آزمون سه محوری – Triaxial

استاندارد ASTM D4767-88 & D2850-87

S301

هدف این آزمایش نیز تعیین پارامترهای مقاومت برشی خاک است آزمایش سه محوری نسبت به آزمایشهای دیگر روش پیچیده تر و قابل اعتمادتری برای تعیین مقاومت برشی خاکها می‌باشد. دلیل آن اینست که در آزمایش برش مستقیم خاک به اجبار از محل درزبین دو قسمت جعبه گسیخته می‌شود ولی در آزمایش سه محوری خاک از محل ضعیفترین صفحه خود گسیخته می‌شود.

این آزمایش به سه شکل به شرح ذیل انجام می‌گیرد:

  •      درحالت تحکیم یافته زهکشی شده (CD)
  •      درحالت تحکیم یافته زهکشی نشده(CU)
  •      درحالت تحکیم نیافته زهکشی نشده(UU)

 

روند کلی این آزمایش به این صورت است که یک نمونه خاک که اغلب ارتفاع آن دو برابر قطر آن است درون محفظه ای قرار گرفته و سپس تحت تاثیر یک فشار همه جانبه قرار می‌گیرد که دراین حالت اگر قصد تحکیم نمونه را داشته باشیم شیرهای خروج آب بازنگداشته می‌شود تا نمونه تحکیم شود و فشار منفذی به صفر برسد. پس از این مرحله با اعمال بار قائم  نمونه به گسیختگی می‌رسد دراین حالت اختلاف بار قائم و بار همه جانبه که به تنش انحرافی معروف است باعث گسیختگی نمونه می‌شود درصورتی که قصد زهکشی نمونه وجود داشته باشد در این مرحله نیز شیرهای خروج آب باز نگه داشته می‌شود.

این آزمایش نیز با فشارهای جانبی مختلف انجام می‌شود سپس دوایر موهر  حاکم بر هرکدام از آزمایشها در یک دستگاه مختصات ترسیم شده و پوش این  دوایر رسم می‌شود، شیب این خط زاویه اصطکاک داخلی خاک وعرض از مبداء آن چسبندگی خاک می‌باشد.

همچنانکه در توضیحات آزمایش برش مستقیم گفته شد. این آزمایش هم بر اساس تئوری موهر کلمب قرار دارد با این تفاوت که این آزمایش تشابه بسیار زیادی با رفتار خاک در محل داشته و گسیختگی در ضعیفترین سطح اتفاق می‌افتد.

در این آزمایش. فشار همه جانبه نماینده فشار جانبی خاک در محل واقعیش است و معمولا معادل مقدار تقریبی K0γz انتخاب می‌شود که K0 ضریب فشار جانبی خاک در حالت سکون γ وزن مخصوص المان خاک و z عمق المان در این آزمایش است. در این آزمایش نمونه أی از خاک با مشخصات استاندارد برداشته شده. یک غشاء ظریف و نازک دور ان کشیده می‌شود و سپس در داخل محفظه استوانه شکلی از جنس پلاستیک یا شیشه که معمولا مملو از آب یا گلیسیرین است. قرار می‌گیرد (البته گاهی نیز از هوا استفاده می‌شود.) برای آنکه نمونه تحت برش گسیخته شود. یک تنش محوری از طریق یک بازوی قائم که برای اعمال بار نصب شده، به نمونه اعمال می‌شود. این تنش ، تنش انحرافی نمام دارد. به طور کلی آزمایش‌ها به دو صورت انجام می‌گیرد :

  •      کنترل تنش (با اضافه کردن وزنه‌هایی با گام مساوی تا لحظه گسیختگی نمونه)
  •      کنترل کرنش (اعمال تغییر شکل با سرعت ثابت به وسیله پرس هیدرولیک تا لحظه گسیختگی نمونه).

 

در این روش مقدار بار محوری وارده مربوط به یک تغییر شکل محوری مشخص با یک حلقه یا سلول اندازه‌گیری نیرو که بر روی بازوی دستگاه نصب شده است، اندازه‌گیری می‌شود.

 

A.0085.1

دستگاه سه محوری ساخت کشور ELE انگلیس

 

دستگاه سه محوری خاک – برای تعیین مقدار چسبندگی و زاویه اصطحکاک سنگ یا خاک و تعیین مقاومت فشار سه محوری-این دستگاه دارای تجهیزات ضمیمه تابلوی سه محوری جهت تعیین درصد اشباع و فشار منفذی و کلیه دستگاه‌های نمونه گیری و قالب گیری نمونه خاک سه محوری است.

 

 انواع آزمایش سه محوری:

نوع آزمایش سه محوری که باید انجام شود ، بستگی به نوع و چگونگی مساله مورد مطالعه دارد. در آزمایشگاههای مکانیک خاک معمولا آزمایشهای زیر صورت می‌گیرند:

آزمایش CD بر روی خاکهای دانه‎ای (ماسه‌ها) برای بررسی رفتار دراز مدت خاکهای چسبنده، آزمایشهای UU و CU در شرایط اشباع همراه با اندازه‌گیری فشار منفذی برای بررسی رفتار خاکهای ریزدانه در شرایط زهکشی نشده و آزمایش UU در شرایط نیمه اشباع جهت بررسی دفتار خاکریز حین ساخت.آزمایشهای سه محوری بسته به اینکه شیر خروج جریان منفذی باز یا بسته باشد به سه صورت انجام می‌گیرد:

 

۱- آزمایش زهکشی نشده ، تحکیم نیافته (UU) : این آزمایش در شرایطی انجام می‌شود که شیر زهکشی در تمام مراحل بسته است و آزمایش بلافاصله بعد از نصب سلول فشار آغاز می‌شود. مورد استفاده آن مثلا در پایداری کوتاه مدت شیبها است.

۲- آزمایش زهکشی نشده، تحکیم یافته (CU) : از این آزمایش برای مدل کردن شرایط پایداری سدهای خاکی در زمانی که آب پشت سد بسرعت تخلیه شود و سد در مرحله دوم فرصت کافی برای زهکشی نداشته باشد.

۳- آزمایش زهکشی شده، تحکیم یافته (CD) : بر روی خاکهای دانه أی یا پایداری دراز مدت شیبها و زمین زیر ساختمانها بکار می‌رود.

 

آزمایش ممکن است :

الف – روی خاکهای دانه‌أی غیر چسبنده (نمونه باید دست نخورده بوده و اگر دست خورده باشد تراکم آن عین تراکم در محل باشد) انجام می‌شود.

ب  – روی نمونه خاک چسبنده ریز دانه بوده که نمونه باید عینا دست نخورده و یا حداقل دست خوردگی را داشته باشد (مخصوصا اگر خاک حساس هم باشد).

 

A.0085.2

 اساس آزمایش:

این آزمایش جهت تعیین مقاومت برشی نمونه‌أی است که مدل بسیار خوبی برای خاک در محل میباشد. در عمل با اعمال فشار همه‌جانبه  σ۳ برابر نیروی همه جانبه در محل و افزایش نیروی محوری بر روی نمونه (قطر h<3D ارتفاع نمونه ۲D<) آنرا شکسته و نیروی شکست و تغییر شکل در لحظه شکست را اندازه می‌گیرند. بدین ترتیب هم پوش دوایر موهر کشیده می‌شود یعنی هم C و φ برای انواع آزمایشها بدست می‌آید و هم رفتار خاک زیر بارگذاری مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

 

وسایل مورد نیاز دستگاه سه محوری شامل :

۱- دستگاه چرخ‌دنده با ایستگاههای مختلف جهت سرعتهای کم و زیاد

۲- یک قاب بالائی که رینگ ثبت نیرو و تغییر شکل بر روی آن قرار دارد

۳- سلول که با سه گیره محکم می‌شود و شامل استوانه آلومنیمی‌زیر نمونه و بالای نمونه است.

۴- غشاء پلاستیکی

۵- لوله جهت داخل کردن نمونه در غشاء

۶- ترازو با دقت ۱/۰ گرم

۷- نمونه گیرهای مختلف

۸- جک و سر جک جهت بیرون آوردن نمونه

۹- کاردک

 

A.0085.3

 روش آزمایش تحکیم نیافته زهکشی نشده (سریع UU یا Q)

۱- ابتدا به وسیله جک نمونه گیر را داخل لوله خاک (این لوله خاک قبلا به وسیله دستگاه حفاری از محل مورد نظر برداشته شده و به آزمایشگاه آورده شده‌است.) کرده و پس از صاف کردن سروته آن ، نمونه مورد آزمایش را از داخل نمونه گیر خارج می‌کنیم ( برای خاک چسبنده و ریز دانه) از این نوع نمونه حداقل سه عدد تهیه می‌نماییم.

برای خاک دانه أی می‌توان در قالبهای مخصوص خاک را ریخته و متراکم کرده تا به تراکم در محل برسد و سپس نمونه را داخل غشاء ریخته و متراکم کرده تا به تراکم در محل برسد و سپس نمونه را داخل غشاء گذاشت. برای خاکهای غیر حساس هم می‌توان نمونه را دوباره سازی نمود.

۲- برای تعیین درصد رطوبت نمونه برداشته و در فر می‌گذاریم (۲۴ ساعت در دمای ۱۰۵ درجه سانتیگراد)

۳- نمونه را دقیقه وزن کرده و ابعاد آنرا اندازه می‌گیریم.

۴- نمونه را بوسیله قالب مخصوص و دستگاه خلا داخل غشاء لاستیکی می‌گذاریم.

۵- نمونه را دقیقا در محل خود قرار داده ، سلول را روی آن گذاشته و گیره‌های سلول را می‌بندیم.

۶- از سوراخ بالای سلول  آنرا بنحوی پر از آب می‌کنیم که هوائی داخل سلول نماند.

۷- سپس پیچ سوراخ آب را بسته و میله بالای سلول را پایین می‌آوریم تا بین استوانه زیر رینگ و قاب زیرین تماس برقرار شود.

۸- بعد از تراز کردن دستگاه فشار جانی را که توسط سیستم جیوه و آب و لوله‌های مرتبط تامین می‌شود بر نمونه وارد می‌‌کنیم. این عمل با باز کردن شیر آب انجام می‌شود.

۹- آنگاه دستگاه را روشن کرده تا با سرعت یک میلیمتر بر دقیقه بالا آمده و اندازه‌گیر نیرو شروع به حرکت نماید. در این حالت دستگاه را خاموش کرده و پس از صفر کردن دو اندازه‌گیر و تغییر شکل دستگاه را مجددا دوشن می‌کنیم.

۱۰- در هر دور تغییر شکل میزان نیرو را می‌خوانیم.

۱۱- قرائت اندازه گیر نیرو همان نیرو در لحظه فوق الذکر است که اگر به سطح متوسط تقسیم شود (۳ σ σ۱-) خواهد بود. این عمل ادامه پیدا می‌کند تا نمونه شکسته یعنی اندازه گیر نیرو برگردد یا نمونه خمیری شود که نقطه شکست ۲۰ درصد تغییر شکل نمونه خواهد بود.

۱۲- این عمل را با فشارهای جانبی مختلف برای سه نمونه انجام داده و نتایج را برای هر نمونه یادداشت می‌کنیم.

۱۳- پس از اتمام آزمایش نمونه را درآورده و وزن می‌کنیم. نباید افزایش وزن داشته باشد.

 

A.0085.4

 آزمایش تحکیم یافته زهکشی نشده (سریع CU یا R)

۱- ابتدا فشار جانبی را به آرام آرام وارد نموده و شیر زهکشی را باز می‌گذاریم تا آب خارج شود و نمونه به ۱۰۰ درصد تحکیم برسد.

۲- آنگاه شیر زهکشی بسته می‌شود. تا این لحظه فشار تماما موثر می‌باشد.

۳- سپس فشار محوری را وارد می‌نمائیم تا نمونه بشکند.

 

آزمایش تحکیم یافته زهکشی شده (سریع CD یا S)

در تمام مدت آزمایش شیر زهکشی باز است. یعنی هم ۳ σ و هم σ۱  فشارهای موثر خواهند بود. از این آزمایش بعنوان تحکیم نمونه نیز می‌توان استفاده کرد ولی این عمل برای خاکهای ریز دانه خیلی طول می‌کشد. اشباع کردن نمونه اگر اشباع نباشد مشابه تحکیم در همان فشار همه جانبه معادل فشار جانبی وارده در محل اتفاق می‌افتد.

A.0085.5

 

 محاسبات:

۱- درصد رطوبت نمونه ، سطح ، حجم ، وزن مخصوص خشک و را حساب کنید.

 

نمونه محاسبات :

وزن نمونه گیر : ۰۰۰ گرم

وزن نمونه گیر + نمونه مرطوب : ۰۰۰ گرم

وزن نمونه گیر + نمونه خشک : ۰۰۰ گرم

درصد رطوبت ß ۰۰۰ درصد

 

 

  تعیین چگالی:

 

قطر نمونه ارتفاع نمونه حجم نمونه وزن نمونه چگالی
شماره mm mm mm3 gr KN/m3
۱
۲

 

۲- برای هر تغییر شکل ، نیرو را از روی رینگ نیرو بدست می‌آوریم.محاسبات در جدول آورده شده است.

 

۳- در هر لحظه با توجه به تغییر شکل می‌توان سطح مفید را بدست آورد.

 

ارتفاع ثانویه /ارتفاع اولیه *سطح اولیه = سطح مفید ثانویه

و مقدار (σ σ۱ ۳-) را که برابر مقدار زیر است در هر لحظه بدست می‌آوریم :

(نیرو تقسیم بر سطح ثانویه)

 

که محاسبات فوق در جدول قرار دارند.

 

۱- تغییر شکل نسبی قائم نمونه را بدست آورید.

۲- مقدار (σ σ۱ ۳-) را در لحظه شکست محاسبه نمایید.

۳- برای سه آزمایش سه دایره موهر را که مرکزش روی محور σ  و محل تلاقی ان با محور σ ،  σ۳ و  σ۱ کل است می‌کشیم و پوش این دوایر را رسم می‌کنیم.

۴- برای هر آزمایش منحنی ε  و  (σ σ۱ ۳-) کل را رسم کرده و از روی آن E را محاسبه می‌کنیم.

۵- Φuu و Cuu را بدست می‌آوریم.

 

نکات

»» Φ=۰ نشانه چیست؟ اگر فرض شود که تمام نمونه‌ها یکسان می‌باشند و تعدادی آزمایش تحکیم نیافته-زهکشی نشده با فشار جانبی متفاوت انجام گیرد، مقادیر تنش اصلی گسیختگی تمامی‌نمونه‌ها باید با یکدیگر برابر باشند. و این یعنی اینکه پوش گسیختگی بصورت افقی خواهد شد و در نتیجه Φ=۰ خواهد شد.

 

»» اگر خاک دانه‎ای بوده ولی یک C برای آن بدست آید علت چیست؟دلایل مختلفی می‌تواند داشته باشد، مثلا آزمایش دقیق انجام نشده باشد و یا اینکه در هر صورت هر خاکی در حد ایده‌آل خود دانه‌أی است ولی در حالت کلی یک مقدار خاصیت خمیری نیز دارد و نمی‌توان گفت C آن صددرصد صفر می‌شود.

 

»» اگر بیش تحکیمی‌باشد منحنی‌ها چگونه خواهد بود؟در حالت رسهای پیش تحکیم یافته رابطه بین فشار جانبی و Cu دیگر خطی نیست بلکه به صورت یک منحنی در‌می‌آید.

 

برای هر نمونه نتایج زیر باید به دست اید:

 

ردیف تغییر شکل اندازه گیر نیرو تغییر شکل نسبی طول ثانویه مساحت اصلاح شده نیرو Kg (Kpa)تنش
۱
۲

 

نمونه نمودار بدست آمده:

A.0085.6

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

انسانی؟!؟! * Time limit is exhausted. Please reload CAPTCHA.