1.آزمایش برش مستقیم خاک

2.آزمایش برش مستقیم

3.مقدمه: تعریفی از مقاومت برشی خاک
در همه مسائل مربوط به پایداری خاک از قبیل طراحی پی‌ها ، دیوارهای حائل و خاکریزها ، داشتن اطلاعات کافی راجع بع مقاومت خاک ضروری است. اندازه‌گیری و تعیین مقاومت خاکها بویژه برای خاکهای چسبنده که در مباحث پایداری خاک اهمیت و کاربرد زیادی دارد، جزء مباحث پیچیده مطرح در مکانیم خاک می‌باشد. مقاومت خاک در قسمتهای مختلفی منحنی که معرف معیار گسیختگی مصالح است ، اسامی مختلفی دارد که شامل مقاومت کششی، مقاومت برشی و مقاومت فشاری می‌باشد. لیکن می‌توان گفت که مقاومت برشی خاک ، عمدهترین عامل در تعییین رفتار خاکها می‌باشد. مقاومت برشی خاک، مقاومت داخلی در واحد سطح آن است، یعنی مقاومتی که خاک می‌تواند برای تاب آوردن در برابر گسیختگی و لغزش در امتداد هر صفحه دلخواه خود بسیج کند. مشخص است که موضوع مقاومت برشی برای بررسی مسائل پایداری خاک از قبیل باربری و پایداری شیبها و شیروانیها و فشار افقی مؤثر بر روی سازه‌های نگهدارنده (دیوارهای حائل) خاک کاربرد دارد.

4. گسیختگی حالتی است که برای جسم تعریف می‌شود. این پدیده ممکن است ناشی از افزایش تنش یا تغییر شکل یا انرژی جذب شده توسط جسم باشد. گسیختگی ممکن است بصورت شکستگی ویا بصورت جریان خمیری باشد که در حالت اخیر با تنش ثابت تغییر شکلهای زیادی در جسم ایجاد می‌شود.

5.آزمایش مستقیم برش
یکی از قدیمی ترین آزمایشهای تعیین مقاومت برشی خاکهای تحکیم شده چسبنده ، آزمایش برش مستقیم است در این آزمایش تنشهای وارد بر سطحی که در آن گسیختگی رخ می دهد در سراسر آزمایش مستقیما کنترل می شود دستگاه برش مستقیم اساسا مرکب از یک قوطی که در جهت افقی به دو قسمت تقسیم شده است قسمت پایین به طور ثابت به پایه دستگاه اتصال یافته وبدون حرکت است در حالیکه قسمت بالایی آزاد است ومی تواند در هر دو جهت افقی و قائم حرکت کند که مقدار حرکت را می توان بوسیله گیج اندازه گیری نمود مقاومت برشی توده خاک ,مقاومت داخلی واحد سطح آن خاک است که می تواند برای مقابله با گسیختگی یا لغزش در امتداد هر صفحه داخلی ,بروز دهد .برای تحلیل مسائل پایداری خاک نظیر ظرفیت فشاری ,پایداری شیروانیها و فشار جانبی بر روی سازه های حائل خاک ,لازم است طبیعت مقاومت برشی بخوبی شناخته شود . آزمایش برش مستقیم یک نمونه از آزمایشهای تعیین مقاومت برشی خاک می باشد این آزمایش روی نمونه تحکیم شده زهکشی شده انجام می شود و هدف از آن تعیین c و φ در خاکها می باشد .
در خاکهای ماسه ای متراکم نمودار صعود می کندبعد به یک نقطه (pic) می رسد که بعد از این نقطه خاک نرم می شود ونزول می کند هر چه ماسه متراکم تر باشد شیب نمودار بیشتر می شودچون سختی آن بیشترمی شودپس خاک ماسه ای متراکم تمایل به اتساع (dilation)دارد.اتساع یعنی افزایش حجم ناشی ازتنش برشی .خاک متراکم وقتی تحت برش قرار می گیرد ابتدا یک مقدار متراکم می شود امابعد دانه هاشروع به راندن یکدیگر می کنند (مثل شخصی که میخواهد ازجمعیتی عبور کندپس بایدبه اطراف فشار بیاورد)پس تمایل به افزایش حجم پیدا می کند واصطعکاک کمتر می شود وباافت مقاومت برشی مواجه هستیم وخاصیت نرم شوندگی از خود نشان می دهد. پس خاک ماسه ای متراکم تمایل به اتساع دارد.درخاکهای ماسه ای شل وقتی تحت برش قرار می گیردمتراکم می شود وکاهش حجم می دهد(compation)

6.وسائل آزمایش :

7.جعبه برش به همراه سنگ متخلخل و صفحه سربار 2

8.دستگاه برش مستقیم که شامل دستگاهای بارگذاری برشی به وسیله موتور , بارگذاری قائم به وسیله وزنه و شامل گیج های عمودی , افقی و نیروسنج است

9.نمونه ماسه با داشتن وزن مخصوص

10. ترازو

11. کرنومتر

12. کولیس

13. تراز

14. الک No.4

15. شرح آزمایش :

16. مختصر:
آزمایش جعبه برش به دو طریق می تواند انجام شود :

17. با کنترل تنش : با مساوی بودن نیروی برشی ،تغییر شکل را در مراحل مختلف اندازه می گیرند

18. با کنترل تغییر شکل :تغییر شکلها را اعمال می کنند ونیروی برشی نظیر هرکدام را بدست می آورند.

19.

20. برای نمونه گیری ابتدا خاک را داخل جعبه برش می کوبیم اگر بخواهیم نمونه گیری رابه صورت طبیعی تهیه کنیم یا باید خاک را از محل گرفته و به اندازه جعبه برش در آورده داخل آن می گذاریم . یا خاک را در جعبه برش به تراکم طبیعی برسانیم.پیچهای جعبه برش را بسته و سنگ متخلخل را داخل آن قرار داده و ابعاد آنرا توسط کولیس اندازه می گیرند تا حجم جعبه برش را دست آید از ارتفاع حدود 2 میلی متراکم می کنند و حجم جعبه را به دست می آورده و با داشتن وزن مخصوص ماسه، وزن ماسه مورد نیاز برای پرکردن جعبه برش را محاسبه می کنند .
با ترازو ماسه مورد نیاز راجدا کرده وبه صورت لایه لایه درون جعبه برش ریخته ومتراکم می کنیم .این کار را توسط ورق فولادی وضربه زدن با چکش انجام می دهیم باید گوشه های جعبه برش دقت پر شود تا گوشه ها خالی نباشد پس ازتراکم و ایجاد نمونه ارتفاع آن از لبه جعبه برش را اندازه می گیرند اگر برابر 2 میلی متر نشد در مراحل بعدی آزمایش را اصلاح می کنند نمونه به روی دستگاه برش برده می شود دستگاه شامل یک جایگاه بار گذاری قائم است که دارای بازو می باشد وهر 1 کیلو گرم 10 کیلو گرم بار به نمونه وارد می کند و یک موتور بارگذاری برشی که سرعتهای قابل تنظیم دارد جعبه برش را در مکان خود قرار داده و سپس بازوی دستگاه را تراز می کنند محور اندازه گیری تغییر مکان عمودی را مماس بر بازو کرده و مفصل بالایش را در جایگاه سربار صفحه برش قرار می دهند .بعد از آن گیجها را روی صفر تنظیم می نمایند و دو پیچ جعبه برش را باز کرده و دو پیچ دیگر را حدود یک یا دو دور باز می کنند تا نمونه به راحتی برش بخورد بار را با تنظیم موتور روی سرعت مشخص وارد می کنند و در همین لحظه پیچ ترازکننده بازوی بار عمودی را نیزباز می کنند و هر30 ثانیه گیج ها را قرائت می کنند زمانی آزمایش خاتمه می یابد که نمونه به اندازه 20%ضلع جعبه برش تغییرمکان دهد یا نیروسنج ثابت بماند یا به عقب برگردد پس از اتمام آزمایش جعبه برش را برداشته و با زدن کلید بازگشت به همان مدت زمانی آزمایش دستگاه را به حالت اول بر می گردانند.سپس همان مراحل قبلی را با بار عمودی 20 کیلوگرم و30 کیلوگرم انجام می دهند هر کدام از این بارها با وزن میله بار گذاری عمودی که 4?5 کیلو گرم است جمع می شوند وبه عنوان بار عمودی نهایی هستند سپس محاسبات لازم را انجام داده و نمودار ماکزیمم تنش برشی رابرحسب تنش عمودی که در طول آزمایش ثابت است رسم می کنند عرض از مبدا برابر ضریب چسبندگی و شیب نمودار برابر زاویه اصطحکاک بین ذرات است .

21. ابتدا جعبه برش ومخزن آب آنرا در جای خود سوار می کنیم وبعد بین دو نیمه جعبه برش را بایک لایه نازک گریس پوشانده وبوسیله میخهای مخصوص روی هم ثابت می کنیم تا دیگر هیچ جابه جایی ولغزش بین آنها انجام نشود با دقت نمونه را داخل جعبه برش قرار داده وجعبه را از آب اشباع می کنیم صفحه سربار را که مجهز به سنگ متخلخل می باشد روی نمونه گذاشته وقاب مخصوص بارگذاری قائم را روی آن قرارمی دهیم معمولا حد فاصل این قاب وصفحه سربار یک گلوله فلزی قرار می گیرد ویا اینکه مستقیما قاب در شیار صفحه سربار جای داده می شود گیج مخصوص اندازه گیری نشست قائم نمونه را روی صفحه سربار نصب کرده نیروی قائم را باتئجه به شرایط آزمایش وبا افزودن وزنه های مناسب روی قاب بارگذاری اعمال می کنیم سپس میخها را بیرون می آوریم وجعبه برش را بیرون می آوریم نمونه آماده برای برش است نیروی برش به صورت افقی وبوسیله موتور الکتریکی با دور معینی اعمال می شود این نیرو بوسیله حلقه نیرو سنج وجابه جایی بوسیله گیج تغییر شکل افقی اندازه گیری می شود بارگذاری را آنقدر ادامه می دهیم تا اینکه نیروی برش ثابت بماند مادراین آزمایش از 67 kg خاک ماسه ای استفاده کردیم . سطح قاب 25 cm2می باشد بارقائم را با 5 kg آغاز می کنیم .

22. افزایش های بارمعمولی عبارتند از 250،500، 1000، 2000 و غیره. هر افزایش بار تا زمان رسیدن به تعادل روی نمونه باقی می ماند. به دلیل نفوذ پذیری زیاد خاکهای غیر چسبنده معمولاً زمانی در حد چند ساعت لازم است. قبل از اعمال بار بعدی مقدار عقربه قرائت شده ودر برگه یادداشت می‏شود. قابل ذکر است که تراکم پذیری دستگاه قابل صرف نظر کردن است.

23. برش دادن نمونه:
برای اندازه‏گیری جابجایی افقی در طی برشی از یک گیج عقربه ای استفاده می‏شود. قدم اول در برش دادن نمونه قرائت کردن مقدار اولیه عقربه گیج های تغییرشکل افقی وعمودی است. این مقادیر روی برگه یادداشت می‌شوند. درست قبل از آغاز برش،باید پین‌های قالب را درآورد. فراموش کردن این کار باعث آسیب شدید دستگاه می‏شود. عرض جعبه‌ها به پیچهایی مجهز هستند که یک فضای خالی بین قسمت های بالایی وپایینی قالب ایجاد می‏کند. فاصله خالی بین دو نیمه قالب در این جعبه های برش باید حدود 0/025 in باشد.برای اعمال نیروی برشی به نیمه بالایی قالب دو روش وجود دارد:

24. روش کرنش کنترل شده:در این حالت نیروی برشی به نحوی اعمال می‏شود که نرخ جابه‌جایی کنترل شود.این امکان با استفاده از یک موتور الکتریکی و جعبه دنده مهیا می‏شود نیروی برشی توسط بار سنج یا حلقه بار نشان داده می‏شود این وسایل باید قادر باشند که نیروی برشی را با دقت 1 % مقاومت برشی اندازه‏گیری کنند. مرحله برش تا رسیدن به جابه‌جایی معادل 10 تا20 درصد قطر اولیه نمونه ادامه می‏یابد. بنابراین برای نمونه ای با قطر 2/5 in ،نمونه باید تا جابجایی افقی حداقل 0/25 in ادامه یابد.