آزمایش برش مستقیم خاک به همراه فیلم

آزمایش برش مستقیم خاک به همراه فیلم

آزمایش برش مستقیم خاک بر اساس استاندارد Astm D3080-90 انجام شده و هدف آن تعیین پارامترهای مقاومت برشی خاک است. یکی از قدیمی‌ترین آزمایش های تعیین مقاومت برشی خاک های تحکیم شده چسبنده، آزمایش برش مستقیم است. در این آزمایش تنش های وارد بر سطحی که در آن گسیختگی رخ می دهد در سراسر آزمایش مستقیما کنترل می‌شود.

تئوری آزمایش برش مستقیم

یکی از مدل‌های رفتاری الاستیک که جهت تعیین واکنش محیط در برابر بار، مورد استفاده فراوان دارد مدل موهر–کولمب است. این مدل با ساده سازی هایی به طور گسترده به عنوان معیار گسیختگی مصالح استفاده می‌شود. پارمترهای این مدل ومعیار گسیختگی توسط آزمایش برش مستقیم به دست می‎آید و این پارامترها همان زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی خاک است.

کاربردهای آزمایش برش مستقیم خاک

• سد سازی
• تونل سازی
• پایداری شیروانی ها
• بررسی پدیده های مخرب ژئوتکنیکی همچون زمین لغزش و روانگرایی

نحوه آزمایش برش مستقیم:

در آزمایش برش مستقیم باحرکت دادن نیمه بالایی یک جعبه محتوی خاک نسبت به نیمه پایینی آن ، خاک داخل جعبه را تحت تنش برشی قرار می دهیم تا تحت این تنش گسیخته شود. وقتی که نیروی برشی به اندازه کافی بزرگ باشد ، قسمت بالایی جعبه نسبت به قسمت زیرین آن جابجا شده ،باعث بریده شدن نمونه خاک در امتداد صفحه اتصال دو نیمه جعبه می شود. معمولاً خاکها به دو گروه چسبنده وغیر چسبنده تقسیم می شوند.

منشأ مقاومت برشی در خاک های غیر چسبنده، اصطکاک بین دانه ها و درگیر شدن دانه ها باهم و قفل و بست آنها می باشد. در اکثر مسائل مکانیک خاک، به طور تقریبی تنش برشی در صفحه گسیختگی را تابعی خطی از تنش قائم در نظر می گیریم. این رابطه به صورت زیر نوشته می شود.

T = C + σtgø

که در این رابطه C چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی است. رابطه فوق به نام معیار گسیختگی موهر- کولمب مشهور است. در خاک‌های اشباع، تنش کل در یک نقطه، مجموع تنش مؤثر و فشار آب منفذی است یا به عبارتی:

σ = σ” + U

هدف از آزمایش برش مستقیم، تعیین پارامترهای مقاومت برشی خاک است.

وسایل آزمایش برش مستقیم

روش انجام آزمایش برش مستقیم در خاک های دانه ای

1. ظرفی پر از ماسه خشک را وزن کنید.
2. این مقدار باید به اندازه ای باشد که جهت انجام سه آزمایش کافی باشد.
3. جعبه برش را به دقت در محل خود ثابت نمایید.
4. نمونه خاک را داخل جعبه برش بریزید به طوریکه ۵ میلی متر بالایی آن خالی بماند.
5. صفحه اعمال بار را تراز و افقی نمایید.
6. ظرف محتوی خاک را وزن کنید تا وزن خاک خشک و ظرف به دست بیاید.
7. بار قایم مناسبی به نمونه اعمال کنید.
8. این بار با توجه به عمق نمونه گیری خاک تعیین می شود.
9. توجه کنید که وزن ملحقات دستگاه برش مستقیم نیز جز همین بار است.
10. با باز کردن پیچ اتصال دو فک، دو بخش بالایی و پایینی را از یکدیگر جدا کنید.
11. این فاصله کمی بزرگتر از بزرگترین دانه خاک باشد.
12. کرنش سنج ها را جهت قرائت جابجایی های افقی و قائم نصب کنید.
13. در صورتی که قصد انجام آزمایش برش مستقیم به صورت اشباع دارید، لازم است در اطراف نمونه آب ریخته و آنرا غرقاب نمایید و مدتی را جهت اشباع شدن کامل نمونه اختصاص دهید.
14. بارگذاری افقی را شروع کرده و پس از جابجایی دو فک در هر جابجایی خاص، مقدار نیرو و مقدار جابجایی قائم قرائت گردد.
15. این فرآیند را تا جایی ادامه دهید که بار قرائت شده توسط لودسل به حداکثر خود رسیده و روند نزولی به خود بگیرد.
16. قرائت دو نیرو پس از بار حداکثر کافی است.
17. نمونه را از جعبه خارج کرده و مراحل یک تا هشت را حداقل برای دو نمونه خاک دیگر انجام دهید.

روش انجام آزمایش در خاک های چسبنده

1. حداقل سه نمونه از یک خاک را انتخاب نمونده و آنها را با کاتر یا یک وسیله برنده تیز برش دهید تا اندازه جعبه برش شوند.
2. ابعاد جعبه برش را یادداشت و مساحت آن را به دست آورید.
3. نمونه را داخل جعبه طوری قرار دهید که ۵ میلی متر از بالای آن خالی بماند.
4. صفحات اعمال بار را به صورت افقی تنظیم کنید و کرنش سنج قائم را روی آن متصل نمایید.
5. پیچ های اتصال دو فک را باز کنید تا دو فک قابلیت جابجایی داشته باشند.
6. کرنش سنج جهت اندازه گیری جابجایی های افقی را نصب و مقدار اولیه آنرا صفر نمایید.
7. در صورتی که قصد انجام آزمایش برش مستقیم به صورت اشباع دارید، لازم است در اطراف نمونه آب ریخته و آنرا غرقاب نمایید.
8. مدتی را جهت اشباع شدن کامل نمونه اختصاص دهید.
9. بارگذاری افقی را شروع کرده و پس از جابجایی دو فک در هر جابجایی خاص، مقدار نیرو و مقدار جابجایی قائم قرائت گردد.
10. این فرآیند را تا جایی ادامه دهید که بار قرائت شده توسط لودسل به حداکثر خود رسیده و روند نزولی به خود بگیرد.
11. قرائت دو نیرو پس از بار حداکثر کافی است.
12. نمونه را از جعبه خارج کرده و مراحل یک تا شش را حداقل برای دو نمونه خاک دیگر انجام دهید.

محاسبات آزمایش برش مستقیم

1. تنش قائم اسمی که از حاصل تقسیم بار قائم اعمال شده بر مساحت جعبه برش است را محاسبه کنید.
2. منحنی تغییر شکل افقی نسبت به نیرو های ثبت شده را ترسیم کنید.
3. از طریق آن حداکثر نیروی تحمل شده توسط خاک را به دست آورید.
4. مقادیر تنش برشی ماکزیمم بدست آمده از مرحله قبل در مقابل تنش قائم در تمامی آزمایش ها را ترسیم کنید.
5. بهترین خط عبوری از این نقاط را برازش دهید.
6. شیب خط ترسیم شده زاویه اصطکاک و مقدار عرض از مبدأ این خط برابر میزان چسبندگی خاک است. (مطابق شکل زیر)