ارتباط بین U و را می‌توان تقریب کافی به وسیله روابط تجربی زیر بیان کرد:
برای
( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
برای
۳-۲-۲-۳ آزمایش تحکیم
خصوصیات خاک ها را، ضمن تحکیم و یا تورم یک بعدی، می‌توان با بهره گرفتن از آزمایش تحکیم تعیین نمود. در شکل ۴-۳ مقطع یک وسیله انجام آزمایش تحکیم نشان داده شده است. این دستگاه را اودومتر می‌نامند. نمونه مورد آزمایش استوانه‌های است که در داخل یک حلقه فلزی نگه داشته شده و بین دو سنگ متخلخل قرار داه می‌شود. سنگ متخلخل فوقانی که می‌تواند با فاصله آزاد اندکی در داخل حلقه حرکت کند، در زیر کلاهک بار گذاری، که توسط آن فشار به نمونه وارد می‌آید، قرار دارد. کل این دستگاه در داخل محفظه‌های حاوی آب که به آب حفره‌ای نمونه متصل است قرار می‌گیرد. حلقه‌ای که نمونه در آن قرار دارد ممکن است ثابت، صاف و صیقلی باشد تا اصطکاک جدار کمترین مقدار را داشته باشد. حلقه محدود کننده شرایط مربوط به تغییر شکل جانبی صفر را بر روی نمونه اعمال می‌کند. نسبت تنش موثر جانبی به تنش قائم برابر است که ضریب فشار خاک در حالت سکون نامیده می‌شود. میزان فشار وارد بر نمونه با بهره گرفتن از حلقه نیروسنج که بر روی کلاهک بار گذاری قرار دارد اندازه گیری می‌شود.
روش انجام آزمایش در استاندارد‌های مختلف آورده شده است. میزان فشار اولیه بستگی به نوع خاک دارد و سپس فشارهایی به ترتیب بر نمونه وارد می‌شود که مقدار هر یک از آنها دو برابر مقدار قبلی است. هر یک از فشارها معمولا برای مدت ۲۴ ساعت ( در پاره‌ای موارد استثنائی ممکن است تا ۴۸ ساعت اعمال فشار ادامه یابد) به نمونه وارد می‌شود و قرائت میزان فشار در فواصل زمانی در ضمن این مدت انجام می‌گیرد. در آخر هر یک از نوبت‌های بار گذاری، زمانی که فشار آب حفره‌ای اضافی کاملا محو می‌گردد، میزان فشار وارد بر نمونه برابر تنش موثر قائم در نمونه می‌شود. نتایج آزمایش به صورت منحنی تغییرات ضخامت (یا درصد تغییر ضخامت) نمونه و یا نشانه خلاء در انتهای هر یک از نوبت‌های بار گذاری، بر حسب تنش موثر مربوط رسم شده و ارائه می‌گردد. تغییرات تنش موثر ممکن است در مقیاس طبیعی و یا لگاریتمی رسم شود. در مواردی که لازم باشد، می‌توان میزان انبساط نمونه را تحت اثر کاهش فشارهای متوالی اندازه گیری کرد. باید انبساط نمونه در اثر برداشتن فشار نهایی از روی نمونه اندازه گیری شود. حتی اگر لازم نباشد که خصوصیات تورم خاک تعیین شود.
شکل ۳-۴ دستگاه تحکیم(ادومتر)
۳-۲-۲-۳-۱ آزمایش تحکیم با سرعت تغییر شکل نسبی ثابت
روش آزمایش استاندارد تحکیم یک بعدی وقت گیری می‌باشد. حد اقل دو روش دیگر آزمایش تحکیم یک بعدی ابداع شده است که خیلی سریع تر انجام می‌گیرد و نتایج خوب به دست می‌دهند. این روش ها عبارتند از:
آزمایش تحکیم با سرعت تغییر شکل نسبی ثابت
آزمایش تحکیم با شیب ثابت
روش آزمایش سرعت تغییر شکل نسبی ثابت به وسیله اسمیت و والس ارائه گردید. نمونه خاک در داخل حلقه ثابت دستگاه تحکیم قرار داده شده و اشباع می‌شود. برای انجام آزمایش، زهکش فقط در بالای نمونه قرار داده می‌شود. بار افزایش پیوسته‌ای به بالای نمونه وارد می‌شود.
به طوری که، سرعت تغییر شکل نسبی فشاری حاصله مقدار ثابتی می‌باشد، اضافه فشار آب حفره‌ای (حاصل از تنش افزایش پیوسته در بالای نمونه) اندازه گیری می‌شود. شکل ۵-۳ نمودار شماتیک مجموعه وسایل آزمایشگاهی این روش را نشان می‌دهد.
شکل ۵-۳ نمودار شماتیک دستگاه آزمایش تحکیم با سرعت تغییر شکل نسبی کنترل شده
برای خاک رس کلیسم مونموریونیت دیده می‌شود که در سرعت‌های بالاتر تغییر شکل نسبی، مقادیر تجربی برای یک مقدار معین به اندازه قابل توجهی از نتایج آزمایش استاندارد دور می‌شوند. این امر احتمالا ناشی از فرضیات ساده کننده است که در آزمایش تحکیم با سرعت تغییر شکل نسبی فرض شده است. به این دلیل،پیشنهاد می‌شود که سرعت تغییر شکل نسبی برای یک آزمایش معین باید طوری انتخاب شود که مقدار در انتهای آزمایش از ۰٫۵ تجاوز نکند. بعلاوه این مقدار باید به حد کافی بزرگ شود تا بتوان با دقت کافی آن را اندازه گیری کرد.
۳-۲-۲-۳-۲ آزمایش تحکیم با شیب ثابت
آزمایش تحکیم با شیب ثابت به وسیله لاو و همکاارن ابداع شد. در این روش، نمونه خاک اشباع در داخل حلقه دستگاه تحکیم قرار داده می‌شود. همانند آزمایش تحکیم با سرعت ثابت تغییرشکل نسبی، عمل زهکشی فقط از بالای نمونه انجام گرفته و فشار آب حفره‌ای در کف نمونه اندازه گیری می‌شود.
(شکل ۶-۳)
شکل ۳-۶ نمودار شماتیک آزمایش تحکیم با شیب ثابت
بار p بر نمونه وارد می‌شود که در نتیجه آن فشار اضافه آب حفره‌ای در نمونه به میزان افزایش پیدا می‌کند. (شکل۳-۷ الف) بعد از یک فاصله زمانی اندک ، اضافه فشار آب حفره‌ای در بالای نمونه برابر صفر خواهد شد (به علت این که زهکشی از بالای نمونه انجام می‌گیرد). اما، در کف نمونه اضافه فشار آب حفره‌ای تقریبا برابر باقی خواهد ماند. (شکل ۳-۷ ب). با توجه به این نکته، بار p به آرامی به طریقی افزایش داده می‌شود که اختلاف بین فشارهای آب حفره‌ای در بالا و پایین نمونه همیشه ثابت باقی می‌ماند (مثلا این اختلاف در حد ثابت باقی می‌ماند) (شکل ۳-۷ ج شکل ۳-۷ د).
شکل۳-۷ مراحل مختلف در آزمایش با شیب کنترل شده
وقتی که به مقدار مطلوب بارP رسیدیم، مثلا در زمان ، بارگذاری متوقف شده و اجازه داده می‌شود تا اضافه فشار آب حفره‌ای مستهلک شود. زمان سپری شده که در طی آن فشار آب حفره‌ای در کف نمونه به مقدار و۱ می‌رسد را یاد داشت می‌کنیم.
محاسبه ضریب تحکیم به قرار زیر باشد:
در زمان
در زمان
متذکر می‌شود که و H و معلوم هستند.
در فاصله زمانی و
مقادیر حاصل از آزمایش با شیب ثابت در بعضی جاها بین مقادیر به دست آمده از دو روش ریشه دوم زمان و لگاریتم زمان واقع می‌شود.
۳-۲-۲-۴ خصوصیات تراکم پذیری
تغییرات برای یک رس که به طور عادی تحکیم یافته، خطی است و به نام خط تراکم دست نخورده موسوم است. حین تراکم، ساختمان خاک به طور پیوسته تغییر می‌یابد و رس پس از انبساط به حال اول خود باز نمی‌گردد. این منحنی ها نشان می‌دهند که یک رس در حالت پیش تحکیمی قابلیت تراکم بسیار کمتری نسبت به همان رس در حالتی که به طور عادی تحکیم یافته باشد، دارد.
تراکم پذیری رس را می‌توان با یکی از ضرایب زیر مشخص نمود:
ضریب تغییر حجم ( ) :
که برابر میزان تغییر حجم واحد حجم به ازای افزایش تنش موثر واحد تعریف می‌شود. واحد عکس واحد فشار است یعنی است و میزان تغییر حجم ممکن است بر حسب نشانه خلاء یا ضخامت نمونه بیان شود. هر گاه برای افزایش تنش موثر از به نشانه خلاء از به کاهش می‌یابد، داریم:
(۳-۲۲)
(۳-۲۳)
میزان برای یک خاک معین مقدار ثابتی نیست و بستگی به حدود مقدار تنشی دارد که برای آن محاسبه می‌شود.
شاخص تراکم ( ) :
عبارت است از شیب بخش مستقیم منحنی که کمیتی بعدون بعد است. برای هر دو نقطه واقع بر بروی بخش مستقیم منحنی:
(۳-۲۴)
(۳-۲۵)
۳-۲-۲-۴-۱ اندازه گیری غیر مستقیم شاخص تراکم:
انجام آزمایشهای تحکیم نیاز به زمان طولانی دارد. به همین دلیل سعی شده است که شاخص تراکم ( ) به دیگر خصوصیات قابل اندازه گیری خاک مرتبط شود. با مقایسه مقادیر حد روانی و شاخص تراکم رسهای مختلف، اسکمپتن رابطه‌ای به صورت زیر به دست آورد:
ضریب به نمونه‌های دست نخورده مربوط است. شاخص تراکم حالت دست نخورده با اعمال ضریب ۱٫۳ در رابطه فوق به دست می‌آید:
