دستورالعمل آزمایش نفوذپذیری صحرایی به روش لوفران

استاندارد: دستورالعمل آزمایش های تراوایی، نشریه 188 (نشریه 188 – دستورالعمل آزمايش هاي تراوايي) روش لوفران در مورد مواد مختلف غیر چسبنده و فرماسیونهای آلتره و در شرایط مختلف هیدروژئولوژیک مورد استفاده قرار میگیرد. این روش در خاک های چسبنده نیز به کار می رود ولی نتایج کمتر مورد اعتماد خواهند بود. متناسب با تکنیک حفاری گمانه و طول مورد آزمایش، آزمایش لوفران به دو صورت اصلی زیر انجام میگیرد: الف- گمانه تا ته لوله گذاری شده و و نفوذ آب فقط درراستای عمودی از ته چاه انجام می گیرد. روش لوفران به اینصورت کمتر مورد استفاده قرار میگیرد زیرا قسمت پائین ممکن است با مواد ریزدانه مسدود شود. به دلیل نتایج تقریبی در این روش نیاز است تعداد نسبتا زیادی آزمایش جهت ارزیابی دقیق نفوذپذیری خاک انجام شود. ب- طولی به میزان 30 تا 100 سانتیمتر از ته گمانه که لوله گذاری شده حفر میگردد. نفوذ آب از پایه درون این قسمت قرار میگیرد. برای جلوگیری از از ریزش از لایه های سست، میتوان از یک لوله مشبک با نفوذ پذیری خیلی بیشتر از نفوذ پذیری خاک استفاده کرد و یا آن را با شن درشت دانه که نفوذ پذیری آن خیلی بیشتر از خاک باشد پر نمود. در اینصورت نفوذ آب افقی خواهد بود. اما با ادامه بیشتر آزمایش نتیجه حاصله میتواند نماینده توده خاک در هر دو راستا باشد گاهی نتیجه آزمایش نفوذ پذیری افقی با نتایج حاصله از روش الف ترکیب شود تا فرآیند نفوذ پذیری حاصل شود. اگر قسمت مورد آزمایش پایینتر از آب زیر زمینی باشد (GWL) ، آزمایش غالبا در سه مرحله انجام میگیرد:

• آزمایش با بارخیزان  (Rising Head) شکل (1- الف)

تغییرات سطح آب در طول زمان اندازه گیری می شود بدون آنکه آبی به داخل لوله پوشش گمانه ریخته شود.

• آزمایش با بار ثابت ( Constant Head) به شکل (1- ب)

تغییرات جریان افزوده شده به داخل لوله گمانه در طول زمان اندازه گیری و بار ثابت نگهداشته میشود.

• آزمایش با بار افتان (Falling Head ) شکل (1-ج)
• تغییرات سطح آب در طول زمان اندازه گیری شود بدون آنکه آبی به داخل لوله پوشش گمانه ریخته شود.

  هدف آزمایش لوفران تعیین ضریب نفوذپذیری خاک   وسایل آزمایش:

1. منبع آب که آب مورد نیاز برای آزمایش را تأمین می کند و بهتر است حداقل چند مترمکعب حجم داشته باشد.
2. کنتور آب که برای اندازه گیری دبی، مورد استفاده واقع می شود و بهتر است دقت آن در حد صدم لیتر باشد.
3. ظرف مدرج آب که برای اضافه کردن آب به گمانه در جایی که نفوذپذیری خیلی کم است کاربرد دارد و بهتر است دقت آن در حد هزارم لیتر باشد.
4. کرنومتر که برای اندازه گیری زمان به کار می رود و بهتر است دقت آن در حد دهم ثانیه باشد.
5. سوند الکتریکی که برای اندازه گیری عمق سطح آب گمانه به کار می رود و بهتر است دقت آن در حد میلیمتر باشد.

  روش آزمایش: روش لوفران همزمان با حفاری گمانه و در صورت احتیاج همزمان با آزمایشات در محل انجام میگیرد، گل حفاری نباید بکار رود و آزمایش در شرایط خشک و یا با استفاده از کمی آب در بعضی حالات انجام می گیرد. در صورتیکه قرار باشد آزمایش نفوذپذیری در قسمتهای مختلف گمانه انجام گیرد، حفاری با قطرات بزرگتر، ترجیحا 146 میلیمتر، باید شروع گردد. حفاری را می توان با دست و یا با دستگاه حفاری دورانی با ضربه ای انجام داد. آماده سازی برای آزمایش بطور خلاصه به شرح زیر است: الف- حفاری گمانه تا عمقی که نفوذ پذیری باید در آن عمق آزمایش شود و سپس لوله گذاری تا ته، لازم است که تماس لوله پوشش بر بدنه گمانه هر چه بیشتر باشد. ب- قسمت مورد روش لوفران باید طوری مسدود شود که آب زیرزمینی و آب گمانه فقط از طریق قسمت لوله گذاری نشده گمانه و یا از طریق ته آن به هم مرتبط باشند. برای مسدود کردن قسمت مذکور اول لوله پوشش را به اندازه 40 تا 50 سانتی متر بالا کشیده و سپس مقداری رس یا پنتونیت به ارتفاع 80 تا 100 سانتیمتر در ته گمانه ریخته شود (برای این منظور از ملات سیمان -رس نیز مخصوصا وقتی که قسمت مورد آزمایش خیلی پایین تر از سطخ آب زیرزمینی باشد استفاده میگردد). مقدار آب رس باید متناسب با حد خمیری آن باشد بشرطی که سطح آب زیرزمینی کمی پایینتر از قسمت مورد آزمایش بوده و عمل مسدود کردن در سه تا پنج مرحله همراه با کوبیدن انجام میگیرد و وقتی که سطح آب زیرزمینی در لوله بالاست، عمل مسدود کردن معمولا با استفاده از کلوخه منتونیت و تراکم در هر لوله انجام میگیرد. این کار را می توان با پیستونی بر روی میله بر روی میله حفاری یا اعمال فشار هیدرولیک بر روی دستگاه حفاری انجام داد. روش دوم بهتراست زیرا از بالا یا پایین رفتن دستگاه در داخل چاه اجتناب گردیده و نیز از تغییرات متوالی فشار که مانع تراکم لایه مزبور میگردد جلوگیری می شود. کیفیت و راندمان آزمایش بستگی زیادی به مهارت در آماده ساختن این لایه و کیفیت انسداد دارد. وقتی که عمل مسدود کردن تمام شد لوله پوشش باید به اندازه 10 تا 20 سانتیمتر به داخل رانده شود. ج- حال سایه مسدود کردن را باید (تا عمق قبلی حفاری) مورد حفاری مجدد قرارداد. در روش الف قسمت مورد آزمایش ته خود گمانه تمیز شده است. در طریق ب قسمت مورد آزمایش باید تا جایی حفاری شود که قسمت لوله گذاری نشده زیر مسدود 80 تا 100 سانتیمتر برسد. حداقل قطر قسمت مورد آزمایش 66 میلیمتر ولی اندازه ای که توصیه میشود 86 میلیمتر است. در ضمن حفاری باید دقت شود که عمل بالا و پایین کردن دستگاه به آهستگی انجام گیرد تا از ایجاد خلأ یا افزایش فشار که موجب ریزش دیواره قسمت موررد آزمایش می شود جلوگیری گردد. اگر با وجود همه احتیاطات باز هم احتمال ریزش قسمت مورد آزمایش وجود داشته باشد باید اقداماتی که بالا توضیح داده شده است انجام گیرد. د- توصیه می شود که قسمت مورد آزمایش دوبار بوسیله تلمبه شستشو داده شود. ه- قسمت مورد روش لوفران که حفاری و شسته شده است، را باید به حال خود گذاشت تا تراز آب در داخل گمانه تثبیت شود (هر ده دقیقه یک بار و جمعا سه بار کنترل شود). سپس تراز آب زیرزمینی را باید اندازه گیری و ثبت نمود. لازم است که هر آزمایش به دو یا سه روش انجام گیرد. نتایجی که  در هر روش به طور مستقل بدست میاید برای محاسبه ضریب نفوذ پذیری بکار میرود. در این روش گمانه را از آب تخلیه کرده و با این کار سطح آب داخل لوله به 2 تا 3 متر پائینتر از سطح تثبیت شده آب زیرزمینی رسانده میشود این کار را درصورت امکان آنقدر باید ادامه داد تا سطح آب لوله تا یک حد منطقی تثبیت شود. با انجام این کار، عملیات مربوط به آزمایش بارخیزان به اتمام میرسد. لوله را پر از آب کرده و مقدار آب لازم برای حفظ سطح آب در همان ارتفاع به صورت تابعی از زمان ثبت میگردد، اگر همین مقدار آب در اندازه گیری هایی که در هر ده دقیقه یک بار و جمعا سه بار انجام میگیرد ثبت شود (با تولرانس10 ±%)، آزمایش تمام است. آزمایش بار افتان از لحظه ای که ریختن آب به داخل لوله قطع شود شروع میگردد. افت تراز آب در لوله به صورت تابعی از زمان ثبت می شود. این کار تا وقتی ادامه می یابد که تراز آب تثبیت شود. توصیه می شود خیز با افت تراز آب (h) در مقاطع زمانی زیر تثبیت گردد: 1، 2، 3، 4، 5 دقیقه و سپس در هر10 دقیقه یکبار (حداقل 2بار) به همین ترتیب به درون لوله ریخته میشود مقدار آبی (Q) که در آزمایش بار ثابت  را باید 5 بار در فواصل زمانی یک دقیقه و سپس (حداقل 2 بار) در فواصل زمانی 10 دقیقه ثبت کرد. هر روش آزمایش که در اینجا گفته شد حداقل 30 دقیقه طول میکشد. تنظیم روش های اندازه گیری را می توان در حین کار با توجه به شرایط موجود انجام داد.

لوازم کامل آزمایش نفوذپذیری با بار افتان آزمایشگاهی

 

لوازم کامل آزمایش نفوذپذیری با بار ثابت آزمایشگاهی

محاسبه ضریب نفوذپذیری:

الف- نفوذ پذیری عمودی آزمایش های بارخیزان و بار افتان    

                                                                  

  شکل زیر تعریف شماتیک متغیرهای این فرمول را برای روش بارخیزان نشان می دهد. در مورد آزمایش بارافتان نیز می توان تصویر مشابهی را ارائه داد.   آزمایش بار ثابت     که درآن q = Q/t  جریان آب برحسب سانتیمتر مکعب در ثانیه است. در شکلH  ارتفاع آب داخل لوله بالاتر از تراز آب زیرزمینی یا بالاتر از ته گمانه (هرکدام که کوچکتر باشد) میباشد. الف- نفوذ پذیری افقی گمانه لوله گذاری شده و قسمت مورد آزمایش بدون لوله گذاری است. آزمایش های بارخیزان و بار افتان     آزمایش بار ثابت