تعیین پیوستگی و زاویه اصطکاک داخلی

اطلاعات مرتبط: پنجره های چوبی ساخته شده بر اساس پروژه شما. · پنجره های چوبی آلومینیومی سفارشی. · پنجره های سفارشی برای خانه ها، پروژه ها و صادرات. · دربهای چوبی و چوبی آلومینیومی سفارشی. · یک درخواست قیمت ارسال کنید.

روش‌های مختلفی برای تعیین عناصر مقاومت داخلی خاک، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی با استفاده از آزمایش‌های آزمایشگاهی وجود دارد که از میان آن‌ها آزمایش برش مستقیم و تست فشار سه محوری معروف‌ترین آنها هستند.

تجربه برش مستقیم

آزمایش بر روی دستگاهی با مقطع مستطیلی از نوع A انجام می شود. Casagrandea یا روی دستگاه دایره ای از نوع Hvorsleva. ما آزمایش را با دستگاه مقطع مستطیلی که بیشترین استفاده را دارد توضیح خواهیم داد. در هر دو مورد، آزمایش با یک نمونه دست نخورده یا با یک نمونه آشفته در نقطه تسلیم انجام می شود که در این صورت آزمایش ارزش مقایسه ای دارد.

دستگاه برای برش مستقیم یک مقطع مستطیلی (شکل 1)

شکل. 1_مقطع دستگاه برش مستقیم Casagrande_

دستگاه از دو قسمت بالا و پایین تشکیل شده است که قسمت پایینی ثابت است و قسمت بالایی متحرک است و تحت تاثیر نیروی افقی Z که بر روی صفحه تماس قاب بالا و پایین اثر می‌کند می‌توان روی قسمت پایینی حرکت داد.

نمونه خاک در یک حلقه مستطیلی فولادی قرار می گیرد که معمولاً به اندازه 100 × 100 ×30 mm، یا زمانی که با دقت خراشیده شود، آن ابعاد قرار می گیرد. سنگ های فیلتر در بالا و پایین نمونه قرار می گیرند و سپس همه چیز در حلقه دستگاه قرار می گیرد که سپس با آب پر می شود. دستگاهی برای بارگذاری عمودی روی نمونه قرار می گیرد. سنگ فیلتر بالایی به سیستم بارگذاری عمودی نمونه متصل می شود، در حالی که قسمت پایینی به کانال های آب متصل می شود که با استفاده از آن می توان نمونه را در حالت اشباع در طول آزمایش نگه داشت تا از انسجام ظاهری جلوگیری شود.

به منظور جلوگیری از اصطکاک در سطوح تماس بین قاب بالا و پایین، دستگاه هایی با قاب بالایی پیچ خورده وجود دارد که به وسیله آن قاب بالایی تحت تأثیر نیروی برشی افقی حرکت می کند. علاوه بر این، سطوح تماس قاب بالا و پایین با ژل نفتی پوشانده شده است. یک مقایسه کننده دیگر 2 برای ثبت تغییر شکل های عمودی و افقی در دستگاه گنجانده شده است.

انجام آزمایشات برش مستقیم

به طور عمده انواع آزمایش برش مستقیم 2 وجود دارد: آزمایش سریع و آهسته. تست Quick شامل بارگذاری نمونه با فشار عمودی مشخصی است که معمولاً پس از وارد شدن به دستگاه به 0,50 می رسد. 1,0؛ 2,0؛ 3,0 و 4,0 kp/cm2، منتظر یکپارچگی باشید، که فرض می‌شود در صورت نشست در طول 24 ساعت Δh ≤ 0,02 mm حاصل شده است، و سپس نیروی برشی افقی Z، اندازه را اعمال کنید. 1/20 یا 1/40 بخشی از نیروی عمودی P، که هر دقیقه به همان مقدار افزایش می‌یابد تا زمانی که زمین بشکند. در طول اعمال نیروی برشی افقی، سیر حرکت قاب فوقانی به طور مداوم با خواندن بر روی مقایسه کننده کنترل می شود و تغییر شکل های افقی بلافاصله قبل از هر بار جدید در لاگ ثبت می شود. لحظه‌ای که مقایسه‌کننده حرکت ناگهانی را نشان می‌دهد، به‌عنوان شکست زمین پذیرفته می‌شود.

آزمایش سریع برای خاک‌های رسی که تحکیم طبیعی آن‌ها تحت یک بار جدید کند است و با این روش انجام آزمایش مطابقت دارد، اعمال می‌شود.

Slow به روش قبلی انجام می‌شود با این تفاوت که نیروی برشی افقی در بازه زمانی طولانی‌تری افزایش می‌یابد که می‌تواند 2، 5 و 15 m دقیقه یا تا زمانی که یکپارچه‌سازی شود، یعنی تا زمانی که شکل‌ها کاملاً افقی شوند. سیر تحکیم تحت اثر نیروی افقی بر روی مقایسه‌کننده 9 (شکل 1) نظارت می‌شود.

آزمایش آهسته بر روی خاک شنی یا غبارآلود اعمال می‌شود، جایی که در صورت افزایش نیروی برشی افقی در بازه زمانی کوتاه، برش نمونه در دستگاه به دلیل تأثیر آب تحت تنش در منافذ تسریع می‌شود که با فرآیند طبیعی مطابقت ندارد. بنابراین، فاصله زمانی با ظرافت ذرات غیر محدود خاک افزایش می‌یابد، به طوری که فشار آب در منافذ خاک با فشار آب خارجی برابر می‌شود. این یکسان سازی با گذاشتن زمان کافی تحت تأثیر هر سطح بار افقی به دست می آید، به طوری که آب اضافی در منافذ از طریق سنگ فیلتر به بیرون فشرده می شود.

علاوه بر آزمایشات فوق، در موارد خاصی آزمایش سریع بدون تحکیم تحت بار عمودی انجام می شود، یعنی نیروی برشی افقی بلافاصله پس از وارد کردن نمونه به دستگاه و بارگذاری آن با بار عمودی اعمال می شود. اما این روش اجرا در شرایط خاصی اعمال می شود، مانند حالت خاکریزی تازه نصب شده از خاک رسی که بلافاصله پس از خاکریزی بدون تراکم قبلی بارگیری می شود.

تعیین زاویه اصطکاک داخلی و پیوستگی

بر اساس نتایج آزمایش، تنش برشی

τ=Z/A در kp/cm²،

که از نیروی برشی Z بر حسب kp در لحظه شکست و سطح مقطع نمونه A بر حسب سانتی متر مربع به دست می آید. آزمایش با دستگاه 3 تا 4 انجام می‌شود که با فشارهای معمولی متفاوت σ=P/A بر حسب kp/cm² بارگذاری می‌شود، جایی که P بار عمودی نمونه بر حسب kp است. مقادیر زیر از فشارهای معمولی معمولاً گرفته می شود: 1,0؛ 2,0؛ 3,0 و 4,0 kp/cm².

شکل. 2. نمودار تغییر شکل های افقی

بر اساس نمودار عناصر اصطکاک داخلی، دو نوع نمودار 1 و نمودار تغییر شکل های افقی (شکل 2) به دست می آید.

نمودار تغییر شکل‌های افقی با اعمال جابجایی افقی ΔL بر حسب میلی‌متر قاب بالایی دستگاه به سمت پایین در محور آبسیسا، که با خواندن مقایسه‌کننده 9 و بر روی محور ارتینی، تنش متناظر در k. 2).

بسته به تراکم خاک، نمودار 1 برای متراکم و نمودار 2 برای مواد سست به دست می‌آید.

برای یک ماده فشرده، تنش برشی τ در ابتدا نسبت به جابجایی افقی ΔL تا حد تناسب P به شدت افزایش می‌یابد، سپس به آرامی، به موجب آن منحنی نمودار 1 افزایش می‌یابد و به حداکثر ارتفاع B می‌رسد، پس از آن نمودار به صورت افقی معین به جریان کاهش می‌یابد. ناحیه صعود مستقیم نمودار تغییر شکل افقی که در آن افزایش تنش برشی متناسب با افزایش تغییر شکل است، ناحیه تغییر شکل الاستیک در نظر گرفته می شود. فراتر از حد P، افزایش تنش برشی با توجه به افزایش تغییر شکل ΔL تا بالاترین نقطه B نمودار کاهش می یابد. در این منطقه، ماده شروع به “جریان” می کند و به عنوان منطقه تغییر شکل پلاستیک پذیرفته می شود. بالاترین نقطه B نمودار 1 حداکثر تنش برشی max τ را نشان می‌دهد، و فرض می‌شود که شکست خاک در این نقطه رخ می‌دهد، یعنی نقطه B نقطه شکست است. فراتر از نقطه B، ماده در حالت مایع است، مقاومت برشی کاهش می‌یابد و فرض بر این است که در این ناحیه که اتصال بین ذرات قطع شده است، تنها مقاومت لغزشی وجود دارد که با نیروی برشی افقی مخالف است. نقطه G که در آن نمودار 1 به جهت افقی می چرخد، به عنوان مرز لغزش پذیرفته می شود.

تنش برشی در حد شکست B مقاومت برشی یا مقاومت برشی خالص τf نامیده می‌شود، در حالی که تنش برشی در حد تسلیم G مقاومت لغزش τg نامیده می‌شود.

برای مواد سست، نمودار جابجایی افقی نیز دارای یک ناحیه الاستیک با حد تناسب P است، اما پایین دست یک ناحیه پلاستیکی تا حد لغزش G است، یعنی حداکثر تنش برشی برابر است با مقاومت حدی، لغزش (τ=τg)، که فراتر از آن حالت مایع ماده است.

Sl.3. نمودار برشی، الف) برای خاک های منسجم، ب) برای خاک های نامنسجم

نمودار برشی زمانی به دست می آید که فشار نرمال σ بر حسب kp/cm به محور آبسیسا اعمال شود.2، و در محور ارتین مقاومت برشی متناظر τf بر حسب kp/cm2، جایی که هر دو این مقادیر در یک مقیاس اعمال می شوند (شکل.3). از آنجایی که مقاومت برشی τf خاک با فشار نرمال σ افزایش می یابد، برای فشارهای مختلف σ افزایش می یابد.1 نقاط A، B، C و D را بدست آورید که نشان دهنده مقاومت برشی مربوطه است.

برای به دست آوردن نقاط جداگانه A، B، C و D در نمودار3برای خاک های منسجم (شکل.3الف)، مقاومت لغزشی _τ_g اتخاذ شده است. با این حال، در مورد خاک رسی، ماده مدت‌ها قبل از رسیدن به حد لغزش G شروع به جریان می‌کند و تمایل به اتخاذ استحکام برشی در حد تناسب P برای تعیین انسجام c و زاویه اصطکاک داخلی خاک وجود دارد، اما از آنجایی که نسبتاً کوچک است، مقاومت برشی که تغییر شکل ΔL اغلب بر روی دیاگرام اتخاذ می‌شود.2دو برابر بیشتر از تغییر شکل در مرحله قبلی بارگذاری در دستگاه. این قدرت جایی بین مرز P و B است، یعنی G (شکل 2).2).

با به هم پیوستن نقاط A، B، C و D در نمودار76و نمودار برشی به دست می آید که در آزمایش های موفق خط مستقیم است. با گسترش نمودار به محل تقاطع با محور ارتین، برای σ =0بر اساس الگوی کولن τf = c+σ tgϕ به دست می آید که τf = c = انسجام خاک است، در حالی که شیب نمودار به سمت افقی زاویه اصطکاک داخلی را نشان می دهد. با گسترش نمودار برشی در طرف دیگر محور ارتین، تنش ناشی از پیوستگی pk بر روی محور آبسیسا به دست می آید، زمانی که بزرگی چسبندگی c معادل مقاومت اصطکاکی بیان می شود:

c = pk tgϕ، از آنجا pk = c/tgϕ

برای خاکهای نامنسجم، مانند ماسه، نمودار در شکل. 3b، که از مبدا مختصات می گذرد، زیرا برای σ = 0 τ = 0 می گیریم. با این حال، اگر شن و ماسه ریزدانه و مرطوب باشد، نموداری شبیه به شکل زیر می‌شود. 3a، با پیوستگی کوچکتر c، که نشان دهنده انسجام ظاهری است. در آن صورت، تنش pk روی محور آبسیسا کشیده شده در طرف دیگر مبدا مختصات، تنش مویرگی را نشان می دهد.

لازم به ذکر است که تعیین چسبندگی و اصطکاک خاک با آزمایش برش مستقیم دارای معایبی است که مهمترین آنها این است که شکستگی خاک بر روی سطح برشی از پیش تعیین شده رخ می دهد نه روی سطحی که کمترین مقاومت برشی را داشته باشد، که در حین برش نمونه در دستگاه، به دلیل حرکت قاب به سمت پایین تر، سطح برشی آن پایین تر می شود. تغییر شکل های نمونه در حین برش فقط در طول کوتاهی قابل بررسی است، به طوری که مقاومت لغزشی فراتر از حد شکست نمی تواند به اندازه کافی کنترل شود، به خصوص در مورد خاک نرم که تغییر شکل ها در حین برش زیاد است و غیره.

تست فشرده سازی سه محوری

آزمایش بر روی دستگاه سه محوری انجام می شود که ساختارهای متفاوتی دارد اما همه آنها بر اساس یک اصل هستند که به شرح زیر است. نمونه دست نخورده به صورت غلتکی به صورت عمودی بر روی پایه قرار می گیرد و از هر طرف در معرض فشار جانبی توده مایع و سپس فشار عمودی قرار می گیرد که به تدریج افزایش می یابد تا جایی که شکستگی نمونه بر روی سطحی با کمترین مقاومت برشی ایجاد شود. بر اساس مقاومت برشی در هنگام گسیختگی، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی خاک محاسبه می شود.

شرح دستگاه سه محوری

شکل. 4. دستگاه سه محوری

دستگاه سه محوری (شکل 4) از قسمت پایین صفحه پایه محفظه که پایه نمونه روی آن قرار دارد و در قسمت بالایی پیستون برای بارگذاری عمودی نمونه و صفحه بالایی که محفظه را می‌بندد، تشکیل شده است. متداول ترین ابعاد نمونه عبارتند از: قطر ϕ=36 mm، ارتفاع h=2,2-2,5_ϕ_. قطر محفظه D=135mm، ارتفاع H = 180 mm است. یک لوله باریک K1 از مرکز پایه نمونه برای تخلیه نمونه از پایین شروع می شود، که آب نمونه را از طریق یک صفحه متخلخل دریافت می کند و آن را در خارج از محفظه به یک لوله شیشه ای عمودی C1 تخلیه می کند. اگر آزمایش بدون تخلیه نمونه انجام شود، این کانال برای اندازه گیری فشار آب در منافذ عمل می کند. در پایه برنزی محفظه یک کانال K2 برای تامین جرم مایع به منظور پر کردن محفظه و رسیدن به فشار جانبی در محفظه روی نمونه وجود دارد.

از صفحه بالایی محفظه دسته پیستون برای بارگذاری نمونه عبور می کند. نمونه در محفظه توسط یک غشای لاستیکی احاطه شده است که در دو انتها کشیده شده و به وسیله حلقه های لاستیکی به پیستون و پایه متصل می شود. در وسط پیستون یک کانال K3 برای تخلیه نمونه از سمت بالا وجود دارد.

کناره‌های محفظه با یک استوانه پلکسی گلاس که از طریق حلقه‌های لاستیکی به صفحات بالایی و پایینی محفظه ثابت می‌شود، به‌صورت هرمتیک بسته می‌شوند.

محفظه روی یک پایه محکم قرار می گیرد. بارگذاری معمولی نمونه از طریق یک اهرم با وزنه ها انجام می شود که نسبت آن اغلب 1:10 است. سیستم دستیابی به فشار جانبی بر روی نمونه در محفظه شامل یک بطری با جرم مایع B است که به وسیله یک لوله، یک مانومتر برای اندازه گیری فشار هوا و یک بطری با هوای فشرده وارد محفظه می شود. یک مقایسه کننده در بالای پیستون برای بارگذاری نمونه قرار داده می شود تا نشست نمونه تحت بار را اندازه گیری کند.

فشار جانبی جرم مایع در محفظه را می توان با استفاده از فشار هوا در بطری B، از طریق دریچه های V1 و V2 به دلخواه تنظیم کرد. این فشار باعث ایجاد تنش های افقی در نمونه σ2 و σ3 می شود که به دلیل برش دایره ای نمونه برابر می شود σ2 = σ3.

جرم مایع می تواند آب مقطر یا روغن باشد که برای آب بندی بهتر ترجیح داده می شود، زیرا آب می تواند از پیچ ها عبور کند. تحت تأثیر فشار هوا در بطری B، جرم مایع محفظه را تا دریچه V6 پر می کند که سپس بسته می شود. بار عمودی نمونه P که تقریباً بدون اصطکاک از طریق دسته پیستون به نمونه منتقل می شود، تقسیم بر سطح مقطع نمونه A تنش عمودی σ1 = P/A

انجام تست فشرده سازی سه محوری

برای نمونه آزمایشی در دستگاه جداگانه پردازش می شود به طوری که غلتکی به قطر 36 mm، ارتفاع 78 mm یا 90 mm به دست می آید که از بالا و پایین بر روی آن سنگ های فیلتر قرار می گیرد و غشای لاستیکی روی آن قرار می گیرد. سپس نمونه به همراه سنگ های فیلتر روی پایه در محفظه قرار می گیرد، انتها، غشاهای لاستیکی روی پایه و پیستون بارگیری کشیده شده و با حلقه های لاستیکی محکم می شوند. طبق رویه آزمایشگاه های خاصی مانند پروفسور اسکمپتون در لندن، تخلیه نمونه در محفظه در حین آزمایش با پوشاندن دو طرف نمونه با کاغذ صافی که قبل از کشیده شدن غشای لاستیکی قرار می گیرد، تسریع می یابد. هنگامی که نمونه وارد دستگاه می شود و استوانه پلکسی در صفحات بالایی و پایینی ثابت می شود، می توان آزمایشاتی را انجام داد که به روش های مختلفی انجام می شود، مانند موارد زیر:

1. تست‌های زهکشی نشده. در این آزمایش‌ها، تخلیه نمونه در حین اجرای آزمایش جانبی و عمودی مجاز نیست، در حالی که دریچه‌های V4 و V5 بسته هستند.

2. آزمون های زهکشی نشده با تجمیع. در هنگام اعمال فشار جانبی، نمونه تخلیه می شود (شیرهای V4 و V5 باز هستند)، در حالی که در هنگام اعمال فشار عمودی، زهکشی مجاز نیست (V4 و V5 بسته هستند).

3_) آزمایشات تخلیه شده_. نمونه در تمام مدت آزمایش تخلیه می شود (دریچه های V4 و V5 باز هستند)، به طوری که در حین اعمال فشار عمودی σ1 یکپارچگی کامل رخ می دهد و آب تنشی در منافذ ایجاد نمی شود. این آزمایش به خصوص در خاک با نفوذپذیری ضعیف زمان زیادی می برد، زیرا بارگذاری عمودی σ1 باید در تعداد زیادی از مراحل کوچک انجام شود و در هر مرحله باید منتظر یکپارچگی بود. علاوه بر این، آزمایش های ذکر شده را می توان با نمونه های اشباع و جزئی اشباع انجام داد._

با توجه به احتمالات فوق، تست های فشاری سه محوری را می توان در انواع مختلف انجام داد و با توجه به نوع خاک تحت شرایط بار تنظیم کرد.

دستگاه‌ها، رویه‌ها، واحدها، مقادیر و الگوهای توصیف‌شده از یک منبع تاریخی منتقل می‌شوند. متن یک مطالعه ژئوتکنیکی، پروتکل آزمایشگاهی، پروژه پی، اثبات پایداری شیب یا طرح حفاری نیست. انتخاب نمونه و روش آزمایش، وضعیت زهکشی و تحکیم، آب های زیرزمینی، رژیم بار، تأثیرات لرزه ای و ایمنی گودبرداری باید برای خاک و ساختمان خاص طبق مقررات جاری با آزمایشگاه مناسب و کارشناس ژئوتکنیک مجاز تعیین شود.