

 واگرایی،‌ یك پدیده پیشرونده می‌باشد كه از یك نقطه با تمركز جریان آب شروع شده و بتدریج گسترش می‌یابد. نقطه شروع پدیده واگرایی می‌تواند تركهای حاصل از انقباض، نشست و یا تركهای حاصل از ریشه گیاهان باشد. این پدیده در طرحهایی نظیر سدهای خاكی و كانالهای آبرسانی كه تمركز فشار آب در داخل خاك وجود دارد، دارای اهمیت ویژه‌ای می‌باشد و در خاکریزها، دیواره های کانالهای خاکی و سدهای خاکی مشکلاتی بوجود می آورد که غیر قابل جبران میباشد. پدیده واگرایی پدیده‌ای فیزیكی ـ شیمیایی است و نباید با رگاب كه پدیده‌ای كاملاً فیزیكی است و بر اثر شسته شدن ذرات سیلتی خاك رخ می‌دهد اشتباه شود. این خاکها بطور طبیعی در ایران به وفور یافت میشوند، بنابراین تحقیق و بررسی روی روشهای مختلف شناخت، اصلاح و بهبود خاکهای واگرا از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

در این مقاله به تشریح جنبه های ژئوتکنیکی خاکهای واگرا، مكانیزم واگرایی در خاكهای رسی و روشهای شناسایی این خاکها خواهیم پرداخت. با توجه به اینکه اطلاع از روشهای شناسایی مستقیم به منظور درك عوامل مؤثر در واگرایی خاكها و كاربرد روشهای زمین‌شناسی بسیار مهم است این روشها نیز مورد توجه قرار گرفته و معرفی میگردند.

 

پدیده واگرایی در خاکهای رسی و اثرات آن در سازه های آبی

خاکهای رسی واگرا به خاکهایی اطلاق میشود که در آنها ذرات خاک رس در مجاورت آب چسبندگی خود را از دست میدهند و به سرعت شسته میشوند، حتی اگر سرعت جریان آب کم باشد به سهولت شسته شده و فرسایش می یابند.

بالا بودن درصد یون سدیم در آب منفذی از خصوصیات عمده این خاکهاست و وجود بیش از اندازه یون سدیم در خاکهای واگرا باعث افزایش ضخامت لایه آب دوگانه ای که ذرات رس را احاطه می کند می گردد و در نتیجه نیروی جاذبه بین ذرات کاهش می یابد. دلیل اصلی فرسایش رسها در اثر پدیده واگرایی، بیشتر شدن نیروی دافعه الکتریکی بین ذرات از نیروی جاذبه واندروالسی در بین آنها میباشد که نیروی دافعه از وجود لایه دوگانه در اطراف ذرات کانیهای رسی ناشی میشوند.

در چنین رسهایی هنگام تماس با آب، ذرات از سطح توده جدا شده و در آب معلق میشوند و در صورت وجود جریان آب (حتی جریان کم) ذرات از یکدیگر جدا شده و همراه آب از توده خاک خارج میگردند اما فرسایش در خاکهای غیرواگرا به گونه ای دیگر میباشد. در این خاکها در اثر تماس با آب نیروی جاذبه بین ذرات از بین نمیرود و برای فرسایش و شسته شدن آنها می بایست  سرعت جریان آب به میزان کافی باشد.

یکی از عوامل عمده در تخریب و بی ثمر شدن سدهای خاکی، پیدایش آبراهه های ناشی از آبشستگی در بدنه و بویژه هسته نفوذ ناپذیر این سدها میباشد.

مسئله بطور کلی با حرکت کردن و مهاجرت ذرات رس واگرا در سطح تخلیه آب در پایین دست سازه خاکی یا در محل اتصال به منطقه با نفوذپذیری بالا آغاز شده و فرآیند فرسایش در درون یا زیر سازه بصورت پیش رونده به سمت بالادست در جهت پتانسیل هیدرولیکی بیشتر ادامه می یابد تا آنکه مسیر فرسایش یافته به صورت یک تونل یا مجرا به منبع تغذیه متصل گردد.

در این مرحله در صورت وجود آب کافی در منبع، جریان با شدت بسیار بیشتر از گذشته  و بصورت متمرکز صورت گرفته و فرسایش با چنان شدتی دنبال میشود که ممکن است تخریب در مدت بسیار کوتاهی باعث تخریب کل سازه گردد. لازم به ذکر است که این پدیده عینا در خاکهای غیرچسبنده بسیار ریز، مثل سیلت و ماسه خیلی نرم نیز مشاهده می گردد که علت آن مکانیکی است در حالیکه در خاکهای رسی واگرا پدیده فیزیو شیمیایی میباشد.

در سدهای خاکی و خاکریزهایی که در تماس با آب هستند، فرسایش با تمرکز جریان در نقطه ای از شیب پایین دست (که ممکن است بهر دلیلی از جمله ترک یا شکاف ناشی از نشست یا انقباض ایجاد شده باشد) آغاز و بسمت بالادست ادامه می یابد و پس از کامل شدن مجرا مفر جدیدی برای خروج آب و آب شستگی شدیدتر ایجاد میگردد که نهایتا باعث تخریب سازه میگردد.

در سازه های آبی دیگر مانند کانالهای آب ، فرسایش در زیر پوشش یا از روی خاکریز بدنه کانال یا از محل سازه های زهکش سیستم آغاز و پس از پیشرفت، نهایتا موجب تخریب پوشش و ایجاد خسارات قابل ملاحظه میگردد. این حالت در ایران (کانالهای اصلی شبکه آبیاری اصفهان در عبور از اراضی گچدار که از غشا های پلاستیکی غیر قابل نفوذ برای عایق بندی کانال استفاده شده بود- شبکه آبیاری گتوند) و در کشورهایی نظیر سوریه ، عراق و روسیه مشاهده شده است.

علاوه بر این در برخی حالات ممکن است پدیده آب شستگی خاک واگرا از زیر یا از کنار سازه و از درون مصالح پی تحتانی یا جانبی آغاز گردد که البته موارد آن در مقایسه با سایر حالات بسیار اندک است. در این حالت خسارات وارده ممکن است چشمگیر بوده و حتی به تخریب کلی سازه منجر گردد.

 

ویژگیهای فیزیو شیمیایی خاکهای واگرا و سابقه شناخت آنها

بطور کلی واگرایی پدیده ای است فیزیو شیمیایی که بر اثر آن ذرات خاک رس در مجاورت آب چسبندگی خود را از دست داده و یکدیگر را دفع مینمایند به طوریکه ذرات مذکور به صورت معلق در آب در آمده و به سهولت و با انرژی بسیار کمی از محیط شسته میشوند.

البته همانطور که گفته شد در سیلت غیر چسبنده، پودر سنگ و ماسه خیلی ریز که اساسا دارای چسبندگی بسیار کم یا فاقد چسبندگی میباشند نیز این پدیده مشاهده میشود. اما ماهیت آن مکانیکی است و با پدیده واگرایی ناشی از وجود املاح در خاکهای رسی متفاوت است. خاکهایی که پدیده واگرایی در آنها مشاهده میشوند بطور کلی نسبت به آب حساس بوده و به سهولت دچار فرسایش و آب شستگی  درونی میگردند. پتانسیل واگرایی و فرسایش در یک خاک معین  بستگی به عوامل متعددی از جمله کانی شناسی، شیمی خاک و نمکهای محلول در آب منفذی خاک و آب جاری مجاور دارد. اینگونه خاکها حتی در مقایسه با خاکهای نرم غیرچسبنده مانند ماسه نرم بر اثر جریان آب با سرعت کم نیز به سرعت فرسایش می یابند. ذرات خاکهای رسی واگرا در آبهای جاری نیز از خود واکنش نشان داده و ذرات خاک بصورت معلق در آب در می آیند.

فرسایش در خاکهای واگرا میتواند با نشست متمرکز در داخل خاکریزها، منطقه اطراف خاک با نفوذپذیری بالا، اطراف مجاری سازه های بتنی مجاور در منطقه تماس پی با سازه خاکی و یا از طریق ترکهای ناشی از انقباض و خشک شدگی، ترکهای ناشی از نشست نا متقارن و یا شکست هیدرولیکی آغاز گردد.

از نظر شیمیایی تفاوت بین رسهای واگرا و غیر واگرا در نوع کاتیونهای موجود در آب منفذی توده رس میباشد. رسهای واگرا دارای مقدار زیادی کاتیون سدیم و رسهای معمولی دارای مقدار زیادتری کاتیونهای کلسیم، پتاسیم و منیزیم میباشند.

علیرغم اینکه شناسایی خاکهای واگرا از مدتها قبل توسط متخصصین کشاورزی صورت گرفته است اما شناسایی و اهمیت آن در مهندسی عمران سابقه چندان طولانی نداشته و اولین بار در سال 1930 میدلتون (Middleton  ) پدیده واگرایی را یکی از عوامل موثر در فرسایش خاکهای ریزدانه معرفی کرده و بالا بودن درصد املاح سدیم در خاکهای واگرا را یکی از مهمترین ویژگیهای آن دانسته است. در سالهای 1935 تا 1938 ولک ( Volk ) نیز واگرایی خاکها را دلیل اصلی بسیاری از خرابیها دانست که در سدهای خاکی کوچک و بندها و خاکریزهای طراحی شده در سازمان حفاظت خاک امریکا ( scs ) مشاهده شده بود این سدها عموما پس از اولین آبگیری خراب شده بودند. در خلال سالهای 1960 تا 1970 تحقیقاتی که اغلب در استرالیا و بر روی علل تخریب سدهای خاکی کوتاه انجام گرفت به شناخت بهتر رسهایی که به سهولت شسته میشوند منجر گردید. از آن زمان به بعد فعالیتهای گسترده ای در زمینه شناسایی این نوع خاک و مربوط ساختن ویژگی واگرایی به سایر خصوصیات خاک مانند طبقه بندی، دانه بندی، حدود اتربرگ و غیره صورت گرفت که هیچیک از آنها تاکنون به نتیجه خاصی نرسیده است. تحقیقات قدیمی تر تشکیل خاکهای واگرا را عموما به مناطقی با اقلیمهای خشک و نیمه خشک منسوب می نمود اما در سالهای اخیر این مسئله در مناطق با اقلیم مرطوب مانند استرالیا، مکزیک، ویتنام، تایلند، هند، برزیل و ونزوئلا و بسیاری از مناطق جنوبی ایالات متحده نیز مشاهده شده است.

 

مكانیزم واگرایی در خاكهای رسی  

خاکهای رسی واگرا به خاکهایی اطلاق میشود که در آنها ذرات رسی خاك عموماً با مولكولهای آب احاطه می‌شوند. در واقع این مولكولها بخشی از ساختمان خاكهای رسی را تشكیل می‌دهند  و برخی از خواص این گونه خاكها مانند خاصیت خمیری ناشی از حضور لایة آب در اطراف كانیهای رسی می‌باشد. ضخامت لایه آب دارای تأثیر قابل توجهی در رفتار خاكهای رسی می‌باشد. به عنوان مثال، با افزایش ضخامت لایه آب نیروی جاذبه بین كانیهای رسی كاهش یافته و بر اثر یك جریان آرام پراكنده می‌شوند.

ضخامت لایه آب به عوامل مختلفی از جمله نوع و غلظت كاتیون‌های جذبی كانی رسی بستگی دارد. در خاكهای حاوی كاتیون‌های سه ظرفیتی و دو ظرفیتی مثل آلومینیوم، ‌كلسیم و منیزیم، ضخامت لایه آب نسبتاً‌پایین بوده و نیروی جاذبه كانیهای رسی مانع پراكنده شدن آنها می‌گردد. كاتیون‌های تك ظرفیتی با شعاع كوچك مانند پتاسیم، روبیدیوم و آمونیم در فضای میان اتمهای تشكیل‌دهنده كانیهای رسی وارد می‌شوند؛ ولی كاتیون‌های تك ظرفیتی بزرگ مثل سدیم نمی‌توانند در این فضاها وارد شوند و جذب سطح ذرات كانیهای رسی می‌شوند. به دلیل تك ظرفیت بودن سدیم تعداد یونهایی كه برای برقراری تعادل الكترواستاتیكی، جذب ذرات رس می‌شوند دو برابر كاتیون‌های دو ظرفیتی است و در نتیجه پتانسیل فشار اسمزی در خاكهای حاوی سدیم بیشتر از سایر خاكها می‌باشد.

          علاوه بر نوع كاتیون‌ها، غلظت كاتیون‌های جذبی نیز اثر مستقیمی در پتانسیل فشار اسمزی خاك دارند. با افزایش غلظت كاتیون‌ها، تعداد آنها در فضای اطراف كانیهای رسی افزایش یافته و در نتیجه پتانسیل فشار اسمزی افزایش می‌یابد. بالا بودن فشار اسمزی در بین دو لایه از كانیهای رسی سبب جذب آب منفذی و افزایش فاصله بین لایه‌ها در هنگام جذب رطوبت می‌گردد. این افزایش فاصله می‌تواند به از بین رفتن نیروی جاذبه بین كانیهای رسی و نهایتاً فرو ریختن ساختار خاك منجر گردد.

 

شناسایی خاکهای واگرا

خاكهای واگرا جزء‌خاكهای رسی می‌باشند و حداقل مقدار رس در آنها 10 درصد است. این خاكها در طبقه‌بندی مهندسی خاك به روش یونیفاید در گروههای CL تا CH قرار می‌گیرند. از زمان شناسایی خاکهای واگرا تا به امروز کوششهای فراوانی جهت تدوین روشهای آزمایشگاهی و صحرایی برای ارزیابی اینگونه خاکها بعمل آمده است. در مناطقی که سطح زمین دارای شیب نسبتا تند است شناسایی خاکهای واگرا بسیار آسان است چرا که در این مناطق در اثر بارندگیها و فرسایش سریع، بریدگیهای بسیار عمیق و مشخصی در سطح زمین حاصل می شود که مشخصه اصلی اینگونه خاکها است. ولی در مناطق مسطح با شیب کم نمی توان به آسانی خاکهای واگرا را شناسایی کرد چون در اثر بارندگیها وقتی ذرات رس واگرا شسته می شوند لایه ای از ماسه لای دار و یا لای ماسه ای به صورت پوشش محافظی در سطح زمین باقی می ماند و روی لایه های عمیق را می پوشاند و در حقیقت مشخصه اصلی که فرسایش و آب بریدگیهای عمیق میباشد دیده نمی شود و در نتیجه خاک واگرا قابل تشخیص نمی باشد.

از نظر رنگ خاکهای واگرا به رنگهای قرمز، قهوه ای، زرد، خاکستری و یا ترکیبی از این رنگ ها دیده شده است، خاکهای سیاه رنگ عموما حاوی مواد آلی بوده و واگرا نمی باشند.

با توجه به این مطالب میتوان فهمید که شناسایی کامل و دقیق خاکهای واگرا در صحرا منوط به انجام آزمایشهای مخصوص میباشد که بدون آنها تشخیص خاکهای واگرا ممکن نیست، بهمین دلیل محققین زیادی در این زمینه به تحقیق و بررسی پرداخته اند. لازم به ذکر است که به علت اینکه واگرایی یک پدیده فیزیو شیمیایی است لذا تشخیص خاکهای واگرا با استفاده از نتایج طبقه بندی، دانه بندی و حدود اتربرگ خاک امکانپذیر نبوده و لذا باید آزمایشهای ویژه آن مورد استفاده قرار گیرد. آزمایشهایی که تابحال برای این منظور مورد استفاده قرار گرفته اند عبارتند از:  

  1. آزمایش پین هول
  2. آزمایش شیمیایی (تعیین نمكهای محلول خاك)
  3. آزمایش هیدرومتری دوگانه
  4. آزمایش كرامب

 

          آزمایشهای هیدرومتری دوگانه و كرامپ،‌آزمایشهای نسبتاً ساده‌ای هستند كه به كمك آنها پتانسیل واگرایی در نمونه‌های مورد آزمایش تخمین زده می‌شود. معمولاً در صورتی كه در این دو آزمایش، ‌نمونه واگرا تشخیص داده شود خاك واگراست؛ اما عكس این مطلب صادق نیست. به عبارت دیگر، واگرا نبودن نمونه مورد مطالعه در این دو آزمایش دلیلی بر واگرا نبودن خاك نخواهد بود. آزمایشهای شیمیایی نیز آزمایشهای متداولی هستند كه كارشناسان خاك در علوم كشاورزی به خوبی با آنها آشنا می‌باشند؛ لیكن مهندسان آشنایی كمتری با آنها دارند. در آزمایش پین هول جریان متمركز آب در تركهای درون خاك مدل می‌گردد و در حال حاضر این آزمایش بهترین روش شناسایی خاكهای واگراست.

          دراین بخش، به منظور درك عوامل مؤثر در واگرایی خاكها، آزمایشهای شناسایی آنها به طور مختصر توضیح داده شده است:

1- آزمایش پین هول

این آزمایش را شرارد و همکارانش در سال 1973 ابداع و نتایج حاصل از آن را در سال 1976 در مقاله ای ارائه نمودند. در این آزمایش که برای اندازه گیری مستقیم فرسایش پذیری خاکهای ریزدانه  ابداع شده است      یك نمونه متراكم شده خاك تحت بارهای آبی مختلف (50، 180، 380، 1020 میلیمتر) ‌قرار می‌گیرد، جریان آب از طریق یک مجرای باریک که در داخل نمونه ای از خاک با ابعاد معین تعبیه شده است، عبور داده میشود وآب شستگی و فرسایش داخلی خاك در سوراخی كه در نمونه خاك ایجاد گردیده بررسی می‌شود. آبی كه از داخل نمونه‌های خاك واگرا خارج می‌شود، كدر و دارای ذرات معلق كلوئیدی می‌باشد؛ اما در نمونه‌های خاك غیرواگرا آب خارج شده از نمونه،‌ زلال و شفاف است. نمونه خاک بصورت استوانه ای به قطر 33 و طول 38 میلیمتر بوده و جریان آب مقطر از داخل سوراخی به قطر یک میلیمتر و تحت بار 50 و 180 و 380 میلیمتر عبور داده میشود و سپس میزان شفافیت آب خروجی ارزیابی میگردد. شیب هیدرولیکی اعمال شده در این آزمایش از 2 تا 15 درصد و سرعت جریان از 30 تا 160 سانتیمتر در ثانیه تغییر میکند.

2- آزمایشهای شیمیایی

          در آزمایشهای شیمیایی با اندازه‌گیری غلظت و یا ظرفیت تبادلی كاتیون‌های فلزی موجود در خاك معیارهایی برای ارزیابی واگرایی ارائه می‌شود. مهمترین معیارهای مورداستفاده در آزمایشهای شیمیایی، نسبت جذب سدیم (SAR)، درصد سدیم تبادلی (ESP) و درصد سدیم خاك (Ps) می‌باشند. افزایش هریك از پارامترهای ذكر شده نشان‌دهنده افزایش یون سدیم در كاتیون‌های جذبی است و در نتیجه احتمال واگرایی خاك بیشتر خواهد بود.

در زیر روابطی برای محاسبه پارامترهای فوق تعیین شده اند:

Esp= (Es/Cec)*100

(Exchangable Sodium Percent=Esp)

(Absorption Ratio Sodium=Sar)

( نسبت سدیم به کل املاح محلول = Ps )

(سدیم قابل تعویض = Es )

( ظرفیت تبادل یونی = Cec )

( واحدها بر حسب میلی اکی والان در 100 گرم میباشند)

 

 

( واحدها بر حسب میلی اکی والان در لیترمیباشند)

 

 

( واحدها بر حسب میلی اکی والان در لیترمیباشند)

 

Total disolved salt =Tds=Na + Ca + Mg + K

 

طبق تحقیقات انجام شده در خاکهای واگرا Esp  بزرگتر از 10 و Sar  بزرگتر از 2 است. (برای خاکهایی که Tds  آنها بین 0.5 تا 3 میلی اکی والان در لیتر باشد.)

قابل ذکر است که دیاگرام هایی نیز با تلفیق معیارهای شیمیایی و آزمایشات مستقیم واگرایی روی انواع خاک رس توسط برخی محققین از جمله شرارد تهیه شده است که میزان واگرایی و عدم واگرایی خاکهای مختلف را مشخص مینمایند.

 3- آزمایش هیدرومتری دوگانه  

در آزمایش مذكور، ‌ابتدا دانه‌بندی خاك به روش استاندارد آزمایش هیدرومتری (با استفاده از همزن مكانیكی و ماده شیمیایی پراكنده‌ساز) انجام می‌شود. سپس روی نمونه دیگری از همان خاك آزمایشی هیدرومتری دیگری بدون استفاده از همزن مكانیكی و ماده شیمیایی پراكنده ساز صورت می‌گیرد. به منظور ارزیابی واگرایی خاك، درصد واگرایی به صورت نسبت درصد ذرات كوچكتر از پنج میكرون در آزمایش دوم به درصد ذرات كوچكتر از پنج میكرون در آزمایش اول تعریف می‌شود. قضاوت در مورد واگرایی خاکها با استفاده از نتایج این آزمایش مستلزم آزمایش بر روی حداقل 10 نمونه از نقاط مختلف است.

یکی از نکات مهم که در آزمایش فوق باید مورد توجه قرار گیرد تاثیر احتمالی کم شدن رطوبت نمونه در نتایج آزمایش است. باید توجه داشت که رطوبت نمونه در معرض هوا کاهش می یابد و بواسطه آن از درصد واگرایی خاک در آزمایش کاسته میشود و عدم توجه به این مسئله موجب تخریب یا آسیب جدی در برخی از سدهای خاکی گشته است.

 

 

4- آزمایش كرامب

در این آزمایش که به آزمایش امرسون نیز معروف است ابتدا تكه كوچكی از خاك (به قطر 6 تا 9 میلیمتر) در داخل ظرفی حاوی 150 سانتیمتر مكعب آب مقطر انداخته می‌شود. نمونه تدریجا شروع به جذب آب مینماید. پس از پنج تا ده دقیقه وضعیت نمونه از نظر تمایل ذرات کلوئیدی به جدا شدن از نمونه و شناور شدن در آب مورد ارزیابی قرار می‌گیرد و واكنش ذرات خاك در مقابل آب به یكی از صورتهای بدون واكنش، واكنش ضعیف، واكنش متوسط و واكنش شدید بیان می‌شود. افزایش شدت واكنش نشانه افزایش میزان واگرایی خاك می‌باشد. تجربه نشان داده که برخی خاکهای واگرا ممکن است نسبت به این آزمایش واکنش نشان ندهند لذا در صورتی که خاک دراین آزمایش واکنش نشان دهد واگرا خواهد بود اما عدم واکنش نشاندهنده عدم واگرایی نخواهد بود.

 

بررسیهای زمین‌شناسی و شناسایی خاكهای واگرا

علاوه بر روشهای آزمایشگاهی گفته شده که میتواند در مقیاس منطقه ای و محدود در مورد نمونه های مورد آزمایش، نتایج واگرایی خاک را در اختیار ما قرار دهد، روشهای ساده تری نیز وجود دارد که از روی ماهیت روانگرایی و اطلاعات مربوط به آن میتوانند احتمال روانگرا بودن خاک را در مقیاس ناحیه ای نشان دهند. در این روشها  نیازی به استفاده از ابزار آزمایشگاهی خاص نیست و از بررسیهای زمین شناسی، مورفولوژی و تاثیرات محلی استفاده میگردد که در زیر بیشتر به آن میپردازیم.

با توجه به آنچه گفته شد، عامل واگرایی در خاكهای واگرا، وجود كانیهای رسی سدیم دار می‌باشد كه در حضور آب پراكنده شده و به راحتی شسته می‌شوند. با توجه به قدرت تبادل كم یون سدیم نسبت به سایر كاتیونها، كانیهای حاوی این عنصر در طبیعت به مقدار كم و در مناطق غنی از سدیم یافت می‌شوند. در بین كانیهای رسی كانی مونت موریلونیت به علت قابلیت جذب سدیم بالا و پیوند هیدروژنی ضعیف بین صفحات سیلیكا و آلومین دارای پتانسیل بیشتری برای واگرایی می‌باشد.

خاكهای واگرا تا به امروز اغلب در آبرفتهای رسی دشتهای سیلابی و رسوبات دریاچه‌ای مشاهده شده‌اند. علاوه بر آن، بررسیها نشان داده‌اند كه در بعضی از مناطق،‌ املاح موجود در آب منفذی سنگهای رسی و شیلهای دریایی شبیه املاح موجود در رسهای واگرا بوده و خاكهای حاصل از هوازدگی آنها نیز واگرا بوده است. جز در چند مورد معدود، تا كنون خاكهای ریزدانه برجا مانده از هوازدگی سنگهای آذرین و دگرگونی و همچنین سنگهای آهكی، واگرا نبوده‌اند. اگر در محل تشكیل كانیهای رسی غلظت یون سدیم بالا باشد،‌ امكان تشكیل خاكهای واگرا فراهم می‌گردد؛ البته، ‌كانیهای رسی سدیم‌دار می‌توانند بر اثر تبادل یونی نیز ایجاد گردند. به عنوان مثال، ‌رسهای هیدروژن‌دار بر اثر تماس با آبهای شور و نمكدار به رسهای سدیم‌دار تبدیل می‌گردند. در اكثر موارد بویژه در مورد خاكهای برجا و یا خاكهایی كه از سنگ مادر خود دور نشده باشند می‌توان با مطالعات زمین‌شناسی و سنگ‌شناسی اطلاعات مفیدی به دست آورد و در مورد خواص شیمیایی و مكانیكی این خاكها اظهار نظر كرد. اگر در منطقه‌ای سازند نمك‌دار وجود داشته باشد، عوامل شیمایی می‌تواند برای ایجاد خاكهای واگرا مهیا باشد. بدیهی است كه شرایط آب و هوایی و اقلیمی نیز در این فرایند نقش مؤثری دارند.

چنانچه به دلیل شرایط اقلیمی و بارندگیهای مكرر،‌ خاك منطقه تحت تاثیر شستشوی دائم قرار گیرد، به دلیل حذف كاتیونها از جمله سدیم، ‌امكان تشكیل خاك واگرا كاهش می‌یابد. به همین دلیل این خاكها در مناطق خشك گسترش بیشتری دارند، هرچند بعضاً در مناطق مرطوب نیز مشاهده شده‌اند. در مناطق خشك كم بودن نزولات جوی سبب صعود املاح به طبقات بالایی زمین گشته و بر واگرایی خاك می‌افزاید.

علاوه بر بررسیهای زمین‌شناسی،‌ از بررسیهای مورفولوژی و تاثیرات محلی نیز در شناسایی خاكهای واگرا استفاده می‌شود. فرسایشهای غیرمعمول به شكل آبراهه‌های عمیق و خندقی، ایجاد تونلهای فرسایشی و تاثیرات محلی مثل گل‌آلود بودن زیاد مخازن آب و یا آبهای سطحی (رودخانه‌ها) از نشانه‌های وجود خاكهای واگرا در منطقه می‌باشد.

در مكانهایی كه زمین، شیب نسبتاً تندی دارد، ‌شناسایی خاكهای واگرا آسانتر است. در این مناطق، بر اثر بارندگیها و فرسایش سریع، بریدگیهای بسیار و عمیق و مشخصی در سطح زمین به وجود می‌آید. بالعكس در مناطق مسطح و كم شیب تشخیص خاكهای واگرا به سادگی میسر نیست؛ زیرا در این مناطق بر اثر بارندگی، ذرات رسهای واگرا، شسته شده و لایه‌ای از ماسه سیلتی یا سیلت ماسه‌ای در سطح زمین باقی می‌ماند كه لایه‌های عمیق‌تر را محافظت می‌كند. بدین ترتیب عدم وجود علائم آب شستگی در سطح زمین نمی‌تواند به معنای عدم وجود خاكهای واگرا در منطقه باشد.

در این مقاله روشی برای شناسایی خاكهای واگرا با استفاده از عوامل زمین‌شناسی،‌ اقلیمی و مورفولوژیكی ارائه شده است. با استفاده از این روش، ‌محدوده گسترش خاكهای واگرا به طور مقدماتی و در مقیاس ناحیه‌ای شناسایی می‌شود. مراحل این روش عبارتند از:

1- شناسایی خاكهای ریزدانه رسی در منطقه

پدیده واگرایی منحصراً در خاكهای ریزدانه رسی مشاهده می‌شود؛ بنابراین، ‌در مرحله اول لازم است محدوده گسترش خاكهای رسی در محدوده مورد مطالعه مشخص و مطالعات بعدی برروی آنها متمركز شود.

2- شناسایی منابع یون سدیم در منطقه

حضور یون سدیم در ساختار كانیهای رسی به عنوان عامل اصلی در واگرایی خاكها مطرح می‌باشد و با توجه به قدرت تبادلی پایین سدیم نسبت به سایر كاتیون‌ها، لازمه حضور این یون در ساختار رسها، غلظت بالای آن در محیط می‌باشد. منابع یونهای سدیم در یك منطقه می‌تواند شامل سنگهای رسوبی حاوی نمك، سنگهای آذرین سدیم‌دار یا آبهای سطحی و زیرزمینی غنی از سدیم باشد.

3- بررسی وضعیت اقلیمی منطقه

میزان املاح موجود در خاكها در شرایط اقلیمی مختلف، ‌متفاوت است. در مناطق پر باران املاح خاك شسته و از محیط خارج می‌شوند. شسته شدن املاح خاك سبب تشكیل كانیهای رسی غیرفعال و كاهش واگرایی خاك خواهد شد. به این ترتیب مناطق خشك و نیمه خشك دارای شرایط مستعد تشكیل خاكهای واگرا می‌باشند.

 

 

4- بررسی مورفولوژی منطقه

          فرسایش خاكهای واگرا توسط آبهای جاری باعث ایجاد اشكال فرسایشی خاصی در محدوده گسترش این خاكها می‌گردد. دره‌های عمیق و تونلهای فرسایشی از جملة‌این موارد می‌باشند. شواهد مورفولوژیكی فرسایش خاك واگرا را می‌توان در عكسهای هوایی و بازدیدهای محلی شناسایی نمود.

توجه شود که روشهای مذكور،‌ تنها احتمال وجود یا عدم وجود خاكهای واگرا را تعیین می‌كند و اظهارنظر در مورد پتانسیل واگرایی با این روش امكان‌پذیر نیست. بدین منظور، لازم است از روشهای آزمایشگاهی ذكر شده در بخش قبل استفاده شود.

 



لینک ثابت

موضوع : بخش ژئوتکنیک / مقالات بخش ژئوتکنیک




19 اردیبهشت 1391 17:01 | نویسنده : asaco

 

پيزومترها (piezometers)

از جمله مهمترين و كاراترين ابزار در سدهاي خاكي پيزومترها مي‌باشند كه جهت اندازه‌گيري فشار منفذي مورد استفاده قرار مي‌گيرند و مي‌توان آنها را به چهار گروه زير تقسيم نمود.

ـ پيزومتر چاهي يا پيزومتر لوله باز يا لوله قائم (open stan pipe)

ـ پيزومتر هيدروليكي(Hydraulic)

ـ پيزومتر پنوماتيكي(pneu matic)

ـ پيزومتر الكتريكي (مقاومت و تارمرتعش) (Ele. Resistance & Vibration Wire)

الف) پيزومترهاي لوله قائم (open stan pipe piz…)

در خاكهاي درشت دانه براي اندازه‌گيري سطح ايستايي آب از اين نوع پيزومترها استفاده مي‌شود. در بدنه سدهاي خاكي در جاهايي كه از مصالح درشت دانه استفاده شده است از اين نوع پيزومترها استفاده مي‌كنند. اين پيزومترها تغييرات سريع فشار را نشان نمي‌دهند و براي خاكهاي ريزدانه نمي‌توان از اين نوع پيزومتر استفاده نمود كه از اشكالات اين نوع پيزومترها مي‌توان دو مورد فوق را نام برد.

 

ب) پيزومترهاي هيدروليكي (Hydraulic piz)

داراي یک سيستم هسته‌اي كه با فشار آب كار مي‌كنند و فشارسنج (گيج)‌هاي جداگانه،مقادير فشار ورودي و خروجي دستگاه را قرائت مي‌نمايند. كليه فشارسنج‌ها در يك ترمينال قرائت در عمق پوسته پايين دست قرار دارند و به كمك عمليات شستشو و هواگيري سرويس شده و سپس قرائت‌ها اخذ مي‌گردد و چنانچه اختلاف بين قرائت‌ها فشارسنج‌هاي ورودي و خروجي مربوط به پيزومتر بيش از مقدار معيني باشد، متوسط ايندو را بعنوان قرائت معتبر تلقي مي‌كنيم و پس از اعمال ضرايب مقدار فشار آب حفره‌اي محاسبه مي‌شود.

 

ج) پيزومتر پنوماتيكي (pneumatic)

داراي سيستم يك طرفه‌اي هستند كه با فشار گاز كار مي‌كند. در اين مورد نيز ترمينال واحدي وجود خواهد داشت كه مي‌توان آنرا در هر نقطه قرار داد و در آنجا پيزومترها را قرائت نمود در اين نوع پيزومترها فشار آب حفره‌اي در داخل جسم سد ديافراگم حساسي را جابجا مي‌نمايد. با اعمال فشار گاز ديافراگم به موقعيت نول خود بازگردانيده شده و فشار لازم براي اين عمل قرائت مي‌شود و گازهاي اعمال شده اضافي از هواكش خاصي كه هر پيزومتر به آن مجهز است تخليه مي‌گردد.

 

د) پيزومتر تار مرتعش و مقاومت (Ele Resistance & Vibralion Wire)

با استفاده از رابطه كشش سيم و فركانس طرح گرديده است به كمك جريان برق ولتاژ كم قرائت مي‌شود. مقدار فشار آب حفره‌اي در خاك با كشش موجود در تار مرتعش متناسب و نهايتا با فركانس ارتعاشات مرتبط مي‌باشد. بنابراين با اندازه‌گيري فركانس مي‌توان فشار حفره‌اي هر پيزومتر را محاسبه نمود. اندازه‌گيري پيزومترهاي اخير نيز در يك ايستگاه قرائت مركزي صورت مي‌گيرد.

به كمك نتايج پيزومتري در جسم سد و پي ممكن است بتوان از بروز تركهاي احتمالي و يا فرسايش داخلي در قسمتهاي مختلف سد و پي آگاه شد و اين در حالتي است كه در نقطه‌اي فشار حفره‌اي افزايش مشهودي نسبت به روند قبلي نشان دهد.

 

ترسيم فشارهاي حفره‌اي:

قرائت‌هاي بدست آمده را در عدد ثابت قرائت سنج كه ضريب پيزومتر ناميده مي‌شود ضرب شده تا نتيجه نهايي حاصل گردد در پيزومترهاي الكتريكي چون اكثر مقادير قرائت، فركانس تارمرتعش را بدست مي‌دهد بنابراين بايستي حتما با استفاده از فرمولها يا جداولي كه براي هر پيزومتر بطور جداگانه تهيه شده است مقادير فشار آب حفره‌اي بر سانتيمتر مربع و يا تن بر مترمربع ثبت مي‌شود. براي ترسيم مقادير فوق در بيشتر موارد لازم است تا فشار آب حفره‌اي برحسب ستون آب (به متر طول) معادل حساب شده و تراز موقعيت پيزومتر مربوطه افزوده گردد تا فشارهاي حرفه‌اي بصورت تراز ايستايي قابل ترسيم باشد. با عنايت به موارد فوق اهميت ثبت نتايج در فرمهاي استاندارد مشخص مي‌گردد زيرا اگر تراز محل استقرار پيزومترها در فرم‌هاي اشاره شده ثبت شده باشد انجام محاسبات اخير به آساني امكانپذير بوده و احتمال خطا در محاسبات بسيار كم مي‌شود.نمودارهاي پيزومتري نيز نسبت به زمان ترسيم مي‌شوند و همانگونه كه در مورد پارامترهاي ديگر گفته شد با در نظر گرفتن تعدادي از پيزومترها كه در مقاطع عرضي و يا پروفيل طولي واحدي قرار دارند هر نمودار از تعدادي منحني تغييرات پيزومترهاي انتخابي با اعمال علایم مشخص براي هريك تشكيل خواهد شد.در اينجا نيز مقياس ترسيم بايستي بنحوي باشد كه با افزودن منحني نوسانات تراز آب مخزن نسبت به زمان و فضاي كافي براي نوشته‌هاي لازم يكي از ابعاد صفحه از 295 ميليمتر تجاوز ننمايد در عين حال تعدادي شكل نماي افقي و نماي قائم سد را بايستي منظم نمود تا به روشني موقعيت ابزار معلوم باشد.

 



لینک ثابت

موضوع : بخش ابزار دقیق / مقالات بخش ابزاردقیق




19 اردیبهشت 1391 17:00 | نویسنده : asaco

سدهای زیرزمینی

چکیده :

بدلیل نیاز روز افزون به آب و عدم دسترسی به منابع تامین کننده آن, حفظ و استفاده از منابع زیرزمینی ضرور ي به نظر می رسد, که در مناطقی که داراي آب زیر زمینی و بستر مناسب هستند , احداث سد هاي زیر زمینی می تواند یکی از گزینه هاي مطلوب باشد .

 

مقدمه :

تاریخچه استفاده از سد هاي زیر زمینی در ایران و جهان به تمدن هاي قدیمی بر می گردد به عنوان مثال سدهاي زیر زمینی در جزیره ساردینا در زمان رومیان ساخته شده است و در عصر صفویه در ایران براي افزایش آب مادرچاه قنوات وزوران در میمه اصفهان آب دیگر قنات ها را به آن منحرف می کردند . ولی هم اکنون سدهاي زیر زمینی با توجه به مزایایی که نسبت به سدهاي سطحی دارد تقریبا در اکثر مناطق دنیا به کار برده می شوند.

هدف از طراحی سد هاي زیر زمینی را به طور کلی می توان در چهار بخش:

1- تامین آب مصرفی

2- مدیریت منابع آب ( مانند مسدود کردن چند چشمه یا قنات و هدایت آب آنها به چشمه اصلی یا مادر چاه قنوات )

3- جلوگیري از پیشروي آب شور به آب زیر زمینی مانند سواحل و دشت هاي نمک

4- زیست محیطی مانند پخش آلودگی یا تشعشعات هسته اي و اثرات سوء آنها بر آب هاي زیرزمینی.

 

از جمله مزایایی که سد هاي زیر زمینی نسبت به سد سطحی دارد به این شرح است:

- هزینه ساخت بسیار پایین تر

- نزدیکتر بودن سد به محل مصرف

- عدم کاهش آب به علت تبخیر سطحی

- بهداشتی تر بودن مصرف آب آن به علت گندزدایی از میکروب و ویروسهایی که اغلب در آبهاي پشت سد ها وجود دارد.

- توزیع آب سدهاي سطحی بوسیله کانال کشی بسیار گران است

 

فناوری ساخت بسیار ساده

 

طراحی سدهاي زیرزمینی :

 

1- مکانیابی :

اولین قدم در احداث سدهاي زیر زمینی مکانیابی می باشد و باتوجه به اینکه سدهاي زیرزمینی امکان احداث در ر نقطه اي را ندارند پس با توجه به خصوصیات و اقلیم منطقه باید بهترین مکان براي احداث در نظر گرفته شود. منطقه مورد نظر از نظر اقلیمی باید داراي شرایط زیر باشد :

 

- داراي اقلیم خشک یا نیمه خشک باشد

 

- بارندگی نامنظم یا کم باشد یا در فصولی که به آن احتیاجی نیست باشد

 

- با توجه به اینکه سد هاي زیر زمینی باید با کمترین هزینه ، بیشترین حجم مخزن و نشت کمتري را داشته باشند ، معمولا با ارتفاعی بین 3 تا 4 متر و در محلی که شیب زمین کمتر از 5% است ساخته می شوند که این خصوصیت بیشتر در دره ها یا رودخانه هاي باریک و یکدست یافت می شود.

 

مکان مناسب برای احداث سد زیرزمینی

در مواردي شرا یط مناسب طبیعی خود مانند یک سد زیرزمینی عمل می کند و اثر سد کنندگی موانع طبیعی (مانند برآمدگی لایه نفوذ ناپذیر بستر ) می تواند نقش به سزایی در مکان یابی و صرفه جویی در هزینه ها داشته باشد.

 

مقطع سد زیرزمینی

 

علاوه بر شرایط توپوگرافی فوق زمین باید داراي خصوصیات زیر نیز باشد:

 

- بستر نفوذ ناپذیر به فاصله ي کمی از سطح

 

- لایه هاي زمین با خلل و فرج زیاد و ضخامت کافی براي ذخیره مناسب وهر چه بیشتر آب

 

- در سفره هاي با مصالح ریزدانه معمولا آب کافی درون فضاي خالی خاك وجود دارد ولی امکان بهره برداري از آن به خاطر کاهش آبدهی محدود می باشد

 

- کمترین فاصله تا محل مصرف

 

- عدم آلودگی آب ذخیره شده توسط فعالیت هاي انسانی

 

در ضمن باید مقدار نمک خاك و مقدار بارش سالانه هم مورد بررسی قرار بگیرد.وجود لایه هاي نمکی باعث شور شدن آبهاي ذخیره شده می شود . هرچند تحقیقات اخیر در آدلاید استرالیا نشان د اده است که جریان آهسته آب شیرین مخلوط کردن آن را با آب شور زیرزمینی محدود می کند.

 

اهمیت بررسی مقدار بارش سالانه از این جهت است که جریان به اندازه کافی داشته باشیم و سد به خطر نیفتد.

 

2- ساخت سد :

اولین اقدام در احداث سد حفر گودالی عمود بر راه زهکشییا بستر رودخانه است که به علت عمق کم عملیات اجرایی آن توسط نیروي انسانی انجام می شود . در آبرفت هاي ماسه اي خشک با خاصیت چسبندگی کم و مناطق شنی به علت ناپایداري شیب ها امکان فروریزي دیواره ترانشه ها وجود دارد و حفاري را با مشکل مواجه می کند با این وجود آبرفت هاي ماسه اي براي مکان سد مطلوب هستند چون سطح آب زیر زمینی براحتی در آنها دیده می شود ، با این حال با پمپ کردن سطح آب را پایین نگه می دارند.

معمولاً زمان احداث سد هاي زیر زمینی در پایان فصل خشک می باشد که سطح آب زیر زمینی پایین می باشد و عملیات اجرایی با سهولت بیشتري همراه خواهد بود.

 

- مصالح مصرفی در احداث سد با توجه به سه پارامتر 1- منابع قرضه موجود در منطقه 2- هزینه هاي مصرفی 3-سهولت انجام کار تعیین میشود هر چند از مواد ساختمانی مختلفی براي احداث می شود استفاده کرد و تنها احتیاج به آب بند کردن دیواره ه اي سد می باشد . در ذیل به دو نمونه از مصالحی که در احداث سد استفاده شده اشاره می شود :

 

1- رس متراکم شده :

استفاده از رس ، روش مرسومی است که احتیاجی به نیروي انسانی ماهر ندارد . رس در لایه هایی با ضخامت کم ریخته و سپس متراکم می شود . به علت جریان آبی زیر زمی نی احتمال فرسایش سطح رس وجود دارد به همین خاطر براي محافظت دیواره از ورقه هاي پلاستیکی استفاده می شود . عملیات پرکردن ترانشه توسط وسایل متراکم کننده و با رطوبت مناسب انجام می شود . اگر ذخیره آب زیر زمینی در فصول خشک کاهش یابد امکان توسعه درز و ترك در سد و جود دارد ، به همین خاطر با احداث دیواره با ضخامت مناسب جهت نگهداري رطوبت در منطقه هسته حتی در دوره هاي خشک طولانی می توان از این مسئله جلوگیري کرد.

 

2- ورقه هاي قیر اندود یا پلاستیکی :

در این روش از یک هسته پلاستیکی براي آب بند کردن استفاده می شود که نوع پلاستیک آن معمولا پلی اتیلن است و تاجایی که به هزینه ي مواد مربوط می شود .کم هزینه ترین روش می باشد . هنگامی که از این روش استفاده می شود . باید توجه داشت که باید از مصالحی مانند گل ولاي براي اندود کردن دو طرف ورقه استفاده شود تا از ایجاد سوراخ توسط سنگ هاي تیز جلوگیري به عمل آید . همچنین براي محافظت در برابر اثرات انبساط و انقباض باید تغییرات دمایی را مورد توجه قرار داد.

 

در هنگام سوراخ شدن ورقه می شود ورقه پلاستیکی دیگر با یک ماده چسبنده ي مناسبی وصله کرد

 

3- استخراج آب :

عملیات استخراج آب به دو صورت ثقلی و حفر چاه انجام میشود . اگر محل بهره برداري مردم در منقطه پایین دست سد باشد و شرایط توپوگرافی نیز فراهم باشد امکان استخراج آب از مخازن به صورت ثقلی وجود دارد.در این روش از طریق لوله که از بدنه سد میگذرد و نیروي ثقل آب را به مناطق پایین دست هدایت می کنند .چاهی که آب را از سد هاي زیرزمینی استخراج می کند در مخزن قرار می گیرد و براي جلوگیري از تخریب توسط سیلاب آن را نزدیک به کناره ي رودخانه ها حفر میکنند.

 

نمونه هاي انجام شده در ایران :

سابقه ساخت سدهاي زیر زمینی در ایران در عصر حاضر به سال 1370 میرسد که در کهنوج کرمان یه منظور تامین آب شرب شهرکی توسط وزارت جهادسازندگی وقت انجام شد این سد که با عرض 40 متر و ارتفاع 12 متر در شیب 4% با هسته رسی ساخته شد که حجم ذخیره آن حدود 1000 مترمکعب بود .

 

از جمله دیگر کارهاي انجام شده می توان به موارد زیر اشاره کرد :

 

کوه رز دامغان که روش ساخت آن از دوقسمت ساخته شد:

1- از کف پی تا ارتفاع 4 متر به صورت دیوار چینی آجري با رویه قیرگونی شده

2- بقیه دیوار تا سطح زمین با رس کوبیده

 

سد زیرزمینی تویه دوار که تا عمق 5 متر از سنگ و ملات و ادامه آن از بتن استفاده شده است و براي حفاظت از لایه ایزوگام دیوار آجري 20 سانتیمتري ایجاد گردید و در داخل مخزن سد از مصالح گراولی استفاده شد.

 

نتیجه گیری :

سدهاي زیرزمینی با توجه به هزینه پایین ، روش ساخت آسان ، ذخیره آب بهداشتی و مزایاي بسیاري که نسبت به سد هاي سطحی دارد و به خصوص با توجه به آب وهواي خشک ونیمه خشک ایران می تواند یک روش مقرون به صرفه و ساده براي استفاده از آب هاي زیرزمینی باشد.امید است در کنار صرف هزینه هاي زیاد در بخش سد سازي در کشور ما ، ساخت این گونه سدها نیز بیش از پیش مد نظر قرار بگیرد.

 



لینک ثابت

موضوع : بخش ژئوتکنیک / مقالات بخش ژئوتکنیک




19 اردیبهشت 1391 16:58 | نویسنده : asaco

انواع روش های گمانه زنی در خاک و سنگ

گمانه زنی یعنی عمل ایجاد چاه هایی در زمین با بکارگیری ابزار مختلف حفاری. گمانه ها ممکن است بصورت عمودی، شیب دار یا افقی باشند از آنها استفاده های مختلفی می شود. از جمله: نمونه برداری از مصالح زمین، انجام آزمون های برجا، بررسی شرایط هیدروژئولوژی، ایجاد شبکه زهکشی و شمع ریزی برای پی.

بطور کلی دو نوع فعالیت در حین انجام عمل گمانه زنی دنبال می شود که عبارتند از:

1- حفر گمانه: با پیشروی در زمین و نفوذ در آن به منظور رسیدن به هدف مشخصی از قبیل: سفره های آب زیرزمینی، لایه زمین شناسی معین، طاقدیس های نفتی و گازی، منابع انرژی زای زمین.

2- نمونه برداری از مصالح زمین در اعماق مورد نظر برای انجام آزمایش های مختلف و شناسایی خواص فیزیکی و مکانیکی آنها.

روش ها و ابزارهای مورد استفاده در هر دو عمل در بخش های زیر خلاصه شده است:

1- ابزار و دستگاه های حفاری

انواع مختلفی از ابزار و دستگاه های حفاری برای حفر چاه و گمانه زنی در سطح جهان وجود دارد. بر حسب مکانیسم عمل آنها، دستگاه های حفاری به چهار گروه اصلی تقسیم می شوند:

الف) حفاری مته ای

ب) حفاری شستشوئی

ج) حفاری ضربه ای

د) حفاری دورانی

 

انتخاب هر کدام از این دستگاه های حفاری بستگی به مجموعه عوامل زیر دارد:

1- موقعیت جغرافیایی محل

2- جنس مصالح زمین

3- قطر و عمق چاه و دستگاه حفاری

4- در دسترس بودن دستگاه

5- هدف از عمل حفاری

6- کیفیت نمونه برداری

حفاری مته ای مارپیچی

یکی از روش های متداول حفاری در فعالیت های عمرانی بحساب می آید که در آن حفر چاه در اثر چرخش دورانی و حلزونی مته و همزمان فرورفتن آن در زمین حاصل می شود. نم.نخه های بدست آمده از این روش نمونه های نمایانگر و بعضی وقت ها دست خورده هستند. کاربرد این روش از حفاری بیشتر در زمین های نرم و نیمه سخت است و بر حسب نوع زمین مته های مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد. مته های حفاری در دو گروه اصلی تقسیم می شوند:

الف) مته های دستی

ب) مته های مکانیکی

الف) مته های دستی:

این مته ها بطور دستی توسط یک یا دو نفر بکار برده می شوند که بطور کلی ترکیب آنها شامل سرمته، لوله یا میله میانی و دسگیره می شود.

سرمته می تواند اشکال مختلفی داشته باشد که عمل حفاری و نمونه برداری توسط آنها انجام می شود.مته روی لوله یا میله میانی سوار می شود و قطر این لوله ها معمولا 20 میلی مترمی باشد و ممکن است بصورت یک قطعه یک دست و یا ترکیبی از قطعات مختلف باشد که در طول آن با توجه به عمق چاه متفائت خواهد بود. میلی میانی در قسمت بالایی دستگیره که T شکل است وصل می گردد در حین عمل حفاری دستگیره منتقل می شود و بدین ترتیب عمل حفاری انجام می گیرد.

از این نوع مته ها برای حفاری تا عمق های 3-10 متری استفاده می شود که عمق حفاری توسط جنس زمین و سطح ایستابی آبهای زیرزمینی کنترل می شود. حفاری بوسیله مته های دستی معمولا برای کارهای اکتشافی انجام می گیرد و کاربردهای دیگری همچون شناسایی تراز آبهای زیرزمینی و ایجاد چاه های زهشکی نیز می تواند داشته باشد.

متداول ترین نوع مته های دستی در سه گروه تقسیم می شوند:

1) مته های چنگکی

2) مته های حلزونی

3) مته های فنری

نوع اول برای نمونه برداری از خاک های رسی سخت و خاک های شنی متراکم استفاده می شود.

نوع دوم برای نمونه برداری از خاک های غیرچسبنده ماسه ای به کار برده می شوند قطر مته ها بین 50-100 میلی متر می باشد.

 

ب) مته های مکانیکی:

نیروی لازم برای بکار انداختن این نوع مته ها توسط یک موتور تامین می شود. مقدار نیروی مصرفی به نوع مته و جنس زمینی که در آن حفاری صورت می گیرد بستگی دارد. مته های مکانیکی بر اساس وظیفه خود به دو گروه مته های مکانیکی سبک و مته های مکانیکی سنگین تقسیم می شوند.

مته های مکانیکی سبک:

این مته ها حد واسط مته های دستی و مکانیکی سنگین از نظر کاربرد می باشند. حمل و نقل آنها و بکار گرفتن آنها توسط یک یا دو نفر انجام می گیرد. از یک موتور کوچک بقدرت 10 اسب بخار برای چرخاندن و فرو بردن مته در زمین استفاده می شود. عمق چاه هایی که بوسیله این نوع مته ها حفر می شوند بین 10-15 متر می باشد و قطر حفاری بین 75-300 میلی متر است. کاربرد آنها بیشتر در نهشته های نرم و سخت نشده است و نسبت به مته های دستی سرعت عمل بیشتری دارند.

 

مته های مکانیکی سنگین:

این مته ها معمولا روی کامیون سوارند و توسط آن ها به مناطق مورد نظر انتقال داده می شوند. نیروی چرخش آن ها توسط یک موتور قدرتمند تامین می شوند و نیروی نفوذی (فشاری) آنها ممکن است در اثر وزن خود مته و دستگاه حفاری باشد و یا اینکه توسط یک نیروی هیدولیکی یا دینامیکی خارجی تامین گردد. با استفاده از این نوع مته ها می توان در همه نوع خاک (رسی، سیلتی،ماسه ای) و نهشته های سخت و متراکم شده و سنگ های نرم تا نیمه سخت حفاری نمود و از آنجا که در بیشتر فعالیت های مهندسی و ژئوتکنیکی در این نوع نهشته هاست لذا این مته ها کاربرد گسترده ای در طرح های عمرانی دارد. نمونه هائی که از این طریق بدست می آید می تواند بصورت نمونه های دست نخورده و یا نمونه های نمایانگر باشد چون نمونه ها در حین بالا آمدن در اثر عمل چرخش مته با هم مخلوط گشته و در نتیجه خصوصیات اولیه خود را از دست بدهند.

کاربرد این مته ها در چاه هایی که تراوش آب های زیرزمینی زیاد باشد و یا دیواره های چاه ریزش داشته باشد محدود می شود. سرعت حفاری با توجه به جنس زمین متفاوت می باشد.

 

مته های پره ای:

این مته ها قطری برابر با 50- 300 میلی متری دارند و از آنها برای حفاری تا عمق 50-60 متری استفاده می شود. مته های پره ای بر حسب کاربرد آنها به دو گونه مته های پره ای کوتاه و مته های پره ای ممتد تقسیم بندی می شوند.

 

مته های محفظه ای (سطحی):

این مته ها شامل یک محفظه فولادی استوانه ای شکل می شوند که از قسمت بالا باز می شوند و در قسمت پایین صفحه ای فلزی وجود دارد که روی تیغه های برنده ای تعبیه شده است. بلافاصله در مجاورت این تیغه های برنده شیارهایی قرار گرفته است که بدرون محفظه باز می شوند. محفظه فولادی از طریق میله محوری به دستگاه حفاری وصل می گردد. در حین عمل حفاری مته به چرخش در می آید و تیغه های برنده آن سبب خرد شدن و برش یافتن سنگ ها و نهشته های مسیر خود می شوند. مصالح خرد شده از طریق شیار ها به درون محفظه راه می یابند و زمانیکه محفظه پر می شود مته به سطح زمین آورده می شود و محتویات آن تخلیه می شود و عمل حفاری بدین صورت ادامه پیدا می کند. با استفاده از این روش چاه هایی به قطر 1 متر و عمق 50 متر حفر گردیده است. البته این مته ها برای حفاری در زمین های نرم و نهشته های سخت نشده مناسب هستند.

 



لینک ثابت

موضوع : بخش ژئوتکنیک / مقالات بخش ژئوتکنیک




ﻣﺴﺎﺋﻞ و ﻣﺸﻜﻼت ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮﻫﺎ در ﺳﺎﺧﺘﮕﺎه ﺳﺪﻫﺎي ﻛﺸﻮر  

 

ﭼﻜﻴﺪه:

ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮﻫﺎ در ﻣﺤﻞ ﺳﺪﻫﺎ ﺑﺎ اﻫﺪاف ﻣﺨﺘﻠﻔﻲ اﺣﺪاث ﻣﻲ ﮔﺮدﻧﺪ.  اﻣﺎ در اﻳﺮان ﭘﺲ از ﻣﺪت ﻛﻮﺗﺎﻫﻲ ﭘﺲ از ﺗﻜﻤﻴﻞ آﻧﻬﺎ،

ﺗﻌﺪادي از ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ از ﺣﻴﺰ اﻧﺘﻔﺎع ﺧﺎرج ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ زﻳﺮا ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﺑﻨﺤﻮ ﻣﻮﺛﺮي اﺣﺪاث، ﻣﺤﺎﻓﻈﺖ و ﺑﻬﺮه ﺑﺮداري ﻧﻤﻲ ﺷﻮﻧﺪ.

در ﻣﺮﺣﻠﻪ اﺣﺪاث، ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮﻫﺎ از ﻧﻈﺮ ﻋﻤﻠﻜﺮد ﺑﺼﻮرت ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ واﻗﻌﻲ، ﻧﻘﺸﻪ ﺑﺮداري و ﺗﺮاز ﻳﺎﺑﻲ دﻫﺎﻧﻪ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮﻫﺎ، اﻧﺪازه

(ﻗﻄﺮ)  و ﺟﻨﺲ ﻟﻮﻟﻪ ﺟﺪار(Casing)، ﺳﻜﻮﻫﺎي ﻧﺎﻣﻨﺎﺳﺐ، درﭘﻮش ﻫﺎي ﺿﻌﻴﻒ و ﻏﻴﺮ اﺻﻮﻟﻲ ﺑﻮده و ﻓﺎﻗﺪ اﺗﺎﻗﻚ ﻫﺎي

ﻗﻔﻞ دار ﺟﻬﺖ ﻣﺤﺎﻓﻈﺖ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﻨﺪ. 

ﭘﺲ از ﺣﻔﺎري و ﺗﻜﻤﻴﻞ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ، ﻣﻌﻤﻮﻻ ﺣﻔﺎﻇﺖ ﭼﻨﺪاﻧﻲ از آﻧﻬﺎ ﺑﻮﻳﮋه در ﺳﺪﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﻫﻨﻮز وارد ﻣﺮﺣﻠﻪ اﺟﺮا ﻧﺸﺪه اﻧﺪ،

ﺻﻮرت ﻧﻤﻲ ﮔﻴﺮد. اﻃﻼﻋﺎت ﺑﺮداﺷﺖ ﺳﻄﺢ آب و آﻧﺎﻟﻴﺰ ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ در ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﺑﻤﺪت ﻃﻮﻻﻧﻲ ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﺪ اﻃﻼﻋﺎت ذﻳﻘﻴﻤﺘﻲ

در ﻣﻮرد رﻓﺘﺎر آﺑﺨﻮاﻧﻲ ﻛﻪ ﺳﺪ در آن واﻗﻊ ﺷﺪه اﺳﺖ در اﺧﺘﻴﺎر ﻣﺘﺨﺼﺼﻴﻦ ﻗﺮار دﻫﺪ.  اﻳﻦ ﻣﻘﺎﻟﻪ ﺑﺎ اراﺋﻪ ﻣﻮارد ﻧﺎﻣﻨﺎﺳﺐ

ﻣﺸﺎﻫﺪه ﺷﺪه از ﻣﻨﺎﻃﻖ ﻣﺨﺘﻠﻒ، و اراﺋﻪ ﭘﻴﺸﻨﻬﺎداﺗﻲ ﺟﻬﺖ آﻳﻨﺪه، ﺳﻌﻲ ﺑﺮ ﺣﻞ ﻣﻌﻀﻞ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ در ﻣﺤﻞ ﺳﺪﻫﺎ را دارد. 

 

ﻣﻘﺪﻣﻪ: 

ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﺑﻤﻨﻈﻮر ﺑﺪﺳﺖ آوردن اﻃﻼﻋﺎت در ﻣﻮرد ﺧﺼﻮﺻﻴﺎت ﻫﻴﺪروﻟﻮژي، زﻣﻴﻦ ﺷﻨﺎﺳﻲ، ﻣﻬﻨﺪﺳﻲ زﻣﻴﻦ ﺷﻨﺎﺳﻲ و

ﻫﻴﺪروژﺋﻮﻟﻮژﻳﻜﻲ ﺣﻔﺮ ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ (Stojic et al., 1976).  اﻫﺪاف اﻛﺘﺸﺎﻓﻲ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮﻫﺎ را ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﺼﻮرت زﻳﺮ ﺧﻼﺻﻪ

ﻧﻤﻮد: ﻣﺸﺨﺺ ﻛﺮدن وﺿﻌﻴﺖ زﻣﻴﻦ ﺷﻨﺎﺳﻲ (ﻟﻴﺘﻮﻟﻮژي و ﺿﺨﺎﻣﺖ ﻻﻳﻪ ﻫﺎ)، ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻧﻔﻮذﭘﺬﻳﺮي ﺳﻨﮓ، ﻋﻤﻖ ﺳﻄﺢ اﻳﺴﺘﺎﺑﻲ،

اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﻧﻮﺳﺎﻧﺎت ﺳﻄﺢ آب زﻳﺮزﻣﻴﻨﻲ، ﺗﻌﻴﻴﻦ ﺟﻬﺖ ﺣﺮﻛﺖ آب زﻳﺮزﻣﻴﻦ، ﺑﺮرﺳﻲ وﺟﻮد، ﻣﻮﻗﻌﻴﺖ و اﺑﻌﺎد ﻣﺠﺎري و ﻏﺎرﻫﺎي ﻛﺎرﺳﺘﻲ، ﺑﺪﺳﺖ آوردن اﻃﻼﻋﺎت در ﺑﺎره ﺗﻮده ﺳﻨﮓ در ﻣﺤﻞ و ﻣﻐﺰه ﻫﺎي ﺳﻨﮓ در آزﻣﺎﻳﺸﮕﺎه، ﻇﺮﻓﻴﺖ آﺑﺪﻫﻲ

ﺗﻮده ﻛﻠﻲ ﺳﻨﮓ و ﻳﺎ ﻛﻞ ﺳﻔﺮه، ﺑﺮرﺳﻲ ﻛﻴﻔﻴﺖ آب زﻳﺮزﻣﻴﻨﻲ، ردﻳﺎﺑﻲ آﺑﻬﺎي زﻳﺮزﻣﻴﻨﻲ و  ....  ;Bonnaci, 1993)

اﻳﻦ در .(1378 ،ﻫﻤﻜﺎران و ﻛﺮﻳﻤﻲ ،Bonnaci & Zivaljevic, 1993, Scanlon, 1989; Milanovic, 1981

ﺑﺮرﺳﻲ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ از دﻳﺪﮔﺎه ﻫﻴﺪروژﺋﻮﻟﻮژﻳﻜﻲ ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﻲ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﻧﺪ. 

اﻃﻼﻋﺎت ﺑﺪﺳﺖ آﻣﺪه از ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮﻫﺎ ﺑﻮﻳﮋه ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﻧﻮﺳﺎﻧﺎت ﺳﻄﺢ آب و ﻛﻴﻔﻴﺖ ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ در ﻃﻮل ﻣﻄﺎﻟﻌﺎت ﻫﻴﺪروژﺋﻮﻟﻮژي،

اﻃﻼﻋﺎت زﻳﺎدي در ﻣﻮرد رﻓﺘﺎر آﺑﺨﻮان در اﺧﺘﻴﺎر ﻗﺮار ﻣﻲ دﻫﺪ. ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺷﺮاﻳﻂ ﺳﻔﺮه در ﻗﺒﻞ و ﺑﻌﺪ از اﺣﺪاث ﺳﺪ ﻧﻴﺰ ﺑﻮﺳﻴﻠﻪ

ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮﻫﺎ ﺑﺨﻮﺑﻲ ﻗﺎﺑﻞ ﺑﺮرﺳﻲ اﺳﺖ.  ﻣﺴﺌﻠﻪ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ و ﺿﺮورت ﻣﺤﺎﻓﻈﺖ از آﻧﻬﺎ در دراز ﻣﺪت ﺑﺎ ﻋﻨﺎﻳﺖ ﺑﻪ ﻣﻘﺪﻣﻪ ﻓﻮق

ﺑﺴﻴﺎر ﺣﺎﺋﺰ اﻫﻤﻴﺖ اﺳﺖ.  ﻣﺆﻟﻒ در اﻳﻦ ﻣﻘﺎﻟﻪ ﺳﻌﻲ دارد ﻣﺸﻜﻼﺗﻲ ﻛﻪ در ﺑﺎزدﻳﺪﻫﺎ و ﻣﻄﺎﻟﻌﺎﺗﻲ ﻛﻪ در ﺑﺮﺧﻲ از ﺳﺪﻫﺎي

ﻛﺸﻮر ﻣﺎﻧﻨﺪ ﺳﺪﻫﺎي ﺗﻨﮕﺎب ﻓﻴﺮوزآﺑﺎد و ﺗﻨﮓ ﺳﺮخ در اﺳﺘﺎن ﻓﺎرس، ﮔﺎوﺷﺎن در اﺳﺘﺎن ﻛﺮدﺳﺘﺎن، ﺳﻴﻤﺮه ، ﻛﻨﮕﻴﺮ و ﺳﺎزﺑﻦ

در اﺳﺘﺎن اﻳﻼم و ﺧﺮﺳﺎن 3    در ﭼﻬﺎرﻣﺤﺎل و ﺑﺨﺘﻴﺎري ﻣﺸﺎﻫﺪه ﻧﻤﻮده اﺳﺖ اراﺋﻪ ﻧﻤﺎﻳﺪ و ﺑﺮ اﺳﺎس اﻳﻦ ﺗﺠﺮﺑﻴﺎت،

ﻣﻼﺣﻈﺎت و ﭘﻴﺸﻨﻬﺎداﺗﻲ ﻛﻪ ﺟﻬﺖ اﺣﺪاث ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ در دﻳﮕﺮ ﺳﺪﻫﺎ ﻣﻮرد ﻧﻴﺎز اﺳﺖ ﺑﻴﺎن ﻛﺮده اﺳﺖ. 

 

ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﻳﺎ ﭼﺎه ﻣﺸﺎﻫﺪه اي؟ 

ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ ﮔﻤﺎﻧﻪ اي ﻛﻪ در ﻳﻚ ﺳﻔﺮه ﺣﻔﺮ ﻣﻲ ﮔﺮدد در ﻫﻤﻪ ﺑﺨﺶ آﺑﺪار، ﻣﺸﺒﻚ ﺷﺪه ﺑﺎﺷﺪ، از آن ﺑﻌﻨﻮان ﻳﻚ ﭼﺎه   

ﻣﺸﺎﻫﺪهاي ﻳﺎد ﻣﻲ ﺷﻮد ﻛﻪ ﺳﻄﺢ آب در داﺧﻞ آن ﻣﺘﻮﺳﻄﻲ از ﻛﻞ ﻓﺸﺎر آب در ﺑﺨﺶ آﺑﺪار اﺳﺖ (ﺷﻜﻞ 1 اﻟﻒ). اﮔﺮ

ﺳﻔﺮه از ﭼﻨﺪ ﻻﻳﻪ آﺑﺪار ﺑﺎ ﻓﺸﺎرﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺗﺸﻜﻴﻞ ﺷﺪه ﺑﺎﺷﺪ، ﭼﺎه ﻣﺸﺎﻫﺪه اي ﻣﺘﻮﺳﻄﻲ از ﻓﺸﺎر ﻻﻳﻪ ﻫﺎ را ﻧﺸﺎن ﻣﻲ دﻫﺪ

و ﻧﻤﻲ ﺗﻮان اﻃﻼﻋﺎﺗﻲ در ﻣﻮرد ﻓﺸﺎر ﻫﺮ ﻳﻚ از ﻻﻳﻪ ﻫﺎي آﺑﺪار ﺑﺪﺳﺖ آورد. اﮔﺮ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﺗﻨﻬﺎ در ﺑﺨﺶ ﻣﺤﺪودي ﺑﺎ ﺳﻔﺮه در

ﺗﻤﺎس ﺑﺎﺷﺪ و ارﺗﺒﺎط آن ﺑﺎ ﺳﺎﻳﺮ ﺑﺨﺸﻬﺎي ﻻﻳﻪ آﺑﺪار ﻗﻄﻊ ﺷﺪه ﺑﺎﺷﺪ، ﻋﻤﻠﻜﺮد آن ﺑﺼﻮرت ﻳﻚ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﺧﻮاﻫﺪ ﺑﻮد و ﺗﻨﻬﺎ

ﻧﺸﺎﻧﮕﺮ ﻓﺸﺎر آب در ﻋﻤﻘﻲ اﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﺎ ﺳﻔﺮه در ﺗﻤﺎس ﻣﻴﺒﺎﺷﺪ (ﺷﻜﻞ 1 ب). اﮔﺮ ﺳﻔﺮه از ﭼﻨﺪ ﻻﻳﻪ آﺑﺪار ﺑﺎ ﻓﺸﺎرﻫﺎي

ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺗﺸﻜﻴﻞ ﺷﺪه ﺑﺎﺷﺪ، ﺑﺎ ﻧﺼﺐ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ در ﻫﺮ ﻻﻳﻪ ﻣﻲ ﺗﻮان ﻓﺸﺎر آن ﻻﻳﻪ را اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﻛﺮد و در ﻣﻮرد وﺿﻌﻴﺖ

ﺳﻔﺮه اﻃﻼﻋﺎت ﻻزم را ﺑﺪﺳﺖ آورد. 

ﻫﺮ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﺷﺎﻣﻞ ﺳﻪ ﺑﺨﺶ ﺿﺮوري زﻳﺮ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ(U.S department of the interior, 1985):

1- ﻳﻚ ﻟﻮﻟﻪ ﻋﺎﻳﻖ آب و ﻗﺎﺋﻢ ﺑﺎ ﻗﻄﺮ ﺣﺪاﻗﻞ ﻣﻤﻜﻦ ﻛﻪ ﺳﺎﻳﺮ ﻧﻴﺎزﻫﺎ را ﻧﻴﺰ ﺑﺮآورده ﻧﻤﺎﻳﺪ و ﺗﺎ ﺳﻄﺢ زﻣﻴﻦ ﺗﺪاوم داﺷﺘﻪ

ﺑﺎﺷﺪ. 

2- ﻣﺠﻤﻮﻋﻪ اي ﺷﺎﻣﻞ اﺳﻜﺮﻳﻦ ﭼﺎه و ﻟﻮﻟﻪ ﻣﺘﺨﻠﺨﻞ (در ﻣﻮرد ﻣﻮاد رﻳﺰ داﻧﻪ ﻳﻚ ﻓﻴﻠﺘﺮ ﻣﺎﺳﻪ اي ﻧﻴﺰ ﻻزم اﺳﺖ).

3- ﻳﻚ ﻻﻳﻪ آب ﺑﻨﺪ (Seal) از ﺳﻴﻤﺎن ﻳﺎ ﺑﻨﺘﻮﻧﻴﺖ ﻛﻪ داراي ﻧﻔﻮذﭘﺬﻳﺮي ﺑﺴﻴﺎر ﻛﻤﻲ ﺑﺎﺷﺪ و ﺑﻴﻦ ﻟﻮﻟﻪ و ﭼﺎه ﻗﺮار ﮔﻴﺮد ﺗﺎ از

ارﺗﺒﺎط ﺑﺨﺶ ﻣﺸﺒﻚ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﺑﺎ دﻳﮕﺮ ﻗﺴﻤﺘﻬا ي ﺳﻔﺮه ﺟﻠﻮﮔﻴﺮي ﻧﻤﺎﻳﺪ.

در دﻫﺎﻧﻪ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﺑﺎﻳﺴﺘﻲ روزﻧﻪ ﻛﻮﭼﻜﻲ ﺑﺮاي ﺗﺒﺎدل ﻫﻮا و ﺗﺎﺛﻴﺮ ﻓﺸﺎرﻫﺎي اﺗﻤﺴﻔﺮي ﺑﺮ ﺳﻄﺢ آب ﺳﻔﺮه ﻧﻴﺰ وﺟﻮد داﺷﺘﻪ

ﺑﺎﺷﺪ ﺗﺎ ﺳﻄﺢ آب ﺑﺎ آﻧﻬﺎ ﺑﻪ ﺗﻌﺎدل ﺑﺮﺳﺪ. ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ ﺷﺮاﻳﻂ آب آرﺗﺰﻳﻦ (ﺟﻬﻨﺪه)  در ﺳﻔﺮه ﺣﺎﻛﻢ ﺑﺎﺷﺪ ﺑﺎﻳﺴﺘﻲ از درﭘﻮﺷﻬﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﻓﺎﻗﺪ ﻧﺸﺖ ﺑﺎﺷﻨﺪ اﺳﺘﻔﺎده ﺷﻮد و

ﻣﺎﻧﻮﻣﺘﺮﻫﺎﻳﻲ (از ﻧﻮع ﺟﻴﻮه اي ﻳﺎ Bourdon gage)  ﺑﺮاي اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﻓﺸﺎر ﺳﻔﺮه و ﺗﻐﻴﻴﺮات آن در دﻫﺎﻧﻪ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻧﺼﺐ

ﮔﺮدد. 

اﮔﺮ ﺷﺮاﻳﻂ آب و ﻫﻮاﻳﻲ ﺑﻪ ﮔﻮﻧﻪ اي اﺳﺖ ﻛﻪ اﻣﻜﺎن ﻳﺦ زدﮔﻲ وﺟﻮد دارد، اﺣﺪاث ﻳﻚ ﺳﺮﭘﻨﺎه و اﻣﻜﺎﻧﺎت ﮔﺮم ﻛﻨﻨﺪه و ﻳﺎ

ﺟﺎﻳﮕﺰﻳﻨﻲ آب ﺑﺨﺶ ﺑﺎﻻﻳﻲ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﺑﻮﺳﻴﻠﻪ ﻣﺎﻳﻌﺎﺗﻲ ﻛﻪ ﻳﺦ ﻧﻤﻲ زﻧﻨﺪ ﻣﻤﻜﻦ اﺳﺖ ﺿﺮوري ﺑﺎﺷﺪ.  ﭼﻨﻴﻦ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮﻫﺎﻳﻲ ﺑﺎﻳﺪ

ﻓﺎﻗﺪ ﻧﺸﺖ از  دﻫﺎﻧﻪ ﺑﺎﺷﻨﺪ ﻛﻪ اﻳﻦ ﻛﺎر ﺑﻮﺳﻴﻠﻪ ﻣﺴﺪود ﻛﺮدن ﺑﺎ ﺳﻴﻤﺎن ﻳﺎ رس ﺻﻮرت ﻣﻲ ﮔﻴﺮد. 

ﺑﺎ ﺑﺮرﺳﻲ ﮔﺰارﺷﺎت روزاﻧﻪ ﺣﻔﺎري و ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﻧﻈﺎرت دﻗﻴﻖ در ﺣﻴﻦ ﺣﻔﺎري، ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﻪ وﺟﻮد ﻻﻳﻪ ﻫﺎي ﻣﺘﻌﺪد آﺑﺪار

(ﺑﻮﻳﮋه ﻻﻳﻪ ﻫﺎي ﭘﺮﻓﺸﺎر در اﻋﻤﺎق)  در ﻧﺎﺣﻴﻪ ﻣﻮرد ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﭘﻲ ﺑﺮد.  در ﺳﺎزﻧﺪ ﻫﺎي ﺳﺨﺖ ﺑﻤﻨﻈﻮر ﺗﺼﻤﻴﻢ ﮔﻴﺮي در ﻣﻮرد

ﻧﺼﺐ ﭼﺎه ﻣﺸﺎﻫﺪه اي ﻳﺎ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮي ﻣﻲ ﺗﻮان در ﺧﺎﺗﻤﻪ ﺣﻔﺎري و ﻗﺒﻞ از ﻟﻮﻟﻪ ﮔﺬاري و ﺗﻜﻤﻴﻞ ﭼﺎه ﺑﺎ ﺑﻜﺎرﮔﻴﺮي ﻳﻚ

ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺧﺎص ﻣﺎﻧﻨﺪ ﺷﻜﻞ 2 در ﺑﺨﺸﻬﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻻﻳﻪ آﺑﺪار اﻗﺪام ﺑﻪ اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﻓﺸﺎر آب ﻧﻤﻮد.  در اﻳﻦ ﺳﻴﺴﺘﻢ دو

ﻣﺴﺪود ﻛﻨﻨﺪه (Packer) در ﺑﺨﺶ ﺑﺎﻻ و ﭘﺎﻳﻴﻦ، ارﺗﺒﺎط ﺑﺨﺶ ﻛﻮﭼﻜﻲ از ﺳﻔﺮه را ﺑﺎ ﺳﺎﻳﺮ ﺑﺨﺸﻬﺎ ﻗﻄﻊ ﻧﻤﻮده و ﻓﺸﺎر

ﺑﺨﺶ ﻣﻮرد ﻧﻈﺮ را ﻧﺸﺎن ﺧﻮاﻫﺪ داد. ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ ﻫﻤﻪ ﺑﺨﺸﻬﺎي ﻻﻳﻪ آﺑﺪار داراي ﻳﻚ ﻓﺸﺎر ﺑﺎﺷﻨﺪ ﻣﻲ ﺗﻮان در ﺗﻤﺎم ﺑﺨﺶ ﻫﺎي

ﻻﻳﻪ آﺑﺪار ﻟﻮﻟﻪ ﻣﺸﺒﻚ ﻗﺮار داد و ﮔﻤﺎﻧﻪ را ﺑﻪ ﻳﻚ ﭼﺎه ﻣﺸﺎﻫﺪه اي ﺗﺒﺪﻳﻞ ﻛﺮد.  اﻣﺎ اﮔﺮ ﺑﺨﺸﻬﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ داراي ﻓﺸﺎرﻫﺎي

ﻣﺘﻔﺎوت ﺑﺎﺷﻨﺪ، ﺑﺎﻳﺪ اﻗﺪام ﺑﻪ ﻧﺼﺐ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﺑﺮاي ﺑﺨﺸﻬﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺳﻔﺮه ﻛﻪ ﻓﺸﺎرﻫﺎي ﻣﺘﻔﺎوﺗﻲ دارﻧﺪ ﻧﻤﻮد. ﺑﻤﻨﻈﻮر ﻛﺎﻫﺶ

ﻫﺰﻳﻨﻪ ﻫﺎي ﺣﻔﺎري و ﺑﺮآورده ﺷﺪن ﻣﻨﻈﻮر ﻣﻄﺎﻟﻌﺎت ﻣﻲ ﺗﻮان اﻗﺪام ﺑﻪ اﺣﺪاث ﻳﻚ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮي ﻣﺮﻛﺐ ﻫﻤﺎﻧﻨﺪ ﺷﻜﻞ 3

ﻧﻤﻮد ﺗﺎ ﺑﺘﻮان از ﻧﺤﻮه ارﺗﺒﺎط ﻻﻳﻪ ﻫﺎي آﺑﺪار و رﻓﺘﺎر آﻧﻬﺎ اﻃﻼع ﺣﺎﺻﻞ ﻧﻤﻮد؛ زﻳﺮا ﻫﺮ ﻻﻳﻪ آﺑﺪار داراي وﻳﮋﮔﻲ ﻫﺎ و رﻓﺘﺎر

ﺧﺎص ﺧﻮد ﺑﻮده و اﻳﺠﺎد ﻳﻚ ﭼﺎه ﻣﺸﺎﻫﺪه اي ﻛﻪ رﻓﺘﺎر ﭼﻨﺪ ﺑﺨﺶ ﻣﺴﺘﻘﻞ و ﺑﺎ ﻓﺸﺎر ﻣﺘﻔﺎوت ﺳﻔﺮه را ﺑﺎ ﻫﻢ ﻣﻨﻌﻜﺲ ﻧﻤﺎﻳﺪ

ﻣﻨﻄﻘﻲ ﻧﻴﺴﺖ. 

در ﺷﺮاﻳﻄﻲ ﻛﻪ ﭼﻨﺪ ﻻﻳﻪ آﺑﺪار وﺟﻮد داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ ﻛﻪ ﺑﻌﻀﻲ ﺑﺼﻮرت آرﺗﺰﻳﻦ (ﺟﻬﻨﺪه ﻳﺎ Flowing well) ﻋﻤﻞ ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ

و ﻋﻤﻠﻜﺮد واﻗﻌﻲ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﺑﺼﻮرت ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﻧﺒﺎﺷﺪ، ﺑﺨﺸﻲ از ﻓﺸﺎر ﻻﻳﻪ آﺑﺪار از ﻃﺮﻳﻖ ارﺗﺒﺎط ﺑﺎ ﺳﺎﻳﺮ ﻻﻳﻪ ﻫﺎ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ.

در اﻳﻦ ﺷﺮاﻳﻂ ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ ﺳﻌﻲ ﺑﺮ ﺗﺮﺳﻴﻢ ﺧﻄﻮط اﻳﺰوﭘﺘﺎﻧﺴﻴﻞ و ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﺴﻴﺮ ﺣﺮﻛﺖ آب در ﻻﻳﻪ ﻫﺎي آﺑﺪار ﺑﺮ اﺳﺎس

اﻃﻼﻋﺎت اﻳﻦ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﺑﺎﺷﺪ، ﺗﺠﺰﻳﻪ و ﺗﺤﻠﻴﻞ ﻫﺎ ﻓﺎﻗﺪ اﻋﺘﺒﺎر ﺑﻮده و ﮔﻤﺮاه ﻛﻨﻨﺪه ﺧﻮاﻫﺪ ﺑﻮد.  ﭼﻨﻴﻦ ﺷﺮاﻳﻄﻲ در ﺑﺮﺧﻲ   

ﮔﻤﺎﻧﻪﻫﺎي ﺳﺪ ﺧﺮﺳﺎن 3 و ﻳﻚ ﮔﻤﺎﻧﻪ در ﻣﺴﻴﺮ ﺗﻮﻧﻞ اﻧﺘﻘﺎل آب ﺳﺪ ﮔﺎوﺷﺎن در اﺳﺘﺎن ﻛﺮدﺳﺘﺎن ﻣﻼﺣﻈﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ ﻛﻪ ﭘﺲ

از ﺗﻜﻤﻴﻞ ﮔﻤﺎﻧﻪ از ﺣﺎﺷﻴﻪ ﺑﻠﻮك ﮔﻤﺎﻧﻪ در ﺳﻄﺢ زﻣﻴﻦ آب ﺑﺼﻮرت ﭼﺸﻤﻪ داﺋﻤﻲ ﺟﺮﻳﺎن ﭘﻴﺪا ﻛﺮده اﺳﺖ.  اﻃﻼﻋﺎت ﻓﺸﺎر

اﻳﻦ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ از اﻋﺘﺒﺎر ﺳﺎﻗﻂ اﺳﺖ ﭼﻮن ﺑﺨﺸﻲ از ﻓﺸﺎر ﺳﻔﺮه از ﻃﺮﻳﻖ ﻋﺪم ﻋﻤﻠﻜﺮد آن ﺑﺼﻮرت ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﺗﺤﻠﻴﻞ ﻣﻲ رود.  

اﮔﺮ ﺑﺎ دﻗﺖ ﻛﺎﻓﻲ ﻋﻤﻠﻴﺎت ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﻛﺮدن ﺻﻮرت ﮔﻴﺮد، ﺑﻪ ﺧﻮﺑﻲ ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﻪ ﻳﻚ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ واﻗﻌﻲ ﺑﺎ آب ﺑﻨﺪي ﻛﺎﻣﻞ

دﺳﺖ ﭘﻴﺪا ﻛﺮد. ﺑﺮﺧﻲ از ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎي ﺳﺪ ﺧﺮﺳﺎن 3 ﻛﻪ در ﻳﻚ ﺳﻔﺮه ﺑﺎ ﻓﺸﺎر ﺑﺎﻻ ﺣﻔﺮ ﺷﺪه اﻧﺪ ﺑﺨﻮﺑﻲ آب ﺑﻨﺪي ﺷﺪه اﻧﺪ.

ﻧﻤﻮﻧﻪ دﻳﮕﺮ ﻛﻪ ﺟﺪاﻳﺶ و آب ﺑﻨﺪي ﺑﻴﻦ دو ﮔﻤﺎﻧﻪ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮي در درون ﻳﻚ ﭼﺎه را ﺑﺨﻮﺑﻲ ﻧﺸﺎن ﻣﻲ دﻫﺪ، ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎي

HM28 ﻛﻢ ﻋﻤﻖ و ﻋﻤﻴﻖ در ﺳﺪ ﺳﻴﻤﺮه ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ.  در ﻳﻚ ﺣﻔﺎري ﻳﻚ ﻟﻮﻟﻪ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ در ﺳﺎزﻧﺪ آﺳﻤﺎري در ﻋﻤﻖ ﺣﺪود

180 ﻣﺘﺮي و ﻳﻚ ﻟﻮﻟﻪ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ در ﺳﺎزﻧﺪ ﮔﭽﺴﺎران ﻛﻪ ﺑﺮ روي ﺳﺎزﻧﺪ آﺳﻤﺎري واﻗﻊ ﺷﺪه، در ﻋﻤﻖ ﺣﺪود 40 ﻣﺘﺮي ﺗﻌﺒﻴﻪ ﺗﺰرﻳﻖ ردﻳﺎب درﮔﻤﺎﻧﻪ ﻛﻢ ﻋﻤﻖ (ﮔﭽﺴﺎران)  ﻫﻴﭽﮕﻮﻧﻪ ﻧﺸﺘﻲ ﺑﻪ ﺳﺎزﻧﺪ آﺳﻤﺎري در زﻳﺮ آن ﻧﺪاﺷﺘﻪ اﺳﺖ

(ﮔﺰارش ردﻳﺎﺑﻲ ﺳﺪ ﺳﻴﻤﺮه، 1378) و آب ﺑﻨﺪي ﺧﻮب آﻧﻬﺎ را ﻧﺸﺎن ﻣﻲ دﻫﺪ. 

ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ ﺑﺎ ﺗﺸﺨﻴﺺ ﺷﺮاﻳﻂ ﺳﻔﺮه در ﻫﻨﮕﺎم ﺣﻔﺎري ﻳﺎ در ﭘﺎﻳﺎن آن ﺑﻪ روﺷﻲ ﻛﻪ در ﺑﺎﻻ ذﻛﺮ ﮔﺮدﻳﺪ در ﺻﻮرت ﻧﻴﺎز اﻗﺪام ﺑﻪ

ﻧﺼﺐ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﺑﻪ ﻣﻌﻨﺎي واﻗﻌﻲ ﮔﺮدد ﺗﺎ وﺿﻌﻴﺖ ﻫﻴﺪروژﺋﻮﻟﻮژﻳﻜﻲ ﺑﻪ ﺧﻮﺑﻲ ﺗﻔﺴﻴﺮ ﺷﻮد. 

 

ﺗﻜﻤﻴﻞ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ: 

ﻳﻚ ﮔﻤﺎﻧﻪ (ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﻳﺎ ﭼﺎه ﻣﺸﺎﻫﺪه اي) زﻣﺎﻧﻲ ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﺪ ﺑﺮاي اﻫﺪاف ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﻗﺮار ﮔﻴﺮد ﻛﻪ ﺑﺮ ﻣﺒﻨﺎي ﻧﻴﺎزﻫﺎي

ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﻃﺮاﺣﻲ و ﺗﻜﻤﻴﻞ ﺷﺪه ﺑﺎﺷﺪ. ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ در زﻣﺎن ﻃﻮﻻﻧﻲ اﺳﺘﺤﻜﺎم ﻛﺎﻓﻲ داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ و ﺑﻪ ﺳﺎدﮔﻲ ﻗﺎﺑﻞ ﺗﺨﺮﻳﺐ ﻧﺒﺎﺷﺪ.

ﻗﻄﺮ ﻟﻮﻟﻪ ﮔﺬاري ﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ در ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ اﻧﺠﺎم ﻣﻲ ﺷﻮد ﺑﺴﺘﮕﻲ ﺑﻪ ﻫﺪف ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ و داده ﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ از ﮔﻤﺎﻧﻪ   ﺑﺪﺳﺖ ﻣﻲ آﻳﺪ

دارد.  اﮔﺮ ﻫﺪف از اﺣﺪاث ﮔﻤﺎﻧﻪ   ﺗﻨﻬﺎ اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﺳﻄﺢ آب ﺑﺎ ﻋﻤﻖ ﻳﺎب اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ ﺑﺎﺷﺪ، ﻟﻮﻟﻪ ﮔﺬاري ﺑﺎ ﻗﻄﺮ 0/75 ﺗﺎ

1/25 اﻳﻨﭻ ﻣﻨﺎﺳﺐ اﺳﺖ. اﻣﺎ اﮔﺮ اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﭘﻴﻮﺳﺘﻪ ﺳﻄﺢ آب ﺑﺎ دﺳﺘﮕﺎه ﺛﺒﺎت ﻣﺪ ﻧﻈﺮ ﺑﺎﺷﺪ و ﻳﺎ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺑﺮداري ﻻزم ﺑﺎﺷﺪ

ﺣﺪاﻗﻞ ﻗﻄﺮ 4 اﻳﻨﭻ ﻻزم اﺳﺖ (U.S department of the interior, 1985).  در ﺷﺮاﻳﻄﻲ ﻛﻪ ﻧﻴﺎز ﺑﻪ ﺑﺮرﺳﻲ ﭘﺮوﻓﻴﻞ

ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﺑﺎ ﻛﺎﻣﺒﻲ ﺑﺎﻛﺲ ﺑﺎﺷﺪ، ﻟﻮﻟﻪ ﮔﺬاري ﺑﺎ ﻗﻄﺮ در ﺣﺪود 6 اﻳﻨﭻ ﻻزم ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ. 

در ﺑﺴﻴﺎري از ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎي ﺳﺪﻫﺎي ﻛﺸﻮر ﻗﻄﺮ ﻟﻮﻟﻪ ﮔﺬاري ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﺑﻪ اﻧﺪازه اي اﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﻪ راﺣﺘﻲ اﻣﻜﺎن ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺑﺮداري از

آﻧﻬﺎ ﺑﺮاي ﻣﻄﺎﻟﻌﺎت ﻛﻴﻔﻴﺖ آب و ﻳﺎ ﻣﻄﺎﻟﻌﺎت ردﻳﺎﺑﻲ وﺟﻮد ﻧﺪارد و ﻧﻤﻮﻧﻪ ﮔﻴﺮ ﺑﻪ راﺣﺘﻲ در داﺧﻞ آن ﺣﺮﻛﺖ ﻧﻤﻲ ﻛﻨﺪ.

ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎي ﺳﺪ ﺗﻨﮓ ﺳﺮخ ﺷﻴﺮاز و ﺑﺮﺧﻲ از ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎي ﺳﺪ ﺳﺎزﺑﻦ از ﻗﻄﺮ ﻛﺎﻓﻲ ﺑﺮاي ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺑﺮداري ﺑﺮﺧﻮردار ﻧﻴﺴﺘﻨﺪ.

ﺑﻄﻮر ﻛﻠﻲ ﻗﻄﺮ 3 اﻳﻨﭻ ﺑﺮاي ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺑﺮداري و اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﺳﻄﺢ آب ﻣﻨﺎﺳﺐ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ (ﺗﺠﺮﺑﻴﺎت ﺷﺨﺼﻲ ﻧﮕﺎرﻧﺪه). 

ﺟﻨﺲ ﻟﻮﻟﻪﻫﺎي ﺟﺪار ﻳﻜﻲ از ﻣﺴﺎﺋﻞ ﻣﻬﻢ در ﮔﻤﺎﻧﻪﻫﺎ اﺳﺖ.  در ﻟﻮﻟﻪﻫﺎي ﺟﺪار ﮔﻤﺎﻧﻪﻫﺎ ﺗﻮﺻﻴﻪ ﻣﻲﮔﺮدد از ﻟﻮﻟﻪ ﻫﺎي ﭘﻠﻲ

اﺗﻴﻠﻦ (ﭘﻮﻟﻴﻜﺎ)  ﻓﺸﺎر ﻗﻮي اﺳﺘﻔﺎده ﺷﻮد.  اﮔﺮ از ﻟﻮﻟﻪ ﻫﺎي ﻓﻠﺰي اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﺷﻮد ﺑﺎﻳﺴﺘﻲ از ﺟﻨﺲ ﻟﻮﻟﻪ ﮔﺎﻟﻮاﻧﻴﺰه ﺑﺎﺷﺪ ﺗﺎ از

زﻧﮓ زدﮔﻲ ﺟﻠﻮﮔﻴﺮي ﺷﻮد.  ﻣﻮاردي ﻣﺸﺎﻫﺪه ﮔﺮدﻳﺪه (ﺳﺪ ﺳﺎزﺑﻦ)  ﻛﻪ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﮔﻴﺮ آب ﻳﺎ ﺳﻮﻧﺪ ﻋﻤﻖ ﻳﺎب ﺑﺎ زﻧﮓ آﻫﻦ

آﻏﺸﺘﻪ ﺑﻮده و اﮔﺮ ﺑﺮرﺳﻲ ﻛﻴﻔﻴﺖ آب ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻣﺪ ﻧﻈﺮ ﺑﺎﺷﺪ، ﺑﺮ روي ﻛﻴﻔﻴﺖ آب ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻧﻴﺰ ﺗﺎﺛﻴﺮ ﻣﻲ ﮔﺬارد.  در ﻟﻮﻟﻪ ﻫﺎي

ﻓﻠﺰي ﮔﺎﻫﻲ ﻓﺸﺎر وزن ﻟﻮﻟﻪﻫﺎ ﺑﺎﻋﺚ ﻛﺞ ﺷﺪﮔﻲ ﻣﺴﻴﺮ ﻟﻮﻟﻪ ﻫﺎ ﮔﺮدﻳﺪه ﺑﻄﻮرﻳﻜﻪ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﮔﻴﺮﻫﺎي ﺑﻠﻨﺪ در اﻳﻦ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﮔﻴﺮ

ﻛﺮده و ﻗﺎﺑﻠﻴﺖ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺑﺮداري ﻧﺪارﻧﺪ (ﮔﻤﺎﻧﻪ SB7 در ﺳﺪ ﺳﺎزﺑﻦ).  

ﻧﺤﻮه اﺗﺼﺎل ﻟﻮﻟﻪ ﻫﺎ ﺑﻮﻳﮋه در ﻟﻮﻟﻪ ﻫﺎي ﭘﻠﻴﻜﺎ ﺑﺴﻴﺎر ﻣﻬﻢ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ.  در ﺑﻌﻀﻲ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﺑﺮاي اﺗﺼﺎل ﻟﻮﻟﻪﻫﺎي ﭘﻠﻴﻜﺎ از ﭘﺮچ

اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﻛﻨﻨﺪ ﻛﻪ زواﺋﺪ ﭘﺮﭼﻬﺎ در داﺧﻞ ﻟﻮﻟﻪ ﺑﺎﻋﺚ ﮔﻴﺮ ﻛﺮدن ﻧﻤﻮﻧﻪ ﮔﻴﺮ در ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻣﻲ ﺷﻮد. ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎي P11 و P12 در

ﺳﺪ ﺗﻨﮕﺎب ﻓﻴﺮوزآﺑﺎد ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎﻳﻲ از اﻳﻦ ﻣﻮرد ﻣﻲ ﺑﺎﺷﻨﺪ.  ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ در ﺷﺮاﻳﻄﻲ ﻛﻪ از ﻟﻮﻟﻪ ﭘﻠﻴﻜﺎ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﺷﻮد، ﺑﺎﻳﺪ از

ﭼﺴﺐ ﺑﺮاي اﺗﺼﺎل ﻟﻮﻟﻪ ﻫﺎ اﺳﺘﻔﺎده ﺷﻮد.  در ﻟﻮﻟﻪ ﻫﺎي ﮔﺎﻟﻮاﻧﻴﺰه ﻧﻴﺰ ﺑﺎﻳﺪ از ﻋﺪم وﺟﻮد ﻣﺎﻧﻊ ﻓﻠﺰي در ﻣﺴﻴﺮ داﺧﻠﻲ ﻟﻮﻟﻪ

اﻃﻤﻴﻨﺎن ﺣﺎﺻﻞ ﺷﻮد. 

ﺳﻜﻮي اﻛﺜﺮ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ از اﺳﺘﺤﻜﺎم ﻛﺎﻓﻲ ﺑﺮﺧﻮردار ﻧﻴﺴﺖ ﺑﻄﻮرﻳﻜﻪ در ﺑﺴﻴﺎري از ﻣﻮاﻗﻊ ﺑﺮاي ﺑﺎز ﻛﺮدن در ﭘﻮش ﻳﻚ ﮔﻤﺎﻧﻪ

ﻛﻪ ﻣﺪﺗﻬﺎي ﻃﻮﻻﻧﻲ ﺑﺎز ﻧﺸﺪه اﺳﺖ وﺳﻔﺖ ﮔﺮدﻳﺪه، ﺑﺎ اﻋﻤﺎل ﻧﻴﺮو، ﺳﻜﻮي ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻟﻖ و ﻳﺎ از ﺟﺎ ﻛﻨﺪه ﺷﺪه اﺳﺖ.

5 در ﺳﺪ ﺳﺎزﺑﻦ ﻳﻚ ﻧﻤﻮﻧﻪ از اﻳﻦ ﻣﻮارد اﺳﺖ. ﻧﺎﻣﺮﻏﻮب ﺑﻮدن ﺑﺘﻮن، ﻋﺪم ﻗﺎﻟﺐ ﺑﻨﺪي ﻣﻨﺎﺳﺐ و اﺑﻌﺎد ﻛﻢ ﺳﻜﻮي ﮔﻤﺎﻧﻪ

از دﻳﮕﺮ ﻋﻮاﻣﻞ ﻧﺎﭘﺎﻳﺪاري و اﺳﺘﺤﻜﺎم ﺳﻜﻮي ﮔﻤﺎﻧﻪ اﺳﺖ.  در ﺑﺴﻴﺎري از ﺳﺪﻫﺎ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﺗﻨﮕﺎب، ﻛﻨﮕﻴﺮ، ﺳﺎزﺑﻦ و ﺧﺮﺳﺎن 3،

اﺑﻌﺎد ﺳﻜﻮي ﮔﻤﺎﻧﻪﻫﺎ ﻛﻢ ﺑﻮده و اﺑﻌﺎدي در ﺣﺪود 1 х1 х1 ﻣﺘﺮ ﺑﺮاي ﺳﻜﻮﻫﺎ ﭘﻴﺸﻨﻬﺎد ﻣﻲ ﮔﺮدد ﺗﺎ ﻛﺎﻣﻼ ﻣﺤﻜﻢ ﺑﺎﺷﺪ. 

ﻧﻮع درﭘﻮش ﮔﻤﺎﻧﻪ ﺑﺎﻳﺪ ﺑﻪ ﮔﻮﻧﻪ اي ﺑﺎﺷﺪ ﻛﻪ ﺑﻮﺳﻴﻠﻪ آﭼﺎرﻫﺎي ﻣﻌﻤﻮﻟﻲ و ﺗﻮﺳﻂ اﻓﺮاد ﻣﺘﻔﺮﻗﻪ ﻗﺎﺑﻞ ﺑﺎزﻛﺮدن ﻧﺒﺎﺷﺪ، ﭼﻨﺎﻧﭽﻪ

ﺑﺘﻮان از درﭘﻮش ﻫﺎي ﺧﺎﺻﻲ ﻛﻪ آﭼﺎر در داﺧﻞ آﻧﻬﺎ ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﻴﺮد (آﭼﺎل آﻟﻦ ﻳﺎ ال) اﺳﺘﻔﺎده ﺷﻮد. 

ﭘﻴﺶ ﺑﻴﻨﻲ ﺧﺎك ﺑﺮداري ﻫﺎ و ﺧﺎك رﻳﺰي ﻫﺎ و اﻳﺠﺎد ﺗﺮاﻧﺸﻪ ﻫﺎ ﻧﻴﺰ در ﻃﺮاﺣﻲ ﻣﻮﻗﻌﻴﺖ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﻣﺪ ﻧﻈﺮ ﻗﺮار ﮔﻴﺮد ﺗﺎ در

اواﺳﻂ دوره اﺳﺘﻔﺎده از ﮔﻤﺎﻧﻪ، ﺗﺨﺮﻳﺐ ﺻﻮرت ﻧﮕﻴﺮد. ﭼﻨﻴﻦ ﻣﻮارد در ﺳﺎﻳﺖ ﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺳﺪ ﻫﺎي ﻛﺸﻮر ﻣﺸﺎﻫﺪه ﮔﺮدﻳﺪه

اﺳﺖ.  ﺗﺎ ﺣﺪ اﻣﻜﺎن ﺳﻌﻲ ﺷﻮد ﺟﺎﻳﺎﺑﻲ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﺑﻪ ﮔﻮﻧﻪ اي ﺻﻮرت ﮔﻴﺮد ﺗﺎ ﺑﺮاي ﻛﻨﺘﺮل ﺳﻄﺢ آب (Monitoring)

زﻳﺮزﻣﻴﻨﻲ ﺑﻌﺪ از اﺣﺪاث ﺳﺪ ﻧﻴﺰ ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﻗﺮار ﮔﻴﺮﻧﺪ. 

اﻃﻼﻋﺎت ﻟﻮگ (Log) ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﺑﺼﻮرت اﺳﺘﺎﻧﺪارد و واﺣﺪ ﺗﻌﺮﻳﻒ و ﻫﻤﻪ ﺷﺮﻛﺖ ﻫﺎي ﺣﻔﺎري و ﻣﺸﺎوره اي از آن

ﺳﻴﺴﺘﻢ اﺳﺘﻔﺎده ﻛﻨﻨﺪ و از ﺗﻬﻴﻪ ﻻﮔﻬﺎي ﺳﻠﻴﻘﻪ اي اﺟﺘﻨﺎب ﺷﻮد. دﻓﺘﺮ اﻣﻮر ﻓﻨﻲ و ﺗﺪوﻳﻦ ﻣﻌﻴﺎرﻫﺎي ﺳﺎزﻣﺎن ﻣﺪﻳﺮﻳﺖ و ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ

رﻳﺰي ﻛﺸﻮر (1379)  راﻫﻨﻤﺎي ﻣﻄﺎﻟﻌﺎت ﭘﺎﻳﻪ زﻣﻴﻦ ﺷﻨﺎﺳﻲ ﻣﻬﻨﺪﺳﻲ در ﭘﺮوژه ﻫﺎي ﻣﻬﻨﺪﺳﻲ آب را ﺗﻬﻴﻪ ﻧﻤﻮده ﻛﻪ در آن

ﻧﺤﻮه ﺗﻬﻴﻪ و اراﺋﻪ ﻻﮔﻬﺎي ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﺗﻮﺿﻴﺢ داده ﺷﺪه اﺳﺖ. 

در ﺑﺮﺧﻲ ﺳﺪ ﻫﺎ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﺳﺪ ﺗﻨﮕﺎب ﻓﻴﺮوزآﺑﺎد و ﻛﻨﮕﻴﺮ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﺗﻮﺳﻂ اﻓﺮاد ﻣﺘﻔﺮﻗﻪ ﺑﺎز ﺷﺪه و از ﺳﻨﮓ ﭘﺮ ﺷﺪ و ﻳﺎ ﭘﻠﻴﻜﺎي

ﻟﻮﻟﻪ ﺟﺪار آﻧﻬﺎ ﺑﻴﺮون ﻛﺸﻴﺪه ﺷﺪه اﺳﺖ.  ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻧﮕﻬﺪاري ﻧﺎﻣﻨﺎﺳﺐ (ﻣﺎﻧﻨﺪ اﺗﺎﻗﻚ و ﻗﻔﻞ)، ﻋﺪم وﺟﻮد ﻧﮕﻬﺒﺎن در ﻣﻨﻄﻘﻪ،

ﭘﺎﻳﻴﻦ ﺑﻮدن اﻃﻼﻋﺎت اﻓﺮاد ﻣﺤﻠﻲ از ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ و ﻛﻨﺠﻜﺎوي آﻧﻬﺎ را ﻣﻲ ﺗﻮان از ﻋﻮاﻣﻞ اﺻﻠﻲ ﺗﺨﺮﻳﺐ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﺗﻮﺳﻂ اﻓﺮاد

ﻣﺤﻠﻲ داﻧﺴﺖ. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻫﺰﻳﻨﻪ ﻫﺎي ﻛﻼﻧﻲ ﻛﻪ ﺑﺮاي اﺣﺪاث ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ در ﻣﺤﺪوده ﺳﺪﻫﺎ ﻣﻲ ﺷﻮد، ﻣﺘﺎﺳﻔﺎﻧﻪ ﺗﻮﺟﻪ ﻛﺎﻓﻲ ﺑﻪ

ﻧﮕﻬﺪاري آﻧﻬﺎ ﻧﻤﻲ ﺷﻮد.  اﮔﺮ ﺗﻨﻬﺎ ﺣﺪود 10 درﺻﺪ ﻫﺰﻳﻨﻪ اﺣﺪاث ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ را ﺑﺮاي ﻧﮕﻬﺪاري آﻧﻬﺎ اﺧﺘﺼﺎص دﻫﻴﻢ ﺷﺎﻳﺪ

ﺷﺎﻫﺪ ﺗﺨﺮﻳﺐ ﺑﻴﺶ از ﺣﺪ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﻧﺒﺎﺷﻴﻢ.  اﺳﺘﺨﺪام ﻳﻚ ﻧﻔﺮ ﻧﮕﻬﺒﺎن در ﻣﺤﺪوده ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ در زﻣﺎﻧﻬﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﻛﺎرﮔﺎه ﻓﻌﺎل

ﻧﻤﻲ ﺑﺎﺷﺪ، اﺣﺪاث اﺗﺎﻗﻜﻬﺎي ﻗﻔﻞ دار ﺑﺮاي ﻫﺮ ﻳﻚ از ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ و ﻳﺎ ﻃﺮاﺣﻲ وﻳﮋه ﺳﻜﻮي ﻣﺤﻜﻢ ﺑﺮاي ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﻛﻪ درﭘﻮش

آﻧﻬﺎ ﻧﻴﺰ ﻗﺎﺑﻞ ﺑﺎز ﻛﺮدن ﺗﻮﺳﻂ اﻓﺮاد ﻣﺘﻔﺮﻗﻪ ﻧﺒﺎﺷﻨﺪ و ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ اﻃﻼع رﺳﺎﻧﻲ ﺑﻪ اﻓﺮاد ﻣﺤﻠﻲ از راﻫﻜﻬﺎرﻫﺎي اﺻﻠﻲ ﻣﺤﺎﻓﻈﺖ

ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ. 

 

ﻧﺘﻴﺠﻪ ﮔﻴﺮي و ﭘﻴﺸﻨﻬﺎدات: 

در اﻛﺜﺮ ﺳﺪﻫﺎي ﻣﻮﺟﻮد ﻛﺸﻮر ﺑﺴﻴﺎري از ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎي ﺣﻔﺮ ﺷﺪه ، ﺗﺨﺮﻳﺐ ﮔﺮدﻳﺪه زﻳﺮا در ﻃﺮاﺣﻲ و ﺗﻜﻤﻴﻞ آﻧﻬﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﻛﺎﻓﻲ

ﺻﻮرت ﻧﮕﺮﻓﺘﻪ و از ﻛﺎراﻳﻲ و اﺳﺘﻔﺎده آﻧﻬﺎ در ﻣﻄﺎﻟﻌﺎت ﻫﻴﺪروژﺋﻮﻟﻮژي ﻛﺎﺳﺘﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﺑﺪﻟﻴﻞ ﺳﺎﺧﺘﺎر ﻧﺎﻣﻨﺎﺳﺐ

ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ و ﻋﺪم ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻧﮕﻬﺪاري آﻧﻬﺎ، ﺗﻌﺪاد زﻳﺎدي از آﻧﻬﺎ ﺗﺨﺮﻳﺐ ﮔﺮدﻳﺪه و ﻗﺎﺑﻞ اﺳﺘﻔﺎده ﻧﻴﺴﺘﻨﺪ. ﺑﺪﻳﻦ ﻟﺤﺎظ در راﺑﻄﻪ

ﺑﺎ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ و ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮﻫﺎﻳﻲ ﻛﻪ در دﻳﮕﺮ ﻣﻨﺎﻃﻖ در ﺣﺎل اﺣﺪاث ﻫﺴﺘﻨﺪ، ﺗﻮﺻﻴﻪ ﻣﻲ ﺷﻮد ﻧﻜﺎت زﻳﺮ در اﺣﺪاث، ﺗﻜﻤﻴﻞ و

ﻧﮕﻬﺪاري آﻧﻬﺎ در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺷﻮد ﺗﺎ ﺷﺎﻫﺪ ﻧﺎﻛﺎرآﻣﺪي ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﻧﺒﺎﺷﻴﻢ:                               ﺑﺨﺶ ﺳﻮم: ﻛﺎرﺑﺮدﻫﺎي زﻣﻴﻦ ﺷﻨﺎﺳﻲ ﻣﻬﻨﺪﺳﻲ در ﻃﺮح ﻫﺎي ﺳﺪ ﺳﺎزي                             

٥٨٩  

‐ اﻓﺮاد ﻣﺠﺮب در ﺣﻴﻦ ﺣﻔﺎري ﻋﻤﻠﻴﺎت ﺣﻔﺎري را زﻳﺮ ﻧﻈﺮ داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﻨﺪ ﺗﺎ ﺑﺘﻮان ﻻﻳﻪ ﻫﺎي آﺑﺪار ﻣﺘﻌﺪد در ﻣﻨﻄﻘﻪ را

ﺷﻨﺎﺳﺎﻳﻲ و اﻗﺪام ﺑﻪ ﻧﺼﺐ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﺑﺮاي ﻫﺮ ﻳﻚ از ﻻﻳﻪ ﻫﺎ ﻧﻤﺎﻳﻨﺪ. 

‐ ﺑﺎ ﺑﻜﺎرﮔﻴﺮي ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻣﻌﺮﻓﻲ ﺷﺪه ﺑﺮاي ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻓﺸﺎر ﻻﻳﻪ ﻫﺎ در ﭘﺎﻳﺎن ﺣﻔﺎري، ﺑﺎ دﻗﺖ ﺑﻴﺸﺘﺮ، ﻓﺸﺎر ﺑﺨﺸﻬﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ

ﺳﻔﺮه را اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﻧﻤﺎﻳﻨﺪ و در ﻣﻮرد ﻧﺼﺐ ﭘﻴﺰوﻣﺘﺮ ﻣﺮﻛﺐ ﻳﺎ ﭼﺎه ﻣﺸﺎﻫﺪه اي ﺗﺼﻤﻴﻢ ﮔﻴﺮي ﺷﻮد.

‐ در ﻋﻤﻠﻴﺎت ﺗﻜﻤﻴﻞ ﭼﺎه ﻧﻜﺎﺗﻲ از ﻗﺒﻴﻞ ﺟﻨﺲ ﻟﻮﻟﻪ ﺟﺪار، ﻗﻄﺮ، اﺳﺘﺤﻜﺎم ﺳﻜﻮي ﮔﻤﺎﻧﻪ، ﻧﻮع درﭘﻮش و اﻃﻤﻴﻨﺎن از آب

ﺑﻨﺪ ﺑﻮدن ﺑﺨﺶ ﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺷﻮد.

‐ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻫﺎي ﻣﺤﺎﻓﻈﺖ از ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ ﻣﺎﻧﻨﺪ اﻳﺠﺎد اﺗﺎﻗﻚ ﻗﻔﻞ دار، اﺳﺘﺨﺪام ﻧﮕﻬﺒﺎن، اﻓﺰاﻳﺶ آﮔﺎﻫﻲ ﻋﻤﻮﻣﻲ در راﺑﻄﻪ ﺑﺎ

ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ و ... ﺑﻜﺎر ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺷﻮد.

‐ از روﺷﻬﺎي اﺳﺘﺎﻧﺪارد ﺑﺮاي اراﺋﻪ ﮔﺰارش ﺣﻔﺎري، ﻟﻮگ و ﻣﻮﻗﻌﻴﺖ ﮔﻤﺎﻧﻪ ﻫﺎ (ﺑﻮﻳﮋه ارﺗﻔﺎع آﻧﻬﺎ) اﺳﺘﻔﺎده ﺷﻮد



لینک ثابت

موضوع : بخش ژئوتکنیک / مقالات بخش ژئوتکنیک




19 اردیبهشت 1391 16:56 | نویسنده : asaco

پيزومتر اكتريكي يا تار مرتعش

پيزومتر الكتريكي از يك نوك متخلخل و يك مبدل فشار سنج تار مرتعش تشكيل شده است. بدنه مبدل به صورت سرتاسري از فولاد ضد زنگ تشكيل شده  كه شامل يك بدنه استوانه اي صلب مي باشد كه در يك انتها بسته و در انت‌هاي ديگر آن يك ديافراگم الاستيك و حساس در برابر تغييرات فشار وجود دارد. يك تار فولادي با كشش اوليه از يك طرف به انت‌هاي ثابت استوانه و از طرف ديگر به ديافراگم فوق نيز متصل شده است.

در درون محفظه مبدل تار مرتعش در بالاي وسط تار فولادي يك سيم پيچ مغناطيسي وجود دارد كه با القاي مغناطيسي باعث ارتعاش تار فولادي در فركانس طبيعي آن (كه وابسته به كشش تار است) مي گردد. فشار آب حفره اي كه بر سطح ديافراگم وارد مي‌شود باعث تغيير شكل دياگرام و در نتيجه تغيير ميزان كشش تار و در نهايت تغير فركانس ارتعاش آن ميگردد.

بدنه استوانه اي، ديافراگم و سيم پيچ مغناطيسي همگي توسط محافظ ولتاژ در برابر ولتاژ‌هاي شديد حين وقوع صاعقه محافظت مي‌شود.

دستگاه قرائت تار مرتعش با فرستادن پالس ‌هاي الكتريكي به مجموعه سيم پيچ درون سيستم تار مرتعش باعث مي‌شود كه تار فولادي به صورت لحظه اي كشيده و رها شده و در فركانس طبيعي خود نوسان كند. در اين حين مجموعه زغال وسيم پيچ درون مبدل بصورت يك پيكاب عمل كرده و به خاطر نوسان تار فولادي در ميدان مغناطيسي موجود ، جريان متناوبي در سيم پيچ ايجاد مي‌شود كه ميزان ان توسط دستگاه قرائت ثبت ميوشد. دستگاه قرائت ، ولتاژ سينوسي را به موج مربعي شكل تبديل ميكند كه با استفاده از آن، پريود نوسان تار مرتعش با دقت خوبي اندازه گيري مي‌شود.

دستگاه قرائت نتايج اندازه گيري را بصروت PERIOD ، FREQUENCY ، LINEAR (f²/1000) و واحد‌هاي مناسب ENGINEERING نمايش مي دهد كه تبديلات آن بصورت زير مي باشد ( در صورتي كه عدد ثابت گيج به دستگاه وارد نشود دستگاه قرائت قادر به ارائه نتايج در واحد‌هاي مهندسي نخواهد بود).

 

الف) واحد خروجي   

 

ب) واحد خروجي

P=k(N0- N1)*10-4

K=(R/(N0- Nr) )*104

Linear = Frequency2 *10-3

 

R= ظرفيت كاليبره شده سلول فشار سنج بر حسب kg/cm²

N0= خروجي سلول در شرايط تنش صفر

Nr= خروجي سلول تحت فشار معادل ظرفيت كاليبره شده سلول

P= فشار معادل بر حسب kg/cm²

K= عدد ثابت گيج

N1= خروجي سلول تحت فشار وارده

 

3- مشخصات ابزار

پيزومتر ‌هاي الكتريكي داراي ظرفيت فشاري مختلفي مي باشند. دامنه تغييرات فشار به صورت استاندارد شامل 30، 50، 100، 200، 400، 600، 1000 و 1500 متر آب فشار مي باشد. مبدل ‌هاي الكتريكي بكار رفته طوري طراحي شده اند كه قادر مي باشند تا 100% بالاتر از مقدار ظرفيت تعريف شده براي آن نيز كارايي مناسب را داشته باشند. دقت اندازه گيري براي تمامي انواع پيزومترها %1/0+- كل ظرفيت آن مي باشد. از آنجائي كه تغيير حجم كل مجموعه به خاطر جابجايي دافراگم حدود ml 005/0 مي باشد، لذا پيزومتر در برابر بار‌هاي وارده زمان پاسخ مناسبي از خود نشان مي‌دهد.

 

انواع پيزومتر:                                            4 سري از نوع تار مرتعش

ظرفيت ‌هاي فشاري:                                30، 50، 100، 200، 400، 600، 1000 و 1500 متر فشار آب

دقت:                                                     %1/0-+ كل ظرفيت فشاري (براي پيزومترها با دامنه ‌هاي فشاري مختلف)

دماي كار                                                           20- الي 70 درجه سانتيگراد

فركانس كار:                                            1600 تا 3000 هرتز

فيلتر سراميكي:                                      فيلتر ‌هاي سراميكي با گذراندن هواي زياد و كم براي پيزومتر‌هاي با            

                                                            ظرفيت ‌هاي فشاري مختلف موجود است.

ابعاد:                                                     260 ميلي متر طول و 38 ميلي متر قطر

وزن:                                                      8/1 كيلو گرم كه شامل خود پيزومتر و يك متر كابل مي باشد.

حساسيت در  برابر تغيير درجه حرارت          تقريباً %02/0 كل ظرفيت فشاري به ازاي هر يك درجه سانتيگراد

 

 



لینک ثابت

موضوع : بخش ژئوتکنیک / مقالات بخش ژئوتکنیک




19 اردیبهشت 1391 16:55 | نویسنده : asaco

فشارسنج‌هاي آب منفذي (پيزومتر) (Piezometer)
   به‌طور كلي مطالعه فشار آب منفذي با دو هدف صورت مي‌گيرد:
   1- وجود آب در حفرات خاك و سنگ، ظرفيت باربري و مقاومت آن را كاهش مي دهد. اين اثر بويژه در فشارهاي بالاي آب منفذي كه در نهايت موجب گسيختگي كامل مي‌گردد، قابل توجه است. شايان ذكر است كه كاهش فشار آب منفذي و به عبارتي خروج آب از درون خلل و فرج ذرات خاك يا سنگ و در نهايت پايين افتادن تراز آب زيرزميني مي تواند نشست زمين را به همراه داشته باشد.
   2- تعيين الگوي جريان آب در خاك/سنگ و پي سدها و نيز تعيين خط فراتيك (Phreatic line).
   ابزارهاي اندازه‌گيري فشار آب در سنگ، خاك يا بتون را پيزومتر گويند.



لینک ثابت

موضوع : بخش ژئوتکنیک / مقالات بخش ژئوتکنیک




19 اردیبهشت 1391 16:54 | نویسنده : asaco

پيزومترهاي لوله ايستاده (Standpipe piezometer)
  
نمونه ساده چنين ابزاري سامل يك لوله قائم مي باشد كه تا عمق مورد نظر در گمانه فرو مي رود و عمق سطح آب (فشار پيزومتر) را نشان مي دهد. به چنين پيكره اي چاه مشاهده اي گويند. به علت ايجاد ارتباط بين چينه ها يا لايه هاي خاك معمولاً اين ابزار توصيه نمي‌گردد. نوع پيشرفته چنين پيزومترهايي، پيزومتر از نوع لوله ايستاده با فيلتر متخلخل كاساگرانده مي باشد. اين نوع پيزومتر ابزاري ساده و ارزان و در عين حال مطمئن براي اندازه گيري فشار آب حفره اي (Pore Pressure) و فشار آب درزه اي (Joint Water Pressure) مي باشد. از معايب كار با اين ابزار، قرائت وقت‌گير آن مي باشد.
  
اين ابزار همانند پيزومترهاي پي، تراز پيزومتريک را به صورت نقطه اي اندازه‌گيري مي‌کند.آب بتدريج پس از نفوذ از فيلتر كاربوراندوم متخلخل (Porous Carborundum Tube) وارد لوله PVC شده، بسته به ميزان فشار تا ارتفاع مشخصي در لوله صعود مي‌نمايد. اندازه‌گيري عمق آب در لوله با استفاده از قرائتگر مخصوص (Water Level Indicator) آب مدل EPP-10/6 انجام مي شود. با کم كردن اين عمق از تراز روي لوله، مقدار تراز پيزومتريک در نقطه نصب لوله اين پيزومتر بدست مي‌آيد.
  
جهت نصب اين ابزار بطور خلاصه، ابتدا گمانه اي بوسيله دستگاه حفاري حفرگرديده، انتهاي گمانه تا رسيدن به تراز نصب، با ماسه تميز و اشباع پر مي‌گردد. مجموعه سر هم شده فيلتر اشباع شده و لوله هاي پلاستيكي مرتبط با آن در محل خود قرارداده شده، سپس بقيه مراحل شامل آب‌بندي گمانه انجام مي‌گردد.
  



لینک ثابت

موضوع : بخش ژئوتکنیک / مقالات بخش ژئوتکنیک




صفحات سایت :
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ...