تحليل پايداري زمين لغزش مخزن سد لتيان و تعيين عوامل محرك آن

زمين لغزش مخزن سد لتيان در اسفند ماه 1384 در فاصله 500 متري محور سد و در دامنه هاي جنوبي مخزن رخ داده است . در اثر اين لغزش، علاوه بر خسارت وارده به جاده لتيان - كلان و آسيب ديدن ساختمانهاي روي دامنه لغزشي، مقداري از مصالح وارد مخزن سد شده است . با توجه به نزديكي موقعيت زمين لغزش به محور سد و حجم قابل توجه توده لغزشي، شناخت ماهيت و رفتار زمين لغزش و تأثير عوامل محرك در كاهش خطرات احتمالي بر روي تأسيسات جانبي سد و وقوع سيل در پاييندست آن ضروري است . از اين رو با توجه به بررسي هاي صحرايي و داده هاي حاصل از گمانه هاي حفاري شده در محل لغزش، مدل دو بعدي زمين لغزش به كمك نرم افزار Slide تشكيل و نوع زمين لغزش مورد تحليل قرار گرفته است . نتايج حاصل از اين تحليل نشان مي دهد زمين لغزش مخزن سد لتيان از نوع لغزش مركب بوده و داراي دو نوع حركت انتقالي و چرخشي در طول سطح لغزش مي باشد . اين نوع لغزش و حركت ناشي از آن با خصوصيات مصالح دامنه نيز منطبق است . همچنين عامل محرك لغزش، افزايش سطح آب زيرزميني در اثر با لا بودن تراز مخزن سد و افزايش مقدار بارندگي در زمان لغزش شناخته شده است.

كلمات كليدي:

تحليل پايداري، زمين لغزش، سد لتيان

نويسند‌گان:

تحليل پايداري ديواره نهايي معدن شماره يك سنگ آهن گل گهر سيرجان

مجتمع معدني سنگ آهن گل گهر در جنوب غرب سيرجان قرار گرفته است . ذخاير سنگ آهن گل گهر از 6 توده معدني با ذخيره اي بالغ بر يك ميليارد و يكصد ميليون تن تشكيل شده، كه ذخيرة شماره يك آن به علت نزديك بودن به سطح زمين، پيش از ساير ذخاير مورد اكتشاف تفضيلي قرار گرفته و بهره برداري از آن به روش استخراج روباز آغاز شده است . در طراحي هاي اوليه، شيب سرتاسري ديواره هاي معدن در خاك 35 درجه و در سنگ 45 درجه در نظر گرفته شده است . در اين مقاله پايداري شيب ديوارة سرتاسري معدن شمارة يك گل گهر مجدداً ارزيابي شده است . به منظور تعيين پارامترهاي ژئومكانيكي توده سنگ، عمليات برداشت درزه، نمونه گيري و آزمايش بر روي نمونه ها انجام و پس از تعيين پارامترهاي ژئومكانيكي توده سنگ، پايداري ديواره هاي معدن با استفاده از نرم افزار FLAC ارزيابي شد . نتايج نشان داد كه اولاً زواياي در نظر گرفته شده در بعضي از ديواره ها قابل اجرا نبوده و بعضاً در ديوارة خاكي بايد تا 22 درجه كاهش داده شود؛ ثانياً با اعمال تمهيداتي نظير زهكشي در معدن، مي توان زاويه شيب سرتاسري را در بعضي از ديواره ها، از 22 درجه به 32 درجه افزايش داد كه باعث كاهش باطله برداري به ميزان 50 ميليون تن مي شود.

كلمات كليدي:

معدن روباز، پايداري شيب، زهكشي معادن، معدن گل‌گهر، نرم افزار FLAC

نويسند‌گان:

تحليل پايداري ديواره نهايي شرقي معدن چادرملو با استفاده از روش‌هاي تجربي، تحليلي و عددي

امروزه مبحث پايداري شيب يكي از پارامترهاي تعيين كننده در اقتصاد و ايمني معادن روباز است . اختصاص يك شيب براي كل ديواره هاي معدن با توجه به اينكه ديواره ها معمولاً از مصالح مختلف و با ساختارهاي متفاوتي تشكيل شده اند، صحيح نمي باشد . طراحي شيب پس از تعيين پارامترهاي ژئوتكنيكي ليتولوژي هاي مختلف و مشخص شدن محدوده هاي ژئوتكنيكي پيت تعيين گردد . در اين مقاله با استفاده از روش MRMR و نرم افزارهاي SlopeW 2004 و Flac 4.0 شيب بهينه براي ديواره نهايي شرقي معدن ( محدوده 1 ژئوتكنيكي ) بدست آمده است . بدين منظور با تهيه نقشه زمين شناسي و تكتونيك، حفر 5 حلقه گمانه ژئوتكنيكي و تهيه لاگ آن، آزمايش هاي مكانيكي سنگ، برداشت هاي سطحي و ... پيت معدن چادرملو به پنج محدوده ژئوتكنيكي تقسيم گرديد . ديواره نهايي شرقي معدن به صورت يك روباره ضخيم آبرفتي با عمق 30 متر بر روي كنگلومرا قرار گرفته است . بررسي ها و مطالعات صورت پذيرفته، نتايج حاصله از حفر 2 حلقه گمانه ژئوتكنيكي در اين محدوده و نتايج مدلسازي نشان داد كه در محدوده 1 شمالي شيب نهايي از 37 به 40 افزايش و در محدوده 1 جنوبي شيب نهايي از 48 به 40 درجه تقليل خواهد يافت .

كلمات كليدي:

شيب نهايي، معدن چادرملو، محدوده ژئوتكنيكي، لاگ ژئوتكنيكي گمانه‌ها

نويسند‌گان:

تحليل پايداري سه بعدي و طراحي نگهداري تونل هاي آب بر و چاههاي دريچه نيروگاه سد گتوند عليا

سد گتوند عليا از نوع سنگريزه اي با هسته رسي است كه بر روي رودخانه كارون ساخته خواهد شد . سيستم آبگير نيروگاه شامل تونلهاي آب بر بالائي و پاييني، چاه تحت فشار و تانكرهاي ضربه گير مي باشد و نگهداري آنها كه جزو تاسيسات دائمي سدها بشمار مي روند از اهميت خاصي بر خوردار مي باشد . هدف از اين تحقيق تحليل پايداري چاههاي دريچه، تونلهاي آب بر و تقاطع ايجاد شده ما بين چاه و تونل در زمان حفر اين سازه ها مي باشد . به همين منظور توده سنگهاي ساحل چپ ساختگاه سد با استفاده از روشهاي معروف طبقه بندي مهندسي سنگ RMR و Q مورد ارزيابي قرار گرفته و تخمين نگهداري صورت گرفته است . سپس با استفاده از نرم افزاز FLAC3D مدل مورد نظر با اعمال شرايط مرزي و اطلاعات ژئوتكنيكي ساخته شد . سپس كليه محاسبات در سه مرحله قبل از حفر، بعد از حفر و بعد از اعمال سيستم نگهداري انجام شد و در نهايت سيستم نگهداري بهينه براي تونلها و چاهها پيشنهاد شد .

كلمات كليدي:

FLAC3D ، تحليل پايداري ، تونل هاي آب بر،چاههاي دريچه، تقاطع، مدلسازي سه بعدي ، نيروگاه آبي گتوند عليا

نويسند‌گان:

تحليل پايداري قطعه دوم تونل انتقال آب نوسود بر اساس روش تجربي اتريشي و روش اجزاي محدود(FEM)

تونل انتقال آب دشت ذهاب بخشي از طرح تامين آب دشتهاي گرمسيري غرب كشور است . كه دراستان كرمانشاه از رودخانه سيروان ( يك كيلومتر پايين تر از روستاي هيروي ) تا دشت ازگله امتداد دارد . در هنگام حفاري تونل، حضور زونهاي برشي و ناپايدار باعث بروز خساراتي بويژه تاخير در سرعت حفاري دستگاه TBM شده است . به اين منظور انجام مطالعاتي براي تحليل پايداري توده سنگهاي مسير تونل الزامي به نظر مي رسد در اين تحقيق تحليل پايداري به كمك روشهاي تجربي ( اتريشي ) و عددي ( اجزاي محدود ) انجام يافته است . خصوصيات فيزيكي و مكانيكي توده سنگهاي مسير و نتايج حاصل از تحليل تجربي و اجزاي محدود در شرايط بحراني نشان داده است كه توده سنگهاي مسير تونل نوسود براساس درجه پايداري به چهار زون Ep1,Ep2,Kg,Ki قابل تقسيم هستند به طوري كه در زونهاي Ki و Ep1 توده سنگهاي تونل داراي پايداري نسبي مي باشند و در زون Ep2 احتمال ريزش جدي بنظر مي رسد . در زون Kg با توجه به ميزان جابجايي زياد احتمال حضور يك زون لهيده مي رود.

كلمات كليدي:

تونلسازي ، ناپايداري ، تحليل ،نوسود، اجزاي محدود، اتريشي

نويسند‌گان:

معرفی نرم افزار یودک UDEC

نرم افزار UDEC يك برنامه عددي دو بعدي مي‌باشد كه به زبان برنامه نويسي فرترن 77 نوشته شده است و براساس محاسبات لاگرانژين عمل مي كند. اين نرم افزار، از ويژگي‌هاي روش اجزا مجزا (distinct element method) پيروي مي‌نمايد و بر اساس روش حل صريح وابسته به زمان، محيط‌هاي ناپيوسته را تحليل مي‌نمايد. اين نرم افزار واكنش يك محيط ناپيوسته (به عنوان مثال سنگ تكتونيزه و شديدا درزه دار) را در برابر بارهاي استاتيكي و ديناميكي شبيه سازي مي كند. UDEC محيط سنگي را به عنوان مجموعه اي از بلوكهاي مجزا تعريف مي كند كه ناپيوستگي ها (مثل درزه ها) به عنوان شرايط مرزي بين بلوكي در آنها عمل مي كنند و جابجائي برشي در امتداد اين ناپيوستگي ها و نيز چرخش بلوكها مي تواند انجام گيرد. در اين نرم افزار امكان تعريف بلوكها بصورت صلب و تغيير شكل پذير وجود دارد. بلوكهاي تغيير شكل پذير به شبكه اي از المانهاي با تفاوت محدود تقسيم بندي شده و هر المان با رفتار تنش –كرنش خطي يا غير خطي از پيش تعيين شده اي عمل مي كنددر نرم افزار UDEC، هر بلوك مي‌تواند به صورت صلب يا دگر شكل پذير در نظر گرفته شود. بلوكهاي صلب در محيطهاي كم تنش و يا در جا‌هائي كه سنگ بكر داراي مقاومت بالا و توانايي دگر شكل پذيري كم است، به كار برده مي‌شوند. رفتار بلوكهاي صلب بدون دگرگوني در هندسه آنها تحليل مي‌شود. بلوكهاي دگر شكل پذير، به چندين بخش كوچكتر به صورت اجزاي تفاضل محدود تقسيم مي‌شوند. در اين حالت رفتار اجزا بر اساس قوانين تنش-كرنش خطي بيان مي‌شود و حركت نسبي ناپيوستگي‌ها نيز تحت تأثير روابط نيرو- جابجايي خطي يا غير خطي وابسته به حركت در جهات قائم و برشي گسترش مي‌يابد. UDEC داراي چند مدل رفتاري براي مواد دست نخورده و ناپيوستگي ها مي باشد كه مدلسازي ناپيوستگي ها را با شرايط موجود زمين شناسي وفق مي دهد. نرم افزار UDEC كارآيي بالايي از نظر دنبال نمودن روند رفتارهاي خطي و يا غير خطي بلوكهاي سنگي و ناپيوستگي‌ها دارد و از نظر تركيب مسائل هيدروليكي يا حرارتي با مسائل مكانيك سنگي توانايي بسيار بالايي را دارد. بوسيله "لاگرانژ" كه به خوبي با حركات و جابجايي‌هاي بزرگ در يك سيستم بلوكي سازگار است. UDEC براساس محاسبات لاگرانژين پايه گذاري شده است كه براي تغيير شكلها و جابه جائيهاي بزرگ مورد استفاده قرار مي گيرد. اين نرم افزار با سرعت محاسبه بالا براي مدلهايي با چند هزار بلوك طراحي شده است و حل مسايل در آن با پيشرفت در پله هاي زماني صورت مي گيرد. نسخه سه بعدی اين نرم افزار تحت عنوان 3DEC مي باشد كه توانايي حل مسايل تحليلي سه بعدي را نيز فراهم ساخته است.

آخرین نسخه این نرم افزار نسخه 5 می باشد که دارای محیطی گرافکی بوده و نسبت به نسخه های قبل که تحت سیستم عامل DOS بوده بسیار دگرگون شده است.

حفاري مکانيزه و  انتخاب TBM در سنگ

 مقدمه

روش حفاري با TBM يک سرمايه­گذاري زياد با قابليت انعطاف­پذيري بسيار کم است ولي به طور بالقوه روشي بسيار سريع براي حفاري و نگهداري تونل در سنگ قلمداد مي‌شود.

TBMها براي حفاري تونلي با مقطع دايره­اي شکل کاربرد دارند و در نصب نگهداري موقت و پوشش نهايي تونل نيز سطح بالايي از مکانيزاسيون را از خود نشان مي­دهند. به علت فرايند حفاري مکانيکي، اين روش حفاري موجب کاهش آشفتگي در سنگ شده  و پروفيل دقيقي از تونل را ايجاد مي­کند.

حفر تونل با TBM

• مزايا

-         کاهش سطح مقطع براي تونل­هاي آب؛

-         حفاري سريع و کاهش زمان احداث؛

-         سطح حفاري صاف­تر با پايداري بيشتر؛

-         کاهش هزينه­هاي نگهداري سنگهاي مجاور تونل به واسطه سست شدگي6 کم­تر؛

-         کاهش بيش شکستگي؛

-         کاهش ارتعاشات به علت عدم استفاده از آتشباري و متعاقبا کاهش تاثير بر روي سازه­هاي مجاور؛

-         محيط کاري ايمن تر به علت عدم به کارگيري مواد خطرناکي مانند مواد منفجره براي حفاري تونل؛

-         قابليت کنترل از راه دور و اتوماسيون به سبب پيوستگي عمليات.

• معايب

-       هزينه سرمايه­گذاري بالا؛

-       زمان ساخت و تحويل ماشين جديد، زياد است؛

-       تجهيزات، زمان و هزينه مصرف زياد؛

-       ريسک زمين شناسي بالا با توجه به نرخ پيشروي، مصرف برش دهنده­ها و هزينه­ها؛

-       انعطاف­پذيري کم در برخورد با شرايط مختلف زمين؛

-       ريسک خرابي ماشين در اثر شکست ياتاقان اصلي؛

-       افزايش سريع هزينه‌هاي تونلسازي در نواحي خرد شده و مشکل­آفرين؛

-       نرخ پيشروي کم در سنگ­هاي بسيار قوي و يا بسيار ضعيف.

 انتخاب TBM

دامنه کاربرد TBMها به علت شرايط پيچيده زمين­شناسي بسيار محدود مي­باشد و لذا بايد با بررسي‌هاي دقيق و همه جانبه شرايط ماشين و زمين، انتخاب شوند. در سال­هاي اخير TBMها از نظر جنبه­هاي مکانيکي (نيروي محوري و گشتاور)  و خصوصا از لحاظ توانايي حفاري در سنگ سخت، پيشرفت­هاي چشمگيري داشته­اند و از لحاظ مقاومت فشاري سنگ، قابليت کار در شرايط وسيع زمين شناسي از سنگ نرم تا سخت را کسب کرده­اند. همچنين توسعه برش­دهنده­هاي غلتکي با قطر بزرگ­تر و مقاومت بيشتر در برابر سايش، توانايي TBMها را براي حفاري در سنگ سخت افزايش داده است.

انتخاب TBM مناسب بايد به گونه­اي باشد که بتواند در شرايط نامطلوب و غيرمترقبه نيز حفاري تونل را با عملکرد قابل قبولي ادامه دهد. شرايط نامطلوب در تونلسازي با TBM ممکن است از طريق توده­­هاي سنگي ضعيف که منجر به ناپايداري ديواره و يا سينه‌کار تونل مي­شود و يا به وسيله توده­هاي ­سنگي با کيفيت بسيار خوب (توده سنگ توده­اي و قوي) که باعث کاهش نرخ پيشروي مي­شود، اتفاق بيفتد. بنابراين معمولا TBMها بر اساس شرايط زمين، طراحي، ساخته و انتخاب مي­شوند که اين شرايط شامل سنگ سخت، زمين نرم و و بعضا سينه کاري با زمين مرکب است. TBMهاي مورد استفاده جهت حفاري در سنگ هاي سخت محدوديت اجرا و اعمال نيروي محوري را دارند، زيرا نيروي محوري بيشتري براي نفوذ در اين نوع سنگ ها لازم است؛ از طرف ديگر در زمين­هاي نرم،TBM ها بيشتر محدوديت اعمال نيرو دارند. زيرا نيروي غلتش بالاتري براي نفوذ عميق براي سطح مشخصي از نيروي محوري، لازم است. در زمين­هاي نرم با سينه کار مرکب، TBMها نمي­توانند هميشه کارايي مناسبي داشته باشند، زيرا ارتعاشات کله حفار و ناپايداري سينه کار مانع آن مي­شود.

TBMها اغلب به خاطر داشتن نرخ پيشروي بيشتر نسبت به روش­هاي سنتي از لحاظ هزينه­اي تنها براي حفر تونل هايي با طول زياد به کار مي­روند. ارائه حداقل طول تونل، عملا ممکن نيست و به عوامل­ بيشماري که خاص هر پروژه است بستگي دارد. ولي به طور کلي استفاده از TBM از طول تقريبا 2 کيلومتر آغاز مي شود که بستگي به قطر ماشين دارد. 

در زير به برخي از مهمترين عوامل زمين‌شناسي و ژئومکانيکي موثر بر انتخاب TBM اشاره شده است:

-       مقاومت سنگ

-       شرايط درزه و لايه­بندي

-       شرايط آب

-       وجود گسل

-       شرايط مچاله­شوندگي

TBMها براي حفاري سنگ­هايي با مقاومت متوسط تا زياد (mm²/ N300-50) مناسب هستند. به شرط اينکه سنگ سايندگي زيادي نداشته باشد؛ زيرا افزايش سايندگي سنگ که بيشتر ناشي از کاني‌هايي با درجه سختي بالا است (مانند کوارتز)، منجر به فرسايش ابزارهاي برش­دهنده خواهد شد. همچنين سيستم پشتيباني TBMها بايد در هر شرايطي که در طول مسير تونل اتفاق مي­افتد، توانايي کار را داشته باشد.

1-   مقدمه

روش‌های مختلف آزمایشگاهی و صحرایی برای تعیین پارامترهای مقاومتی خاک وجود دارد. آزمایش‌های صحرایی در مقایسه با انواع آزمایشگاهی، به دلیل آنکه در شرایط طبیعی و واقعی زمین، هم از نظر اندازه، جهت و نحوه توزیع تنش‌های موجود و هم از نظر ناهمگنی­های ساختی و بافتی خاک­­ها و سنگ­ها انجام می­شوند، ارزیابی دقیق­تری از شرایط زمین را دارند. پرسیومتری یا فشارسنجی یک آزمایش برجا بوده که کاربرد وسیعی در انواع متعددی از سنگ‌های ضعیف و خاک‌ها دارد.

2-     آزمایشپرسیومتری و جایگاه آن

کوگلر و شیدیگ در سال ۱۹۳۰ دستگاه پرسیومتر را به کار گرفتند. در سال ۱۹۵۷ منارد با تکمیل این دستگاه کاربرد آن را توسعه بخشید به گونه‌ای که اکنون دستگاه پرسيومتر از وسايل مهم در آزمايش‌های برجا به شمار می‌آيد. نکته‌ی جالب توجه در آزمايش پرسيومتری، اندازه‌گيری توأم پارامترهای تغييرشکل و مقاومت می‌باشد. اساس کار بر انبساط يک استوانه بلند غشايی که در داخل گمانه قرار گرفته و می‌توان ÷ فشار وارده و بنابراين تغيير حجم (و يا تغيير شعاع) غشاء را در حين پيشرفت آزمايش اندازه‌گيری کرد، استوار است. از ویژگیهای مهم این آزمایش ارتباط بین خصوصیات مقاومتی و خصوصیات تغییر شکل‌پذیری خاک می‌باشد. به بیان دیگر، یکی از نتایج آزمایش پرسیومتر، بدست آوردن منحنی فشار- تغییر حجم است.

پارامترهای زیادی از خاک بر اساس نتایج آزمایش پرسیومتری قابل اندازه‌گیری یا مقایسه با سایر آزمایش‌ها هستند. اندازه‌گیری‌هایی که با آزمایش پرسیومتری انجام می‌شود به لحاظ مکانیزم بارگذاری انطباق بیشتری با بارگذاری‌های وارده بر توده خاکی دارد.

 مدول تغییرشکل و پارامتر مقاومتی جزء مهمترین ویژگی­های خاک­ها و سنگ­ها است که مقدار نشست زمین در اثر بارگذاری را تعیین می­کند. هر چه قدر میزان پارامترها دقیق­تر باشد محاسبات انجام شده از جمله تعیین ظرفیت باربری و کنترل نشست با دقت بالایی صورت گرفته و ضریب ایمنی سازه مورد نظر بالا خواهد رفت. به طورکلی پرسیومتر از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

• واحد کنترل، که انبساط و فشار غشا را اندازه گیری می کند،
• محفظه ی استوانه ای انعطاف پذیر (سوند) که با فشار سیال درون آن، باد می کند،

• لوله های رابط بین واحد کنترل و محفظه

3-    انواع پرسیومتر

اختلاف اصلی بین پرسیومترها بر نحوه ی قرار گیری آنها در گمانه می باشد. پرسيومترهای متداول شامل پرسيومترهای رانشی[1] ، پرسيومترهای خودحفار[2] و پرسيومترهای پیش حفاری شده[3] می‌باشند.

آزمایش فشاری ساده (تک محوری)  Unconfined Compression

هدف از آزمایش:

هدف از این آزمایش،اندازه گیری تقریبی مقاومت برشی یک خاک چسبنده می باشد.

وسايل آزمايش :

گريس + قوطي درصد رطوبت + چكش لاستيكي+ قالب وادوات تهيه نمونه تك محوري + الك نمره40 + خاك خشك به ميزان لازم ريزدانه چسبنده + آبفشان + گرمخانه + ترازو با دقت 0.1 + ويسكاتور

تئوری آزمایش:

مقاومت برشی خاکهای چسبنده از دو نوع مقاومت اصطکاکی ومقاومت چسبندگی ناشی می شود. مقاومت اصطکاکی تابع نیروهای وزنی است که بیشتر در خاکهای دانه ای به چشم می خورد و مقاومت چسبندگی تابع نیروهای سطحی است، باید توجه داشت که چسبندگی خاک یک پارامتر ثابت نبوده، تابعی از بارمنتقل شده توسط سازه خاک است، همچنین بستگی به بارهای بین دانه ای وچگونگی انجام آزمایش دارد. درحالی که هیچ بار جانبی به نمونه وارد نشود، چسبندگی به عنوان مقاومت برشی خاک مطرح می گردد.

آزمایش فشار تک محوری نوع ویژه ای از آزمایش برش سه محوری است. این آزمایش تعیین مقاومت فشاری یک استوانه خاک بدون هیچ بار جانبی است و مشابه آزمایش سه محوری تحکیم یافته زهکشی نشده و از آن میتوان برای تعیین چسبندگی  درخاکهای رسی استفاده کرد.

 مقاومت فشار تک محوری                                           

درنمونه های رسی اشباع، مقاومت نهایی با افزایش درصد رطوبت خاک کاهش می یابد. درخاکهای غیر اشباع نیز در صورتی که وزن مخصوص خشک خاک ثابت بماند، این مقاومت با افزایش درجه اشباع اندکی کاهش می یابد.

آزمایش فشاری تک محوری این مزیت را نسبت به آزمایش برش مستقیم دارد که تنش وکرنش ها به شکل یکنواخت درآن ایجاد می شود. همچنین سطح شکست، درضعیفترین قسمت رسی اتفاق می افتد.

تهیه نمونه :

شرایط تهیه نمونه باید منطبق بر واقعیت باشد،بدین مفهوم که درصورتی که شرایط واقعی اعمال بار بر نمونه دست نخورده باشد (نظیر پی یک سازه ) باید حتی المقدور نمونه دست نخورده تحت آزمایش واقع باشد ودر صورتی که نمونه ای از یک خاکریز تحت آزمایش است ،باید نمونه دست خورده با همان شرایط رطوبت وتراکم تهیه وآزمایش شود.این آزمایش بیشتر در مورد نمونه های دست نخورده کاربرد داردو محدود به خاکهایCL-ML,MH,ML,CH,CL می باشد.

تهیه نمونه دست خورده:

در این مورد می توان از نمونه های دست نخورده شکسته شده یاازخاک دست خورده استفاده کرد.درحالت اول نمونه در یک غشاء لاستیکی پیچیده شده، آنقدر ورز داده می شود تا کاملاً همگن گردد، به طوری که ازمحبوس شدن هوا در بین دانه های خاک جلوگیری شده ،درصد رطوبت طبیعی نمونه حفظ شود . درحالت دوم خاک در قالب مخصوص استوانه ای متراکم می شود. سپس دو انتهای نمونه کاملاً صاف می شود به طوری که به محور نمونه عمود باشد.بعد از آن قالب باز شده نمونه خارج می شود.

روش آزمایش:

همانند سایر آزمایشهای مقاومت برشی ،دراینجا نیز از هردو روش کرنش کنترل شده وتنش کنترل شده به کار می روند. روش ارائه شده برای حالت کرنش کنترل شده است.

1. نمونه را در جایگاه مخصوص خود در دستگاه آزمایش قرار می دهیم ،به طوری که محور عمودی آن نزدیک مرکز بارگذاری درصفحه بارگذاری باشد.اگر راستای نمونه بر صفحه های دستگاه عمود نباشد،خیلی زود منحنی تنش – کرنش به حالت افقی خود نزدیک می شود. برای تماس مطمئن تر می توان بار 5/0 کیلوگرم بر نمونه وارد کرد . این بار اولیه در نمونه یک تغییر مکان اولیه ایجاد می کند که باید در ابتدای آزمایش تصحیح شود.
2. گیج اندازه گیری بار وتغییر مکان را روی صفر تنظیم می کنیم .سپس بارگذاری را با آهنگ کرنش 5/0 تا 2 درصد در دقیقه اعمال می کنیم.
3. قرائتهای بارگذاری را دردرصد کرنشهای زیر اندازه گیری نمایید.

 20,18,16,14,12,10,8,6,5,4,3,2,1,0.5,0.2,0.1,0

  4. فشار همچنان بر نمونه اعمال می شود تا آنکه ترک در نمونه ظاهر شود یا آنکه منحنی تنش –کرنش از مقدار بیشینه خود عبور کند. در واقع قرائتها تا جایی که یکی از سه حالت زیر اتفاق افتد ادامه می یابد:

• بار در نمونه کاهش یابد.
• بار برای 4 قرائت یکسان شود.
• تغییر مکان تا 15 درصد (یا 20 تا 25 درصد) ادامه پیدا کرده باشد.

5. نمونه گسیخته شده را در اتاق مرطوب برده ،زاویه ترک را باافق اندازه می گیریم (باید توجه داشت که این زاویه بلافاصله پس از ایجاد ترک خوانده شود). نمونه گسیخته شده را به دقت بررسی می نماییم. این مشاهده در تهیه اطلاعات وارائه بهتر نتایج به ماکمک کی کند. نمونه را وزن کرده ،بعد از خشک کردن کامل آن در گرمخانه ،درصد رطوبت آن را به دست           می آوریم.

محاسبات:

محاسبات را بر اساس کرنش وتنشهای محوری انجام می دهیم ومقدار تنش نهایی () از روی منحنی های تنش – کرنش به دست می آید.

کرنش محوری از رابطه زیر به دست می آید:                

: تغییر طول نمونه خوانده شده از کرنش سنج

: طول اولیه نمونه

تنش لحظه ای را می توان از رابطه زیر به دست آورد:               

P: بار روی نمونه در لحظه قرائت

A: سطح مقطع نمونه در لحظه قرائت P

تعیین مقدار دقیق سطح مقطع در هر لحظه مهم است . سطح مقطع در هر لحظه را می توان با ثابت در نظر گرفتن حجم نمونه به دست آورد. در لحظه شروع آزمایش حجم نمونه عبارت است از:

بعد از تغییر طول نمونه ،حجم نمونه عبارت است از:                     

با تساوی این دو رابطه مساحت سطح مقطع واقعی در هر لحظه عبارت است از :

تنش برشی بیشینه  نصف تنش فشاری  است واز رابطه زیر به دست می آید:

(P ) نیروی فشاری = فاکتور کالیبراسیون نیروسنج * (قرائت اولیه نیروسنج – قرائت فعلی نیروسنج )

درصورتی که مقاومت اوجی وجود نداشته باشد ،مقاومت درکرنش حدود15% تا20% به عنوان مقاومت اوج فرض می شود وشیب قسمت اول منحنی تنش – کرنش به عنوان مدول الاستیسیته اولیه تغییر شکل محایبه می گردد.می توان از مدول سکانت که شیب خط راستی است که از مبداء به هر نقطه ازمنحنی وصل می شود استفاده کرد.

 تئوري آزمايش:

مطالعات نشان داده است که سختي سنگ ها با مقاومت فشاري تک محوري و مدول کشساني سنگ ها در ارتباط است در واقع سختي يكي از مفاهيم رايج است كه براي توصيف رفتاري سنگها بكار مي رود. سختي تابعي از عوامل ذاتي چون نوع كاني ها، ابعاد دانه ها، چسبندگي مرزي كاني ها، مقاومت و رفتار الاستيك و پلاستيك سنگ مي باشد. تركيب و اندركنش اين عوامل،  تعيين كننده سختي يك سنگ است.  روش هاي متعددي براي تعيين سختي سنگ پيشنهاد شده است كه يكي از اين روشها بكارگيري وسيله اي به نام چكش اشميت است. كه معروف به آزمايشهاي واجهشي يا ديناميكي است. در اين دسته از آزمايش ها از يك چكش يا وزنه براي ضربه زدن به سطح سنگ استفاده مي شود و ارتفاع واجهش وزنه مقياسي براي سنجش سختي است. هرگونه رفتار پلاستيك يا تغيير شكل بر اثر ضربه، انرژي الاستيك  واجهش چكش را كاهش مي دهد.