برنامه های درس مکانیک خاک و پی
برنامه های درس مکانیک خاک و پی شامل موارد زیر است:
در آزﻣﺎﻳﺸﮕﺎه، ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎي ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺮﺷﻲ ﺧﺎك ﺑﺎ دو روش آزﻣﺎﻳﺸﻲ ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻲ ﮔﺮدد: آزﻣـﺎﻳﺶ ﺑـﺮش ﻣﺴـﺘﻘﻴﻢ و آزﻣـﺎﻳﺶ ﺳـﻪ ﻣﺤﻮري، در اداﻣﻪ آزﻣﺎﻳﺸﻬﺎي ﻓﻮق ﺗﺸﺮﻳﺢ ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ.
اﻳﻦ آزﻣﺎﻳﺶ ﻗﺪﻳﻤﻲ ﺗﺮﻳﻦ و ﺳﺎده ﺗﺮﻳﻦ آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺮﺷﻲ اﺳﺖ. در ﺷﻜﻞ 8-4 ﺷﻜﻞ ﺷﻤﺎﺗﻴﻚ وﺳﻴﻠﻪ آزﻣﺎﻳﺶ ﻧﺸـﺎن داده ﺷـﺪه ﻛـﻪ ﺗﺸﻜﻴﻞ ﻳﺎﻓﺘﻪ اﺳﺖ از: دو ﺟﻌﺒﻪ ﺑﺮﺷﻲ ﻓﻠﺰي ﻛﻪ ﻧﻤﻮﻧﻪ آزﻣﺎﻳﺶ در داﺧﻞ آﻧﻬﺎ ﻗﺮار ﻣﻲ ﮔﻴﺮد. ﺷﻜﻞ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺧـﺎك در ﭘـﻼن، ﻣﻤﻜـﻦ اﺳﺖ ﻣﺮﺑﻊ (ﺷﻜﻞ 8-4-ب) ﻳﺎ داﻳﺮه ﺑﺎﺷﺪ. ﺿﺨﺎﻣﺖ ﻧﻤﻮﻧﻪ آزﻣﺎﻳﺸﻲ 1 اﻳﻨﭻ (25.4 ﻣﻴﻠﻴﻤﺘﺮ) و ﻣﺴﺎﺣﺖ آن در ﭘﻼن 3 ﺗـﺎ 4 اﻳـﻨﭻ ﻣﺮﺑﻊ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ. ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از وزﻧﻪ ﻫﺎﻳﻲ از ﺑﺎﻻ ﻧﻴﺮوي ﻗﺎﺋﻢ ﺑﺮ ﻧﻤﻮﻧـﻪ ﻗﺎﺑـﻞ اﻋﻤـﺎل اﺳـﺖ.
ﻣﻘﺪار ﺗﻨﺶ ﻗﺎﺋﻢ وارده ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﺪ ﺗﺎ ﻣﻘﺪار 1 ﻧﻴﻮﺗﻦ ﺑﺮ ﻣﻴﻠﻴﻤﺘﺮ ﻣﺮﺑﻊ (1000 ﻛﻴﻠﻮ ﻧﻴﻮﺗﻦ ﺑﺮ ﻣﺘﺮ ﻣﺮﺑﻊ) ﺑﺎﺷﺪ. ﻧﻴﺮوي ﺑﺮﺷـﻲ ﺗﻮﺳـﻂ وزﻧﻪ ﻫﺎﻳﻲ ﺑﺮ ﻧﻴﻤﻪ ﻓﻮﻗﺎﻧﻲ ﺟﻌﺒﻪ ﺑﺮﺷﻲ ﺗﺎ ﻟﺤﻈﻪ ﮔﺴﻴﺨﺘﮕﻲ ﻧﻤﻮﻧﻪ اﻋﻤﺎل ﻣﻲ ﺷﻮد.
ﺑﺮ ﺣﺴﺐ ﺗﺠﻬﻴﺰات ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده، آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺮﺷﻲ ﻣﻲ ﺗﻮاﻧﺪ ﺑﺎ ﻛﻨﺘﺮل ﺗﻨﺶ و ﻳﺎ ﻛﻨﺘﺮل ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺷﻜﻞ ﺑﺎﺷﺪ.
در آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺎ ﻛﻨﺘﺮل ﺗﻨﺶ، ﻧﻴﺮوي ﺑﺮﺷﻲ اﻋﻤﺎﻟﻲ ﺑﺎ اﻓﺰودن وزﻧﻪ ﻫﺎ ﺑﺎ ﮔﺎم ﻣﺴﺎوي ﺗﺎ ﻟﺤﻈﻪ ﮔﺴﻴﺨﺘﮕﻲ ﻧﻤﻮﻧـﻪ اﻓـﺰاﻳﺶ داده ﻣﻲ ﺷﻮد. ﺷﻜﺴﺖ در اﻣﺘﺪاد ﺻﻔﺤﻪ ﺟﺪاﻳﻲ دو ﻧﻴﻤﻪ ﻓﻮﻗﺎﻧﻲ و ﺗﺤﺘﺎﻧﻲ ﺟﻌﺒﻊ ﺑﺮﺷﻲ رخ ﻣﻲ دﻫﺪ (ﺷﻜﻞ 8-5). ﺑﻌـﺪ از اﻋﻤـﺎل ﻫـﺮ اﻓﺰاﻳﺶ ﺑﺎر، ﺗﻮﺳﻂ ﻳﻚ ﮔﻴﺞ ﻋﻘﺮﺑﻪ اي، ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻜﺎن ﻧﻴﻤﻪ ﻓﻮﻗﺎﻧﻲ ﺟﻌﺒﻪ ﺑﺮﺷﻲ اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﻣﻲ ﺷﻮد. ﺗﻐﻴﻴـﺮ در ارﺗﻔـﺎع ﻧﻤﻮﻧـﻪ (ﺑـﻪ ﻋﺒﺎرت دﻳﮕﺮ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺣﺠﻢ ﻧﻤﻮﻧﻪ) ﺑﺎ ﻗﺮاﺋﺖ ﻳﻚ ﮔﻴﺞ ﻛﻪ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻜﺎن ﻗﺎﺋﻢ ﻧﻴﻤﻪ ﻓﻮﻗﺎﻧﻲ را اﻧﺪازه ﻣﻲ ﮔﻴﺮد، ﺑﻪ دﺳﺖ ﻣﻲ آﻳﺪ.
در آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺎ ﻛﻨﺘﺮل ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺷﻜﻞ، ﺗﻮﺳﻂ ﻳﻚ ﻣﻮﺗﻮر اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ، ﻳﻚ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻜﺎن ﺑﺮﺷﻲ ﺑﺎ ﺳﺮﻋﺖ ﺛﺎﺑﺖ ﺑﺮ ﻧﻴﻤﻪ ﻓﻮﻗﺎﻧﻲ اﻋﻤﺎل ﻣﻲ ﺷﻮد. ﻣﻘﺪار ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻜﺎن ﺑﺮﺷﻲ ﺑﺎ ﻗﺮاﺋﺖ ﻳﻚ ﮔﻴﺞ ﻋﻘﺮﺑﻪ اي ﻛﻪ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻜﺎﻧﻬﺎي اﻓﻘﻲ را اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﻣﻲ ﻛﻨﺪ، ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻲ ﮔﺮدد. ﻧﻴﺮوي ﺑﺮﺷﻲ ﻣﻘﺎوم ﻧﻈﻴﺮ ﻫﺮ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻜﺎن ﺑﺮﺷﻲ ﺗﻮﺳﻂ ﻳﻚ ﺣﻠﻘﻪ اﻧﺪازه ﮔﻴﺮ اﻓﻘﻲ ﻗﺎﺑﻞ اﻧـﺪازه ﮔﻴـﺮي اﺳـﺖ. ﻣﺸـﺎﺑﻪ آزﻣـﺎﻳﺶ ﺑـﺎ ﻛﻨﺘﺮل ﺗﻨﺶ، ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺣﺠﻢ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺗﻮﺳﻂ ﻳﻚ ﮔﻴﺞ ﻗﺎﺋﻢ اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي ﻣﻲ ﺷﻮد. در ﺷﻜﻞ 8-6، ﺗﺼﻮﻳﺮي از دﺳﺘﮕﺎه ﺑﺮش ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﺑـﺎ ﻛﻨﺘﺮل ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺷﻜﻞ ﻧﺸﺎن داده ﺷﺪه اﺳﺖ.
ﺳﻮدﻣﻨﺪي آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺎ ﻛﻨﺘﺮل ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺷﻜﻞ در اﻳﻦ اﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﻪ وﺳﻴﻠﻪ آن ﺑﺮاي ﻣﺎﺳﻪ ﻫﺎي ﻣﺘﺮاﻛﻢ ﻫﻢ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺮﺷـﻲ ﺣـﺪاﻛﺜﺮ (در ﻟﺤﻈﻪ ﮔﺴﻴﺨﺘﮕﻲ) و ﻫﻢ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺮﺷﻲ ﻛﻤﺘﺮي ﻛﻪ ﺑﻌﺪ از ﻧﻘﻄﻪ ﮔﺴﻴﺨﺘﮕﻲ ﺑﻪ وﺟﻮد ﻣﻲ آﻳﺪ و ﺑﻪ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺮﺷﻲ ﻧﻬـﺎﻳﻲ ﻣﻮﺳـﻮم اﺳﺖ، ﻗﺎﺑﻞ ﻣﺸﺎﻫﺪه و اﻧﺪازه ﮔﻴﺮي اﺳﺖ (ﺷﻜﻞ 8-7– اﻟﻒ). در آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺎ ﻛﻨﺘـﺮل ﺗـﻨﺶ، ﺗﻨﻬـﺎ ﻣﻘﺎوﻣـﺖ ﺑﺮﺷـﻲ ﺣـﺪاﻛﺜﺮ ﻗﺎﺑـﻞ ﻣﺸﺎﻫﺪه و ﺗﻌﻴﻴﻦ اﺳﺖ. اﻟﺒﺘﻪ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻋﺪم ﭘﻴﻮﺳﺘﮕﻲ و ﭘﻠﻪ اي ﺑﻮدن اﻓﺰاﻳﺶ ﺑﺎرﮔﺬاري، ﺗﻌﻴﻴﻦ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺮﺷـﻲ ﺣـﺪاﻛﺜﺮ ﻧﻴـﺰ ﺑـﺎ ﻣﻘﺪاري ﺗﻘﺮﻳﺐ ﻫﻤﺮاه اﺳﺖ. ﺑﺎ اﻳﻦ وﺟﻮد، آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺎ ﻛﻨﺘﺮل ﺗﻨﺶ ﻣﺪل واﻗﻊ ﺑﻴﻨﺎﻧﻪ ﺗﺮي از وﺿﻌﻴﺖ ﺻﺤﺮاﻳﻲ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ آزﻣﺎﻳﺶ ﺑـﺎ ﻛﻨﺘﺮل ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺷﻜﻞ ﺑﻪ دﺳﺖ ﻣﻲ دﻫﺪ.
ﺑﺮاي ﻳﻚ آزﻣﺎﻳﺶ ﻣﻌﻠﻮم ، ﺗﻨﺶ ﻗﺎﺋﻢ را ﻣﻲ ﺗﻮان ﺑﻪ ﺻﻮرت زﻳﺮ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﻧﻤﻮد:
و ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﻲ ﻣﻘﺎوم ﻧﻈﻴﺮ ﻧﻴﺰ از راﺑﻄﻪ زﻳﺮ ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻌﻴﻴﻦ اﺳﺖ :
ﺷﻜﻞ 8-7 ﻳﻚ ﻧﻤﻮدار ﺗﻴﭗ از ﺗﻐﻴﻴﺮات ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﻲ و ﺗﻐﻴﻴﺮ ارﺗﻔﺎع ﻧﻤﻮﻧﻪ در ﻣﻘﺎﺑﻞ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻜﺎن ﺑﺮﺷﻲ ﺑﺮاي ﻣﺎﺳﻪ ﺧﺸﻚ ﻣﺘﺮاﻛﻢ و ﺷﻞ اﺳﺖ. اﻳﻦ ﻧﻤﻮدارﻫﺎ از ﻳﻚ آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺎ ﻛﻨﺘﺮل ﺗﻐﻴﻴﺮ ﺷﻜﻞ ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه اﻧﺪ. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺗﻐﻴﻴﺮات ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﻲ ﻣﻘﺎوم در ﻣﻘﺎﺑـﻞ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻜﺎن ﺑﺮﺷﻲ، ﻧﺘﺎﻳﺞ زﻳﺮ ﻗﺎﺑﻞ ﺣﺼﻮل اﺳﺖ:
1. در ﻣﺎﺳﻪ ﺷﻞ، ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﻲ ﻣﻘﺎوم ﺑﺎ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻜﺎن ﺑﺮﺷﻲ اﻓﺰاﻳﺶ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ ﺗﺎ ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﻲ ﮔﺴﻴﺨﺘﮕﻲ τf ﺣﺎﺻﻞ ﺷﻮد. ﺑﻌﺪ از آن، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺮﺷﻲ ﺑﺮاي اﻓﺰاﻳﺶ ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻜﺎن ﺑﺮﺷﻲ، ﺗﻘﺮﻳﺒﺎً ﺛﺎﺑﺖ ﻣﻲ ﻣﺎﻧﺪ.
2. در ﻣﺎﺳﻪ ﻣﺘﺮاﻛﻢ، ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﻲ ﻣﻘﺎوم ﺑﺎ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻜﺎن ﺑﺮﺷﻲ اﻓﺰاﻳﺶ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ ﺗﺎ ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﻲ ﮔﺴﻴﺨﺘﮕﻲ τ fﺣﺎﺻـﻞ ﺷـﻮد. اﻳـﻦ ﻣﻘﺪار τf، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺮﺷﻲ ﺣﺪاﻛﺜﺮ ﻧﺎﻣﻴﺪه ﻣﻲ ﺷﻮد. ﺑﻌﺪ از ﺗﻨﺶ ﮔﺴﻴﺨﺘﮕﻲ، ﺗﻨﺶ ﺑﺮﺷﻲ ﻣﻘﺎوم ﺑﻪ ﺗﺪرﻳﺞ ﺑـﺎ اﻓـﺰاﻳﺶ ﺗﻐﻴﻴـﺮ ﻣﻜﺎن ﺑﺮﺷﻲ، ﻛﺎﻫﺶ ﻣﻲ ﻳﺎﺑﺪ ﺗﺎ ﺑﺎﻻﺧﺮه ﺑﻪ ﻳﻚ ﻣﻘﺪار ﺛﺎﺑﺘﻲ ﺑﺮﺳﺪ ﻛﻪ ﺑﻪ آن ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺮﺷﻲ ﻧﻬﺎﻳﻲ ﻣﻲ ﮔﻮﻳﻨﺪ.
آزﻣﺎﻳﺶ ﺑﺮش ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﺑﺮ روي ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ از ﻳﻚ ﻧﻮع ﺧﺎك ﺑﺎ ﺗﻨﺸﻬﺎي ﻗﺎﺋﻢ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺗﻜﺮار ﻣﻲ ﺷﻮد. ﺗﻨﺸﻬﺎي ﻗﺎﺋﻢ و ﻣﻘﺎدﻳﺮ ﻧﻈﻴﺮ τf ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه، ﺑﺮ روي ﻧﻤﻮداري در ﻣﻘﺎﺑﻞ ﻳﻜﺪﻳﮕﺮ رﺳﻢ ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ ﺗﺎ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎي ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺮﺷﻲ ﺑـﻪ دﺳـﺖ آﻳـﺪ.
ﺷﻜﻞ 8-8 ﻧﺸﺎن دﻫﻨﺪة ﭼﻨﻴﻦ ﻧﻤﻮداري ﺑﺮاي 6 آزﻣﺎﻳﺶ ﻳﺎ 6 ﺗﻨﺶ ﻗﺎﺋﻢ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺑﺮ روي ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎي ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه از ﻳـﻚ ﺧـﺎك ﻣﺎﺳﻪ اي ﺧﺸﻚ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ. راﺑﻄﻪ ﺧﻂ ﻣﺘﻮﺳﻂ ﻣﺎر ﺑﺮ ﻧﻘﺎط ﺗﺠﺮﺑﻲ ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺑﻪ ﺻﻮرت زﻳﺮ ﻧﻮﺷﺘﻪ ﻣﻲ ﺷﻮد:
τf = σ tan φ
(ﺗﻮﺟﻪ ﺷﻮد ﻛﻪ ﺑﺮاي ﻣﺎﺳﻪ 0 = cو ′ σ = σاﺳﺖ) ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ زاوﻳﻪ اﺻﻄﻜﺎك داﺧﻠﻲ ﺑﺮاﺑﺮ اﺳﺖ ﺑﺎ: