بخشی از مقاله
چکیده
سرعت امواج برشی از جمله پارامترهاي بسیار مهم و مورد نیاز در مطالعات ژئوتکنیکی میباشد که در ارزیابی مقاومت لایه-هاي زیر سطحی، اثرات ساختگاهی و تعیین پروفیل لایههاي زیر سطحی بکار گرفته میشود. یکی از روشهاي تعیین مستقیم سرعت موج برشی، روش لرزه نگاري درون چاهی است که روشی مخرب، زمان بر و پرهزینه میباشد. در مقابل این روش، روش جدیدي تحت عنوان روش تحلیل چند کاناله امواج سطحی معرفی شده است که روشی غیر مخرب، سریع و کم هزینه میباشد.
در حقیقت این روش بر اساس تولید و ثبت امواج لرزهاي در سطح زمین، تغییر حوزة دادهها از حوزة زمان-فاصله به حوزة فرکانس-عدد موج با استفاده از تبدیل فوریه دو بعدي و در نهایت بدست آوردن سرعت امواج ریلی در فرکانس هاي خاص - منحنی پراکندگی - بنا شده است.
در این مطالعه ابتدا روش تحلیل چند کاناله امواج سطحی به طور مختصر شرح داده شده است و سپس در یک مطالعه موردي نتایج حاصل از این روش با نتایج حاصل از روش لرزه نگاري درون چاهی مقایسه شده است. این مقایسه نشان میدهد، انطباق قابل قبولی بین نتایج حاصل از روش تحلیل چند کاناله امواج سطحی و نتایج حاصل از روش لرزه نگاري درون چاهی وجود دارد.
مقدمه
امروزه روشهاي لرزهاي بسیاري براي بدست آوردن پروفیل سرعت موج برشی لایههاي زیر سطحی وجود دارد. یکی از دقیق ترین آنها، روش لرزه نگاري درون چاهی میباشد. بر اساس این روش امواج حجمی در سطح زمین تولید و در درون یک گمانه توسط یک گیرنده در یافت میشوند. نیاز به حفر گمانه در این روش باعث وقت گیر، پرهزینه و گاهاً غیر قابل انجام بودن این روش گردیده است. بنابراین روشهایی که پروفیل سرعت موج برشی را بدون نیاز به حفر گمانه تعیین می- کنند، مورد توجه میباشند.
این روشها بر اساس پراکندگی امواج سطحی بنا شدهاند. یکی از این روشها روش ارتعاشات ایستاي امواج ریلی1 میباشد که در سالهاي 1950معرفی شده است. اما این روش در دو دهه اخیر توسعه یافته و روش-
هاي جدیدتري نظیر روش تحلیل طیفی امواج سطحی2 در سال 1994به وسیله استوکو1 و سپس روش کامل تري تحت عنوان تحلیل چند کاناله امواج سطحی - MASW - در سال 2000 به وسیله فوتی2 معرفی گردید - . - Foti,2000 این روش بر اساس تولید و ثبت امواج لرزهاي در سطح زمین و تعییر حوزة دادهها از حوزة زمان- فاصله به حوزة فرکانس- عدد موج با استفاده از تبدیل فوریه دو بعدي و در نهایت بدست آوردن سرعت امواج ریلی در فرکانس هاي خاص - منحنی پراکندگی - بنا شده است.
در کشور ما نیز مطالعات محدودي در خصوص استفاده از روش غیر مخرب تحلیل چند کاناله امواج سطحی انجام شده است
در این تحقیق طی یک مطالعه موردي، نتایج حاصل از روش تحلیل چند کاناله امواج سطحی با نتایج حاصل از لرزه نگاري درون چاهی با هم مقایسه شده است.
روش تحلیل چند کاناله امواج سطحی
روش لرزه نگاري تحلیل چند کاناله امواج سطحی در سه گام تا رسیدن به مرحله نهایی که همان پروفیل سرعت موج برشی می باشد، انجام میگیرد
- 1 عملیات صحرایی و برداشت دادهها
- 2 پردازش دادهها و بدست آوردن منحنی پراکندگی
- 3 معکوس سازي منحنی پراکندگی و بدست آوردن پروفیل سرعت موج برشی
عملیات صحرایی و برداشت داده
در این مرحله از دستگاه لرزه نگاري که حداقل داراي 12 کانال است، استفاده میشود. فاصله بین ژئوفونها باید یکسان در نظر گرفته شوند. این فاصله معمولاَ برابر 1 تا 3 متر، با توجه به عمق مورد برسی و منبع مولد موج انتخاب میشود - Foti, . - 2000همچنین منبع مولد موج و ژئوفونها باید بر روي یک خط راست قرار گیرند.نحوة انجام عملیات صحرایی در روش تحلیل چند کاناله امواج سطحی در شکل - - 1 نشان داده شده است.
شکل - 1 نحوة انجام عملیات صحرایی به روش تحلیل چند کاناله امواج سطحی
پردازش دادهها
در این مرحله با استفاده از تبدیل فوریه دو بعدي گسسته3 توسط رابطه - - 1، دادههاي ثبت شده در مرحله قبل از حوزة زمان-فاصله به حوزة فرکانس-عدد موج برده میشوند
در این رابطه N تعداد نمونههاي برداشت شده در طول یک لرزه نگاشت و M تعداد ژئوفونهاي بکار گرفته شده در برداشت صحرایی، f فرکانس k عدد موج m اندیس نمونه برداري ها l اندیس ژئوفونها است. در این حوزه نقاطی نشان داده شدهاند که در ازائ مختصات آن نقاط - fmax ,kmax - ، مقدار دامنه موج ریلی مربوطه، حداکثر میگردد. سپس با استفاده از رابطه - - 2 مقدار سرعت موج ریلی و در نهایت منحنی پراکندگی محاسبه میشود.
معکوس سازي منحنی پراکندگی
یکی از روشهاي معمول در معکوس سازي منحنی پراکندگی مدل سازي پیشرو1 میباشد، که به وسیله نظریان در سال 1992پیشنهاد شد، در این روش ابتدا منحنی پراکندگی تئوریکی2 مدل مورد نظرمحاسبه میگردد. سپس منحنی تئوریکی با منحنی پراکندگی تجربی3 مقایسه میشود. این فرآیند آنقدر تکرار میشود تا یک انطباق قابل قبول بین منحنی تئوریکی و منحنی تجربی ایجاد شود
مطالعه موردي
برداشت لرزه نگاري درون چاهی و روش تحلیل چند کاناله امواج سطحی در مجاورت مسجد دانشگاه صنعتی شاهرود انجام شده است. دلیل انتخاب این محل براي انجام برداشتها، وجود گمانه حفر شده در این محل، به عمق حدود 12 متر میباشد که انجام برداشتهاي لرزه نگاري درون چاهی را در این محل میسر ساخت. برداشتهاي روش تحلیلی چند کاناله امواج سطحی در زمین چمن دانشگاه و در فاصله 50 متري از چاه مذکور انجام شده است. فاصله بین ژئوفونها 3 متر در نظر گرفته شده است. دستگاه مورد استفاده در این آزمایش دستگاه لرزه نگار TERRALCO-MK6 ساخت شرکت ABEM میباشد.
بعد از برداشت صحرایی، دادهها با استفاده از رابطه - - 1 از حوزة زمان-فاصله به حوزة فرکانس-عدد موج انتقال داده شدهاند و مقادیر بیشینه در این حوزة محاسبه شده است
