آزمایش سه‌محوری (Triaxial Test) یکی از آزمایش‌های کلیدی در مهندسی ژئوتکنیک است که برای تعیین ویژگی‌های مکانیکی خاک، به ویژه مقاومت برشی و رفتار آن تحت بارگذاری‌های مختلف طراحی شده است. این آزمایش معمولاً برای خاک‌های ریزدانه (رس و سیلت) و درشت‌دانه (شن و ماسه) استفاده می‌شود.
اهداف آزمایش
1. **تعیین مقاومت برشی خاک:** یکی از اصلی‌ترین اهداف آزمایش سه‌محوری، تعیین مقاومت برشی خاک در شرایط مختلف بارگذاری است.
2. **تحلیل رفتار خاک:** بررسی رفتار خاک تحت بارگذاری‌های مختلف و تغییرات حجم و شکل آن.
3. **مدلسازی پایداری سازه‌ها:** ارزیابی پایداری شیروانی‌ها، پی‌ها و سایر سازه‌های خاکی.
انواع آزمایش سه‌محوری
1. **آزمایش سه‌محوری خشک (Unconsolidated Undrained – UU):** در این نوع، نمونه تحت بارگذاری قرار می‌گیرد بدون اینکه اجازه دهد آب از آن خارج شود.
2. **آزمایش سه‌محوری اشباع (Consolidated Undrained – CU):** در این نوع، نمونه ابتدا فشرده می‌شود و سپس تحت بارگذاری قرار می‌گیرد.
3. **آزمایش سه‌محوری غیر اشباع (Consolidated Drained – CD):** در این نوع، آب اجازه خروج دارد و نمونه به حالت پایدار می‌رسد قبل از اعمال بار.
تجهیزات مورد نیاز
– **دستگاه آزمایش سه‌محوری:** شامل محفظه فشار، سیلندر، سنسورهای فشار، و ابزارهای اندازه‌گیری جابجایی.
– **نمونه خاک:** نمونه خاک به شکل استوانه‌ای آماده می‌شود.
مراحل انجام آزمایش
#### 1. **آماده‌سازی نمونه**
– **تهیه نمونه:** نمونه خاک به صورت استوانه‌ای تهیه می‌شود. این نمونه باید نماینده خاک مورد نظر باشد.
– **تنظیم رطوبت:** در صورت نیاز، رطوبت نمونه تنظیم می‌شود.
#### 2. **نصب در دستگاه آزمایش**
– **قرار دادن نمونه:** نمونه خاک را در محفظه آزمایش قرار دهید.
– **تنظیم فشار:** فشار محوری (بار) و فشار جانبی (شامل فشار آب) به درستی تنظیم می‌شود.
#### 3. **اعمال بار**
– **بارگذاری جانبی:** فشار جانبی (با استفاده از پمپ فشار) به نمونه اعمال می‌شود.
– **بارگذاری محوری:** بار محوری به آرامی بر روی نمونه اعمال می‌شود تا نمونه به حالت شکست برسد.
– **اندازه‌گیری جابجایی:** جابجایی عمودی و افقی نمونه در طول آزمایش با استفاده از حسگرها ثبت می‌شود.
#### 4. **تحلیل نتایج**
– **شکست نمونه:** در هنگام شکست، بار محوری ثبت می‌شود و از آن برای محاسبه مقاومت برشی استفاده می‌شود.
– **محاسبه مقاومت برشی:** مقاومت برشی به صورت زیر محاسبه می‌شود:
\[
\tau = \frac{P}{A}
\]
که در آن:
– \(\tau\) = مقاومت برشی
– \(P\) = نیروی محوری
– \(A\) = مساحت مقطع
کاربردهای آزمایش سه‌محوری
– **طراحی پی‌ها:** تعیین مقاومت خاک برای طراحی و تحلیل پی‌های سازه‌ها.
– **تحلیل پایداری شیروانی‌ها:** بررسی پایداری و ایمنی شیروانی‌های خاکی.
– **مدلسازی رفتار خاک:** تحلیل رفتار خاک تحت بارگذاری‌های دینامیک و استاتیک.
نکات مهم
– **توجه به شرایط آزمایش:** شرایط آزمایش باید با شرایط واقعی زمین‌شناسی مطابقت داشته باشد.
– **کنترل کیفیت:** دقت در آماده‌سازی نمونه و انجام آزمایش بسیار مهم است تا نتایج قابل اعتماد باشند.
آزمایش سه‌محوری به مهندسان کمک می‌کند تا رفتار و مقاومت خاک را تحت بارگذاری‌های مختلف تحلیل کنند و به طراحی‌های مهندسی با کیفیت بهتری دست یابند.