شناسایی منطقه آسیب دیده در اثر حفاری تونل‌‌ها با استفاده از مدل‌‌سازی دوبُعدی توموگرافی مقاومت ویژه الکتریکی

Abstract

حفاری‌های زیرزمینی باعث تحریک محیط اطراف می‌شوند و این مسئله ایجاد درز و شکاف‌هایی در سنگ‌های سست شده را در پی دارد. شکل، ابعاد و ویژگی‌های این منطقة آسیب دیده در اثر حفاری، در طراحی و ساخت سدهای ژئوتکنیکی و در مخازن زیرزمینی برای نگهداری زباله‌های سمی اهمیت بسزایی دارد. تغییرات مکانیکی منطقة اغتشاش تنش‌های القایی در اثر حفاری، منجر به تغییر در خواص الکتریکی آنها می‌شود. تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که روش‌های توموگرافی مقاومت ویژة الکتریکی و قطبش (پلاریزاسیون) القایی قادر به پایش و اندازه‌گیری رفتار مکانیکی این منطقة آسیب دیده در اثر حفاری هستند. یک مدل دوبُعدی مقاومت ویژه الکتریکی برای برداشت‌های توموگرافی مقاومت ویژه الکتریکی روی یک نیم‌رخ کمانی از دیوارة گالری‌ها با شکل مقطع متفاوت (نعل اسبی، دایره‌‌ای) و آرایش‌های‌ الکترودی گوناگون (ونرآلفا، دوقطبی- دوقطبی، شولمبرگر) توسعه داده شد. در این مدل فضای اطراف گالری به چهارضلعی‌هایی تقسیم شده که مقدار هدایت الکتریکی آنها قابل تغییر است. معادلة پواسون برای همة نقاط فضای مدل، با توجه شرایط مرزی از روش اجزای محدود حل می‌شود، و پتانسیل الکتریکی به‌دست می‌‌آید. برای هر تزریق جریان در دو الکترود، یک‌بار برنامه اجرا و مقاومت الکتریکی محاسبه می‌شود. شرط مرزی نیومن برای سطح درونی و بیرونی در نظر گرفته شده است. سطح بیرونی دورتر از دیوارة گالری است. مدل‌سازی (مدل پیش‌رو) ذکر شده با استفاده از نرم‌‌افزار کمسول اسکریپت صورت گرفته و کدهای مورد نیاز در محیط «مطلب» نوشته شده است. در طول مدل‌سازی از یک فایل ورودی که محل قرارگیری هر چهار الکترود را برای هر آرایش الکترودی طبق برداشت تعیین می‌کند، استفاده شده است. سرانجام با استفاده از این برنامه‌، شبه‌مقطع مقاومت ویژة ظاهری محاسبه می‌شود. مدل پیش‌گفته برای برداشت های مقاومت ویژه الکتریکی روی یک نیم‌رخ کمانی با 43 الکترود (با فواصل مساوی 20 سانتی‌متر) چیده شده بر کف و دیواره‌های گالری در سازند رُسی در سایت آزمایشگاهی تورنمیر واقع در جنوب فرانسه به‌کار گرفته شد. نتایج به دست آمده از مدل‌‌سازی نشان می‌‌دهد که، مقطع تفسیر شده حاصل از مدل‌‌سازی معکوس دستی، با نتایج برداشت توموگرافی از روی نیم‌رخ خطی برداشت شده از کف تونل، انطباق خوبی دارد (وجود یک منطقه‌ با مقاومت ویژة زیاد، ضخامت کمتر از 50 سانتی‌متر). نتایج نشان می‌‌دهد که، توموگرافی مقاومت ویژه قادر به تشخیص تغییرات مقاومت ویژه در اعماق نزدیک به سطح گالری است و عمق بررسی به شعاع گالری بستگی دارد و بیشترین مقدار آن با شعاع گالری برابر است.