آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی در مهندسی عمران

آزمایش‌های متعددی باید بر روی نمونه خاک یا سنگ محل احداث پروژه‌های عمرانی انجام شود. قبل از شروع به کار، مهندسان و پیمانکاران باید اطلاعات دقیقی از رفتار خاک یا سنگ محل پروژه در شرایط مختلف داشته باشند تا غافل‌گیر نشوند. اجرای پروژه‌هایی نظیر سدسازی، حفر چاه، احداث راه، راه‌آهن، کانال، گودبرداری، آب‌بند، پروژه‌های ساختمانی و معادن و موارد مشابه، بدون انجام آزمایش‌های متعدد امکان‌پذیر نیست و می‌تواند حوادث جبران‌ناپذیری را در ابعاد بزرگ در پی داشته باشد. آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا تست MASW یکی از آن دسته آزمایش‌هایی است که قبل از استارت زدن پروژه باید بر روی نمونه خاک محل پروژه انجام شود. هدف از انجام این آزمایش بررسی و تخمین پارامترهای دینامیکی خاک و تعیین پروفیل سرعت موج برشی آن است.

خاک می‌تواند چندین لایه داشته باشد و هر لایه از آن می‌توانند خصوصیات و ویژگی‌های منحصربه‌فرد خودشان را داشته باشند. لایه‌های سطحی خاک در معرض دید قرار دارند و انجام آزمایش روی آن‌ها آسان‌تر است؛ اما لایه‌های زیرین خاک از اهمیت بالاتری برخوردار هستند، چرا که به‌آسانی قابل دید نبوده و برای انجام آزمایش در دسترس نیستند. در ضمن این لایه‌های ویژگی‌های رفتاری متفاوتی داشته و در شرایط مختلف مانند اعمال فشار، تنش، خمش، کشش و در حضور یا عدم حضور دما و تغییرات دمایی، تغییر رفتار می‌دهند. بررسی رفتارهای دینامیکی و تعیین پروفیل سرعت موج برشی لایه‌های خاک در پروژه‌های مهندسی زلزله و عمرانی، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. برای آشنایی بیشتر با آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی با ما تا انتهای این مطلب همراه باشید.

بیشتر بخوانید: آزمایش بررسی خاک

آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی

آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا تست MASW یکی از راه‌های موجود و در دسترس برای لرزه‌نگاری سطحی است که برای اولین بار در سال ۱۹۹۹ میلادی مورد استفاده قرار گرفت. اساس آزمایش MASW بر مبنای خاصیت پاشندگی امواج سطحی (خصوصاً امواج رایلی) بنا شده است.

هدف از انجام آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی بررسی منبع لرزه‌ای امواج مختلف آکوستیکی است، چرا که امواج سطحی مدنظر ما از برهم‌کنش و تعامل امواج حجمی به وجود می‌آیند. امواج آکوستیکی می‌توانند طول موج‌های مختلفی مانند امواج حجمی P و S داشته باشند.

امواج حجمی مانند امواج دریا حرکت می‌کنند، با این تفاوت که حرکت آن‌ها به سمت عقب و به سمت مرکز امواج متمرکز (منشأ چشمه امواج) است. امواج حجمی در لایه‌های مختلف خاک تولید می‌شوند؛ اما در لایه‌های نزدیک به سطح زمین نمود و قدرت بیشتری پیدا می‌کنند. این امواج در لایه‌های سطحی بیشتر از لایه‌های زیرین تقویت می‌شوند، از این رو تمام لایه‌های خاک به‌خصوص لایه‌های نزدیک به سطح زمین باید از این منظر مورد آزمایش قرار بگیرند.

پارامترهای مهمی مانند سرعت موج برشی و مدول برشی که در آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی مورد ارزیابی قرار می‌گیرند، اطلاعات ارزشمندی در مورد خاک محل پروژه در اختیار ما قرار می‌دهند. اطلاعاتی که برای پروژه‌های عظیم و حساسی مانند سدها و نیروگاه‌ها حیاتی هستند و این سازه‌های گران‌قیمت را در برابر زمین لرزه‌های احتمالی ایمن می‌کنند.

اعدادی که از دل آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی به دست می‌آیند، به مهندسان و پیمانکاران کمک می‌کند تا پروژه را با هزینه کمتر و ایمنی و استحکام بیشتر در برابر زمین لرزه، اجرا کنند.

تجهیزات موردنیاز برای انجام آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی

تجهیزات موردنیاز برای انجام آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی به شرح زیر است:

• دستگاه‌ لرزه‌نگار ۱۲ کاناله
• ژئوفون یا لرزه‌سنج (لرزه‌نگاشت)؛ دستگاه دریافت‌کننده امواج لرزه‌ای در خشکی
• پتک و پلیت فلزی برای تولید امواج
• کامپیوتر

بیشتر بخوانید: بهسازی خاک و انواع روش آن

مراحل انجام آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی

در حالت کلی، مراحل انجام آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی را می‌توان به ۳ مرحله زیر تقسیم کرد:

عملیات صحرایی برداشت داده‌ها: در این مرحله، ژئوفون‌ها را روی سطح زمین مستقر می‌کنیم. چیدمان، تعداد و فاصله بین ژئوفون‌ها به عمق خاک مورد بررسی و توانایی دستگاه لرزه‌نگار بستگی خواهد داشت.

پردازش و تحلیل داده‌ها: در مرحله دوم و پس از مستقر کردن ژئوفون‌ها، اطلاعات به‌دست‌آمده از لرزه‌نگاشت‌ها توسط نرم‌افزارهای کامپیوتری خاص مورد پردازش قرار خواهند گرفت.

استخراج پارامترهای دینامیکی و تفسیر نتایج: مرحله سوم و نهایی، تفسیر داده‌های لرزه‌ای به‌دست‌آمده از دل تحلیل‌های نرم‌افزاری و کامپیوتری خواهد بود. پروفیل سرعت موج برشی و سایر پارامترهای مدنظر از تحلیل این مدل‌های ژئوفونی به دست می‌آیند.

روش کار در این آزمایش به این صورت است که چشمه‌های لرزه‌ای را در دو طرف پروفیل و مرکز آن قرار می‌دهند و سپس، ژئوفون‌ها را با فاصله‌های استاندارد ۱ الی ۳ متری در تمام سطح مورد آزمایش مستقر می‌کنند. پس از انتشار امواج توسط پتک‌های فلزی، پاسخ امواج در فواصل زمانی و مسافتی مختلف جمع‌آوری می‌شود. از تحلیل‌های کامپیوتری انجام‌شده بر روی امواج پاسخی، پروفیل سرعت موج برشی در عمق‌ها و لایه‌های مختلف خاک به دست می‌آید.

کاربردها و مزایای استفاده از آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی

در حالت کلی، کاربردها و مزایای استفاده از آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا MASW را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:

• عدم نیاز به گمانه ماشینی و حفر چاه و گوداله
• امکان اجرا در خاک‌هایی که امکان حفاری ندارند
• امکان اجرا در شرایط مختلف زمین‌شناسی
• امکان تعیین تیپ خاک منطبق بر استاندارد ۲۸۰۰
• امکان تعیین توپوگرافی سنگ بستر خاک
• تخمین دقیق مدول‌های دینامیکی خاک
• تخمین دقیق ضخامت خاک‌های روباره به‌منظور ارزیابی میزان تراکم‌پذیری و ظرفیت باربری خاک
• فراهم کردن امکان بررسی خاک‌های زیرسطحی برای تزریق ملات و تقویت سازه

بیشتر بخوانید: استرات (مهار متقابل) و انکراژ (مهارگذاری) در پایدارسازی گود چیست و چگونه اجرا می شوند؟

مقایسه آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی با آزمایش لرزه‌نگاری دانهول

آزمایش دانهول نیز در کنار آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی، به بررسی پروفیل سرعت موج برشی در لایه‌های خاک می‌پردازد و جزو آزمایش‌های مرسوم است؛ اما با توجه به خطرات و آسیب‌هایی که وارد می‌کند، رفته‌رفته در حال منسوخ شدن است و در همه پروژه‌ها قابلیت اجرایی ندارد.

آزمایش دانهول برای به دست آوردن سرعت موج برشی و مدول برشی به حفر گوداله نیاز دارد. حفر گوداله علاوه بر صرف هزینه مستقل و زمان‌بر بودن، در همه پروژه‌ها قابل اجرا نیست و آسیب زیادی را به محیط زیست وارد می‌کند.

آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا تست MASW نیازی به حفر گوداله ندارد، زمان‌بر نیست، نیاز به هزینه زیادی ندارد، محیط زیست را تخریب نمی‌کند و اطلاعات دقیق‌تری را در اختیار مهندسان قرار می‌دهد.

سخن پایانی

در این مقاله سعی کردیم شما را با نحوه انجام و هدف استفاده از آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی آشنا سازیم و اطلاعات مفید و کاملی را در مورد اهمیت انجام این آزمایش در اختیار شما قرار دهیم. از اینکه تا انتهای مطلب ما را همراهی کردید، از شما سپاس‌گزار هستیم.