تبلیغات
وبلاگ تخصصی زمین شناسی - تحقیق ازمایش برش مستقیم

طراحی سایت

قالب وبلاگ

طراحی سایت


وبلاگ تخصصی زمین شناسی
دانستن کافی نیست،باید به دانسته ی خود عمل کنید.
نوشته شده در تاریخ پنجشنبه 30 تیر 1390 توسط سپهوند پور
" hspace="NaN"> آزمایش برش مستقیم

آزمایش برش مستقیم

یكی از قدیمی ترین آزمایشهای تعیین مقاومت برشی خاكهای تحكیم شده چسبنده ، آزمایش برش مستقیم است در این آزمایش تنشهای وارد بر سطحی كه در آن گسیختگی رخ می دهد در سراسر آزمایش مستقیما كنترل می شود دستگاه برش مستقیم اساسا مركب از یك قوطی  كه در جهت افقی به دو قسمت تقسیم شده است قسمت پایین به طور ثابت به پایه دستگاه اتصال یافته وبدون حركت است در حالیكه قسمت بالایی آزاد است ومی تواند در هر دو جهت افقی و قائم حركت كند كه مقدار حركت را می توان بوسیله گیج اندازه گیری نمود مقاومت برشی توده خاك ,مقاومت داخلی واحد سطح آن خاك است كه می تواند برای مقابله با گسیختگی یا لغزش در امتداد هر صفحه داخلی ,بروز دهد .برای تحلیل مسائل پایداری خاك نظیر ظرفیت فشاری ,پایداری شیروانیها و فشار جانبی بر روی سازه های حائل خاك ,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 T  در خاکها می باشد .

در خاكهای  ماسه ای  متراكم  نمودار صعود  می كندبعد به یك نقطه (pic)  می رسد كه بعد  از این  نقطه  خاك نرم می شود ونزول می كند هر چه  ماسه  متراكم تر  باشد  شیب نمودار بیشتر می شودچون سختی آن بیشترمی شودپس خاك ماسه ای متراكم تمایل به اتساع (dilation)دارد.اتساع یعنی افزایش حجم ناشی ازتنش برشی .خاك متراكم وقتی تحت برش قرار می گیرد ابتدا یك مقدار متراكم می شود امابعد دانه هاشروع به راندن یكدیگر می كنند (مثل شخصی كه میخواهد ازجمعیتی عبور كندپس بایدبه اطراف فشار بیاورد)پس تمایل به افزایش حجم پیدا می كند واصطعكاك كمتر می شود وباافت مقاومت برشی مواجه هستیم وخاصیت نرم شوندگی از خود نشان می دهد. پس خاك ماسه ای متراكم تمایل به اتساع دارد.درخاكهای ماسه ای شل وقتی تحت برش قرار می گیردمتراكم می شود وكاهش حجم می دهد(compation)

 برش مستقیم

وسائل آزمایش :

1- جعبه برش به همراه سنگ متخلخل و صفحه سربار 2- 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 3- نمونه ماسه با داشتن وزن مخصوص 4- ترازو 5- کرنومتر 6- کولیس 7- تراز 8- الک No.4

 

شرح آزمایش :

 

مختصر:

آزمایش جعبه برش به دو طریق می تواند انجام شود :

1-با كنترل تنش : با مساوی بودن نیروی برشی ،تغییر شكل را در مراحل مختلف اندازه می گیرند

2-با كنترل تغییر شكل :تغییر شكلها را اعمال می كنند ونیروی برشی نظیر هركدام را بدست می آورند.

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 .

ابتدا جعبه برش ومخزن آب آنرا در جای خود سوار می كنیم وبعد بین دو نیمه جعبه برش را بایك لایه نازك گریس پوشانده وبوسیله میخهای مخصوص روی هم ثابت می كنیم 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 كنیم صفحه سربار را كه 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 یك گلوله فلزی قرار می گیرد ویا اینكه مستقیما قاب در شیار صفحه سربار جای داده می شود گیج مخصوص اندازه گیری نشست قائم نمونه را روی صفحه سربار نصب كرده نیروی قائم را باتئجه به شرایط آزمایش وبا افزودن وزنه های مناسب روی قاب بارگذاری اعمال می كنیم سپس میخها را بیرون می آوریم وجعبه برش را بیرون می آوریم نمونه آماده برای برش است نیروی برش به صورت افقی وبوسیله موتور الكتریكی با دور معینی اعمال می شود این نیرو بوسیله حاقه نیرو سنج وجابه جایی بوسیله گیج تغییر شكل افقی اندازه گیری می شود بارگذاری را آنقدر ادامه می دهیم تا اینكه نیروی برش ثابت بماند مادراین آزمایش از 67 kg خاك ماسه ای استفاده كردیم . سطح قاب 25 cm2می باشد بارقائم را با 5 kg آغاز می كنیم .

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 خاكهای غیر چسبنده معمولاً زمانی در حد چند ساعت لازم است. قبل از اعمال بار بعدی مقدار عقربه قرائت شده ودر برگه یادداشت می‏شود. قابل ذكر است كه تراكم پذیری دستگاه قابل صرف نظر كردن است.

 

قرار دادن نمونه داخل جعبه برش مستقیم:

پس از پایان مراحل بارگذاری نمونه در دستگاه تحكیم، بار ازای آن برداشته شده و به دستگاه برش مستقیم منتقل می‏شود. شكل نمونه ای را كه داخل جعبه برش قرار گرفته نشان می‌دهد. فلش پیچ مربوط به محور كردن نیمه های بالایی و پایینی قالب را نشان می‌دهد.

برش دادن نمونه:

برای اندازه‏گیری جابجایی افقی در طی برشی از یك گیج عقربه ای استفاده می‏شود. قدم اول در برش دادن نمونه قرائت كردن مقدار اولیه عقربه گیج های تغییرشكل افقی وعمودی است. این مقادیر روی برگه یادداشت می‌شوند. درست قبل از آغاز برش،باید پین‌های قالب را درآورد. فراموش كردن این كار باعث آسیب شدید دستگاه می‏شود. عرض جعبه‌ها به پیچهایی مجهز هستند كه یك فضای خالی بین قسمت های بالایی وپایینی قالب ایجاد می‏كند. 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:

 

A ) روش كرنش كنترل شده:در این حالت نیروی برشی به نحوی اعمال می‏شود كه نرخ جابه‌جایی كنترل شود.این امكان با استفاده از یك موتور الكتریكی و جعبه دنده مهیا می‏شود نیروی برشی توسط بار سنج یا حلقه بار نشان داده می‏شود این وسایل باید قادر باشند كه نیروی برشی را با دقت 1 % مقاومت برشی اندازه‏گیری كنند. 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.

B ) روش تنش كنترل شده: در این حالت نیروی برشی به صورت افزایشی اعمال می‏شود.یك كابل به نیمه بالایی جعبه برش متصل شده است. این كابل از طریق یك چرخ به آویز متصل شده است و بار به این آویز وارد می‏شود. با اضافه كردن وزنه به آویز نیروی برشی افزایش می‏یابد.با افزایش یافتن تغییر شكل افقی نمونه،باید وزنه‌های سبك تری به آویز اضافه نمود. وقتی كه به مقاومت برشی نمونه رسیدید،نمونه سریعاً به نیم تقسیم می‏شود.

در میان دو روش بالا روش كرنش كنترل شده متداول تر است. در طول برش نمونه خاك،داده‌های در قسمت مربوطه ثبت می‌شوند. این داده‌ها شامل قرائت های گیج های عقربه ای افقی وقائم و قرائت های حلقه بار،بارسنج یا وزنه‌ها كه برای محاسبه تنش برشی استفاده می‌شوند. سرعت آزمایش باید به قدری كم باشد كه فشار منفذی در نمونه ایجاد نشود. یعنی اگر نمونه تمایل به اتساع نشان داد،باید زمان كافی برای ورود آب به نمونه وجود داشته باشد.بالعكس اگر نمونه تمایل به تراكم نشان داد،باید زمان كافی برای خروج آب به نمونه وجود داشته باشد.برای تحقیق این امر لازم است كه زمان رسیدن به مرحله گسیختگی به صورت زیر باشد:

»در مورد ماسه تمیز با كمتر از 15 درصد ریز دانه غیر خمیری،زمان كل تا رسیدن به گسیختگی حداقل 10 دقیقه باشد.

» در ماسه لای دار حاوی بیش از 5 درصد ریز دانه غیر خمیری،زمان كل تا رسیدن به گسیختگی حداقل 60 دقیقه می‏باشد.

» در مورد لای غیر خمیری، زمان كل تا رسیدن به گسیختگی باید حدود2 تا3 ساعت باشد.

 

ویژگی‌های شاخص در پایان آزمایش:

پس از اینكه نمونه به طور كامل برش خورد، از داخل دستگاه برش بیرون آورده می‏شود. سپس درصد رطوبت نمونه تعیین می‏گردد. پس از قرار دادن نمونه در قوطی باید آنرا خرد نمود وجود ذرات درشت در آنرا بررسی كرد. این ذرات مانع برش خوردن نمونه شده ومقاومت را بالا می برند درصورت مشاهده این ذرات .باید آزمایش را با نمونه ای دیگر تكرار نمود. حداكثر اندازه ذرات در آزمایش برش مستقیم محدودیت مهمی است.

 

اشكالات آزمایش برش مستقیم :

•غیر قابل كنترل بودن شرایط زهكشی نمونه می باشد یعنی فقط می توان تنش كل را اندازه گرفت

•توزیع تنش برشی برروی صفحه گسیختگی یكنواخت نیست وگسیختگی ازطرف كناره ها به طرف مركز بوجودمی آید.

•سطح زیر برش وبارهای قائم ثابت باقی نمی ماند.

•دراین آزمایش اجازه داده نمی شود كه خاك درامتداد ضعیفترین صفحه گسیخته شود وگسیختگی اجبارأ درصفحه جدایی دونیمه فوقانی وتحتانی جعبه برش رخ می دهد .

 

محاسن آزمایش برش مستقیم:

•ساده بودن آزمایش وسهولت آماده نمودن آن می باشد .

•ساده ترین واقتصادی ترین آزمایش برای خاكهای ماسه ای خشك واشباع است .

 

موارد زیر در یک جدول درج و محاسبه می شود:

» مقدار بار

» قرائت نیروی برشی از روی گیج

» نیروی برشی kg          

» قرائت تغییر مكان افقی از روی گیج          

» تغییر مكان افقی

» قرائت تغییر مكان قائم از روی گیج

» تغییر مكان قائم

» نیروی برشی بیشینه از روی نمودار         

» مقدار  σ (kg/cm2)

» مقدار T (kg/cm2)

 

منابع خطا:

1- در خاكهای غیر چسبنده به علت وجود خاصیت جذب سطحی بین آب ودانه های خاك مقداری چسبندگی كاذب بوجود می آید اگر این چسبندگی بین .1 تا .2 باشد از آن صرفنظر می شود ولی اگر مقدار آن بیشتر باشد واز آن صرفنظر شود خطا بوجود می آید

2- سنجنده های (Gage) اندازه گیری نیرو وتغییر شكل به درستی تنظیم نشده باشند

3- عمل زهكشی به درستی صورت نگیرد

4- آزمایش كننده در قرائت گیجها اشتباه كند ویا خطای محاسباتی داشته باشد

 

دست خوردگی نمونه باعث می‏شود که زاویه اصطكاك به دست آمده كم باشد. اما اشباع نبودن نمونه و برش سریع آن باعث حصول نتایج دست بالا می‏شود. در مورد محدودیت های آزمایش برش مستقیم، استاندارد ASTM D3080-98(2000) میگوید:

در طول آزمایش برش مستقیم، چرخش تنشهای اصلی وجود دارد كه در شرایط صحرایی ممكن است وجود داشته یا نداشته باشند.

همچنین گسیختگی برش مستقیم، چرخش تنشهای اصلی وجود دارد كه در شرایط صحرایی ممكن است وجود داشته یا نداشته باشند همچنین گسیختگی ممكن است و در زمانی كه نیرو‌ها روی صفحه افقی و یا نزدیك آن در وسط بسیج شده اند روی ضعیف ترین سطح اتفاق نیفتد. موقعیت ثابت صفحه برش در آزمایش برش مزیتی برای تعیین مقاومت برشی در یك صفحه ضعیف از پیش مشخص شده ویا بررسی سطح تماس دو ماده غیرمشابه می‏باشد.

تنشها و جابجایی های برشی به طرز غیر یكنواختی در نمونه توزیع می‌شوند و ارتفاع مناسبی برای تعیین كرنش برشی وجود ندارد. سرعت كم جابجایی باعث از بین رفتن فشار آب منفذی می‏شود، ولی باعث جریان خمیری خاكهای چسبنده نرم نیز می‌شوند. باید مراقب بود كه شرایط آزمایش نماینده شرایط مورد بررسی باشد.

اگر ماسه دارای ذرات درشت شن باشد، شن می‏تواند مقاومت برشی ماسه را به طور مصنوعی افزایش دهد، چراكه معمولاً ارتفاع نمونه كم است (25/4 cm) .بنابراین محدودیت دیگر آزمایش برش مستقیم اندازه ذرات نمونه است.به عنوان مثال ASTM D3080-98 (2000) دو معیار را ارایه نموده است. مورد اول اینكه قطر نمونه باید حداقل10 برابر قطر بزرگترین دانه خاك باشد. معیار دوم اینكه ارتفاع نمونه باید حداقل 6 برابر بزرگترین دانه خاك باشد. بنابراین برای نمونه‌های معمولی كه قطری معادل 63/5mm و ارتفاع 25/4mm دارند، بر اساس معیار اول حداكثر قطر ذرات می‏تواند6/35mm و بر اساس معیار دوم معادل 4/2mm باشد. این بدان معنی است كه برای نمونه ای با قطر 63/2mm و ارتفاع 25/4mm، خاك نباید حاوی ذرات به اندازه شن باشد. با وجود این محدودیت‏ها، دستگاه برش مستقیم معمولاً مقادیر زاویه اصطكاك مؤثری با دقت مناسب به دست می‌دهد. اجرای این آزمایش نسبتاً ساده و سریع است كه مهمترین دلیل برای عمومیت این آزمایش می‏باشد.





.: Weblog Themes By Pichak :.


تمامی حقوق این وبلاگ محفوظ است | طراحی : پیچک