X
تبلیغات
میلینیوم - موج لرزه اي

میلینیوم

وبلاگ تخصصی معماری و عمران

موج لرزه اي

 

1- مشخصات و ضرايب الاستيكي جامدات :

امواج لرزه اي هنگام انتشار در جامدات سبب تغيير شكل ذرّه اي در آنها مي‌شوند. سرعت سير تغيير شكل ذرات (بسته به خواص الاستيكي و چگالي مواد) در اجسام مختلف متفاوت مي‌باشد.

 

1-1- تنش ‌ها :

مقدار نيروي وارده بر واحد سطح يك جسم را تنش يا تنش مي گويند. اگر نيرویي بطور عمود (normal) بر سطح اعمال شود و در جهت آن متوجه داخل جسم باشد در اين حالت فشار وارده را تنش تراكمي يا فشاري (Compressional Stress) ، ولي در صورتيكه جهت نيرو بسمت خارج باشد فشار وارده را تنش انبساطي يا كششي (Dilataional Stress) مي گويند. اگر نيروي وارده بصورت مماس و بموازات سطح جسم مورد نظر وارد شود در اين صورت فشار اعمال شده را تنش بُرشي (Shear Stress) مي نامند.

 تنش كششي سبب افزايش و تنش فشاري موجب كاهش بُعد در اجسام گرديده در حاليكه تنش برشي سبب تغيير شكل بُرشي در اجسام خواهد شد. در حقيقت تنش هاي كششي و فشاري سبب تغيير حجم بدون تغيير شكل شده در حاليكه تنش هاي بُرشي سبب تغيير شكل بدون تغيير حجم خواهند شد.

 

2- روابط بين تنش و كرنش :

2-1-   ضريب يانگ s Modulus)’ (Young : تجربه نشان داده كه اگر يك جسم جامد الاستيك ايده آل متحمل تغيير شكل خطي در يك جهت (x ، y و يا z) شود، مقدار واتنش  (درصورت كوچك بودن) متناسب با تنش (كششي و يا فشاري) اعمال شده خواهند بود يعني يك رابطة خطي بين تنش  و کرنش  بصورت زير وجود دارد.

 

                         (تنش)

 

E    = ضريب ارتجایی يا ضريب يانگ               

ex = کرنش كششي و يا فشاري در جهت x

 

 

2-2-   ضريب پواسون s Ratio)’ (Poisson : تجربه نشان داده كه اگر يك جسم سه بُعدي در اثر تنش كششي در يك بُعد (مثلاً در جهت x) به اندازه du افزایش طول پیدا میکند ، همزمان در دو جهت ديگر يعني بُعدهاي y و z متراكم خواهد شد يعني در دو بُعد ديگر به اندازه dv و dw كاهش طول نشان خواهد داد (شكل 2-1) . بديهي است كه dv و dw (كوتاه شدگي در جهات y و z) كمتر از du (طويل شدگي) خواهند بود. اين حالت در هنگاميكه تنش وارده فشاري باشد عكس خواهد شد. نسبت پواسن را مي توان بصورت زير نوشت :

 

                            (نسبت پواسون)

                   

مقدار  هرگز نمي تواند از 5/0 بزرگتر باشد. براي اغلب اجسام الاستيك مقدار اين كمّيت در حدود 25/0 مي باشد.

 

2-3-   مدول برشي (Shear Modulus) : هنگاميكه به جسمي تنش بُرشي وارد شود ، اگر ميزان تغيير شكل كم باشد مقدار واتنش بُرشي متناسب با تنش بُرشي خواهد بود.

                (تنش بُرشي)

G = مدول بُرشي

Tan(alfa) = کرنش بُرشي

نظر به اینکه بین G و مدول یانگ E رابطه زیر بر قرار است

                (ضريب بُرشي)

 

براي اغلب اجسام مقدار عدد G تقريباً حدود نصف مقدار E (ضريب يانگ) مي باشد.

 

2-4-   مدول بالك (Bulk Modulus) : اگر جسمي با حجم اوّليه V تحت تنش هيدرواستاتيك (همه جانبه) فشاري و يا كششي قرار گيرد به اندازه  بترتيب از حجم آن كاسته و يا به حجم آن افزوده خواهد شد. در اين حالت نسبت ميزان تنش وارده به کرنش حجمي را مدول بالك مي گويند.

 

                (مدول بالك)

 

مقدار 1/K را قابليت تراكم پذيري جسم يا Compressibility مي گويند.

مدول بالك و بُرشي را مي توان بصورت روابط زير نيز نوشت :

 

                (ضريب بالك)

 


3- انواع امواج لرزه اي :

امواج لرزه‌اي به طور كل به چند دسته تقسيم مي‌گردند كه در زير به مواردي اشاره شده كه در آزمایش های ژئوفیزیکیبرای اندازه گیری خواص دینامیکی خاک كاربرد دارند.

 

امواج حجمي (Body Waves) : اين دسته شامل امواجي هستند كه در كل یک جحیط ارتجایی نا محدود منتشر مي شوند و خود بدو نوع تقسيم مي شوند.

2-5-   امواج طولي (P) : چون جهت ارتعاش اين امواج با جهت انتشارشان يكي است به آنها امواج طولي (longitudinal) مي گويند. چون اين امواج هنگام عبور از لايه‌ها سبب ايجاد تنش ها فشاري و كششي مي شوند به آنها امواج فشاري نيز مي گويند. همچنين اين امواج را امواج اوليه (Primary) نيز ناميده مي‌شوند بدان دليل كه سرعت آنها از ديگر امواج بيشتر است و اوّل بار به دستگاه لرزه سنج رسيده و ثبت مي شوند. حركتي را كه امواج P در ذرّات بوجود مي آورند شامل يكسري تراكم ها و انبساط هاي متناوب مي باشند كه در اثر آنها ذرات بيش از حدّ طبيعي بهم نزديك (تراكم) و بيش از اندازه طبيعي از هم دور مي شوند (انبساط). امواج P در اثر تنش هاي فشارشي و يا كششي (تنش هايي كه سبب تغيير حجم بدون تغيير شكل مي شوند) بوجود مي آيند. يك موج فشارشي P (كه مثلاً در اثر ضربه يك چكّش بوجود آمده باشد) در داخل يك محيط همگن و الاستيك ، بصورت كرات منبسط شوند منتشر مي شود. در اين حالت اولين جبهه موج بصورت تراكمي و پشت آن يك انبساط و سپس يك تراكم ديگر خواهد بود. روابط بين سرعت امواج P با ضرايب الاستيك به قرار زير مي باشند.

 

 

 

 

 

= چگالي موادي كه امواج در داخل آنها منتشر مي شوند.

 

 

 

2-6-   امواج عرضي (S) : چون جهت ارتعاش اين امواج عمود بر جهت انتشارشان مي باشد به آنها امواج عرضي (Transverse Waves) مي گويند. از آنجائيكه اين امواج هنگام عبــور از داخل لايه‌ها موجب تنش هاي بُرشي مي شوند، به آنها امواج بُرشي (Shear Waves) نيز مي گويند. اين امواج را امواج ثانويه (Secondary Waves)  نيز مي نامند زيرا كه سرعت سير آنها در جامدات تقريباً نصف سرعت امواج P بوده و در نتيجه بعد از آنها به لرزه سنج ها ميرسند. امواج S در اثر تنش هاي بُرشي كه سبب تغيير شكل بدون حجم مي شوند بوجود مي آيند. اگر در حين عبور موج بُرشي S حرکت ذرّات تماماً در یک صفحه افقی اتفاق بیفتد به آن موج SH و هنگاميكه حركت ذرات تماماً در روي صفحات قائم باشد به آن موج SV مي گويند. در بيشتر حالات نسبت Vp/Vs در حدود 5/1 الي 2 مي باشد. روابط زير بين سرعت سير امواج S و ثابت هاي الاستيك برقرار مي باشند.

G =  ضريب بُرشي                  

 = چگالي ، Vs = سرعت سير موج S ، E = ضريب يانگ  = نسبت پواسن

          

              

 

              

 

در صورتيكه مقدار  را برابر با 25/0 در نظر بگيريم خواهيم داشت :

 

                   

 

چون محيطهاي گازي و مايع تحمّل تنش هاي بُرشي را ندارند از اينرو امــواج بُرشي (s) نمي توانند در داخل چنين محيط هايي سير نمايند. در اين محيط ها  خواهد بود و درنتيجه خواهيم داشت .

 

در نهایت ضریب پواسون به کمک نتایج حاصل از آزمایش های لرزه نگاری توسط رابطه زیر قابل محاسبه است .

 

4- وسايل ثبت امواج لرزه اي  :

    سايزموگرم هاي حاصله از يك آزمایش های لرزه نگاری در واقع حركات سطح زمين را نشان ميدهند. در حقيقت اين حركات ناشي از انتشار امواج الاستيك حاصله از انفجار و يا منابع انرژي ديگر مي باشند. در خشكي اين حركات برحسب سرعت ذرّات نسبت به زمان مشخص مي‌شوند. براي تبديل نتایج بدست آمده از این آزمایش ها بدست آمده به اطّلاعات زمين شناسي ، لازم است تا حتي الامكان شناختي درباره رفتار امواج الاستيك بهنگام انتشار در داخل زمین داشته باشيم. همچنين بايد شناختي دربارة مشخصات و طرز کار ابزارهايي كه امواج لرزه ای را ثبت مي‌كنند، داشت.

وسايل ثبت حركات لرزه اي زمين در كلّ عبارتند از : ژئوفون ها ، آمپلي فايرها ، نگارنده هاي ديجيتال (Digital Recorders)  و..... . درسالهاي اخير يك سيستم كامپيوتر نيز در كنار اين وسايل قرار مي گيرد تا بتواند تمام فرآيندهاي ثبت را دقيقاً كنترل كند. شکل (4-1) .

ایــن گــونه برداشـت‌ها (لــرزه شناســی)در دو روش درون چاهي (Down hole) و چاه به چاه (Cross hole) انجام می شود .

درآزمایش های درون چاهي با اســتفاده از ابزار ثبت و همچنين قرار گیری يك لرزه سنج درون چاهي سه مؤلفه اي درون گمانه و ايجاد موج لرزه اي توسط چكش ، سرعت امواج P و S ثبت مي‌گردد.در اين بررسـي‌ها با قرار دادن لرزه سنج دراعماق مختلف و توليد موج لرزه اي سرعت امواج در عمق هاي متفاوت ثبت مي گردد.

درآزمایش های چاه به چاه با اســتفاده از ابزار ثبت مانند بالا و ايجاد موج لرزه اي در داخل گمانه مجاور محل برداشت  ، سرعت امواج P و S ثبت مي‌گردد.

در ادامه با دارا بودن ميزان چگالي خاك و همچنين سرعت هاي امواج P وS مي توان به ضرايب ديناميكي خاك همچون ضریب پواسون ، مدول های يانگ ، برشي و ... با بکارگیری روابط ارائه شده دست يافت.

- نحوه انجام آزمایش های لرزه نگاری درون چاهي و چاه به چاه  :

     همانطور که در بالا عنوان شد ، در برداشت هاي لرزه نگاری درون چاهي با قراردادن يك لرزه سنج 3 مؤلفه اي درون گمانه در عمق هاي مختلف با توليد موج ، توسط منبع توليد موج مكانيكي (توسط ضربه چكش برصفحه فلزي براي توليد موج P و ضربه چكش به الوار براي توليد موج S) موج ايجاد شده به لرزه سنج رسيده و توسط دستگاه ثبات ثبت مي گردد . در این حالت موج رسيده به لرزه سنج موج مستقيم بوده و سعي مي گردد تا منبع توليد موج در نزديكي دهانه گمانه قرار گيرد، درآزمایش های چاه به چاه با اســتفاده از ابزار ثبت مانند بالا و ايجاد موج لرزه اي در داخل گمانه مجاور محل برداشت  ، سرعت امواج P و S ثبت مي‌گردد.در اين بررسـي موج اولیه رسیده موج P و با دید بر نگاشت ثبت شده موج دوم با دامنه بیشتر موج S خواهد بود ، بر این اساس با دست یابی به زمان امواج ثبت شده و فاصله دو گمانه میتوان به سرعت امواج دست یافت .

+ نوشته شده در  چهارشنبه بیست و سوم بهمن 1387ساعت 11:5  توسط   |