آزمایشگاه مکانیک خاک پیشرفته

معرفی:

آزمایشگاه مکانیک خاک پیشرفته دانشگاه صنعتی شریف مجهز به دستگاه­ها و تجهیزات آزمایشگاهی متنوع و پیشرفته­ ای است که برخی از آن­ها توسط پژوهشگران و دانشجویان مقطع تحصیلات تکمیلی گروه مهندسی ژئوتکنیک توسعه یافته است. هر یک از این دستگاه­ ها ویژگی­ های منحصر به فرد خود را داشته که بسته به موضوعات تحقیقاتی مرز دانش انتخاب و نیز در صورت نیاز توسعه داده می­ شود.

مهمترین تجهیزات موجود و فعال در این آزمایشگاه عبارت­ند از:

• دستگاه استوانه توخالی دینامیکی
• دستگاه سه محوری تناوبی
• دستگاه برش ساده تناوبی غیراشباع
• دستگاه سه محوری غیراشباع تمام اتوماتیک
• دستگاه ستون تشدید برش پیچشی غیراشباع
• المان خمشی در سلول سه محوری همسان غیراشباع

در ادامه مشخصات فنی، ویژگی های اصلی، کاربرد و نمونه ای از پژوهش های صورت گرفته توسط این دستگاه ها ذکر می شود.

دستگاه استوانه توخالی دینامیکی:

مشخصات فنی:

ویژگی­ های اصلی:

• کنترل همزمان چهار محور بارگذاری
• قابلیت اعمال فرکانس تا یک هرتز
• مود برش استاتیکی در حالت کنترل تنش و کنترل کرنش
• مود برش تناوبی در حالت کنترل تنش

کاربرد:

• ارزیابی اثرات ناهمسانی القائی
• ارزیابی اثرات چرخش تنش های اصلی
• ارزیابی اثرات تنش اصلی میانی
• مطالعه اثرات کنترل مستقل جهت و شدت تنش های اصلی بر رفتار تحکیمی، برش استاتیکی و برش تناوبی

برخی از پروژه­ های تحقیقاتی:

• مطالعه اثر جهت تنش اصلی و ناهمسانی اولیه بر رفتار ماسه سیلتی (کیهانی و حائری، 2013)
• مطالعه رفتار تناوبی ماسه های ناهمسان (جعفرزاده و زمانیان، 2014الف و 2014ب)
• توسعه دستگاه استوانه توخالی دینامیکی برای آزمایش های غیراشباع (حسین پور و همکاران، 2016)

دستگاه سه محوری تناوبی:

مشخصات فنی:

ویژگی­ های اصلی:

• مود برش استاتیکی در حالت کنترل کرنش
• مود برش تناوبی در حالت کنترل کرنش
• تغییر شکل برشی با نرخ ثابت
• تحکیم همسان و ناهمسان

کاربرد:

• ارزیابی مقاومت روانگرایی نمونه های اشباع
• ارزیابی مدول برشی و ضریب میرایی خاک های اشباع
• ارزیابی اثرات تنش استاتیکی اولیه بر مقاومت روانگرایی و خصوصیات دینامیکی خاک های اشباع

برخی از پروژه­ های تحقیقاتی:

• اصلاح دستگاه با الحاق پمپ جریان به منظور حذف خطای ناشی از تسلیم غشاء (حائری و همکاران، 2016 و 2018)
• اندازه گیری تغییر حجم اسکلت خاک در حین روند تحکیم با استفاده از تکنیک پردازش تصویر (حائری و همکاران، 2018)
• مطالعه تولید اضافه فشار آب حفره ای و رفتار مکانیکی ماسه سیمانی شده با کلسیت (حائری و شاکری، 2010؛ شاکری و همکاران، 2018)

دستگاه برش ساده تناوبی غیراشباع:

مشخصات فنی:

ویژگی­ های اصلی:

• شبیه سازی شرایط ناهمسانی تنش در فشار جانبی حالت سکون
• مود برش تناوبی در حالت کنترل تنش و کنترل کرنش
• تغییر شکل برشی با نرخ ثابت کرنش
• قابلیت شبیه سازی شرایط نمونه های خشک، کاملاً اشباع و غیراشباع
• قابلیت استفاده از پس فشار و کنترل پارامتر إسکمپتون B به منظور اشباع سازی نمونه

کاربرد:

• ارزیابی پتانسیل روانگرایی در شرایط بار-ثابت و حجم-ثابت
• ارزیابی مدول برشی و ضریب میرایی خاک های اشباع و غیراشباع
• ارزیابی اثرات تنش استاتیکی اولیه بر مقاومت روانگرایی و خصوصیات دینامیکی

برخی از پروژه­ های تحقیقاتی:

• مطالعه اثر درجه اشباع بر مدول برشی و ضریب میرایی ماسه (جعفرزاده و صادقی، 2009الف؛ 2009ب؛ 2012)
• مطالعه اثر تنش برشی استاتیکی اولیه بر روانگرایی ماسه (حائری و پورآقا، 2010)
• مقایسه خصوصیات دینامیکی ماسه در شرایط بار – ثابت و حجم – ثابت (جعفرزاده و صادقی، 2010)
• اصلاح دستگاه با الحاق تجهیزات روش انتقال محور و ستون آب معلق جهت مطالعه اثرات مکش بر خصوصیات دینامیکی خاک های غیراشباع (جعفرزاده و همکاران، 2013؛ 2014)
• اندازه گیری سرعت موج فشاری و برشی و خصوصیات الاستیک خاک های غیراشباع (کریم زاده و همکاران، 2016)

دستگاه سه محوری غیراشباع تمام اتوماتیک:

مشخصات فنی:

ویژگی­ های اصلی:

• کنترل مکش به روش انتقال محور
• قابلیت انجام آزمایش های کنترل مسیر تنش
• اعمال مود برشی در نسبت تنش ثابت
• اعمال مود برشی با نرخ کرنش ثابت

کاربرد:

• ارزیابی رفتار هیدرومکانیکی خاک های اشباع و غیراشباع تحت مسیرهای تنش مختلف
• ارزیابی ویژگی های مقاومتی خاک های اشباع و غیراشباع
• ارزیابی خصوصیات نگهداشت آب – خاک تحت شرایط متنوع بارگذاری و هیدرولیکی

برخی از پروژه­ های تحقیقاتی:

• توسعه دستگاه سه محوری با روش انتقال محور به منظور انجام آزمایش های کنترل مکش با قابلیت کنترل و اندازه گیری اتوماتیک همه مؤلفه های فشار و تغییر حجم (اکبری گرکانی، 2013)
• توسعه دستگاه سه محوری غیراشباع به منظور انجام آزمایش های کنترل تنش و کنترل کرنش تحت شرایط تنش ناهمسان (سلیمانی، 2015)

دستگاه ستون تشدید برش پیچشی غیراشباع:

مشخصات فنی:

ویژگی­ های اصلی:

• کنترل مکش به روش انتقال محور
• قابلیت انجام آزمایش ستون تشدید
• قابلیت انجام آزمایش برش پیچشی
• قابلیت انجام آزمایش میرایی

کاربرد:

• ارزیابی مدول برشی حداکثر و میرایی حداقل
• ارزیابی منحنی های زوال مدول برشی و میرایی با کرنش برشی
• قابلیت انجام آزمایش های اشباع و غیراشباع تحت شرایط هیدرومکانیکی مختلف

المان خمشی در سلول سه محوری همسان غیراشباع:

مشخصات فنی:

ویژگی­ های اصلی:

• کنترل مکش به روش انتقال محور
• اندازه گیری تغییر حجم با استفاده از بورت و پردازش تصویر
• قابلیت اعمال تنش متوسط خالص بالا

کاربرد:

• ارزیابی سرعت موج برشی و مدول برشی کرنش کم
• ارزیابی خصوصیات انتشار موج از نهشته های خاک غیراشباع و مشخصه بندی ژئوفیزیکی آن ها
• قابلیت انجام آزمایش های اشباع و غیراشباع

برخی از پروژه­ های تحقیقاتی:

• مطالعه آزمایشگاهی اثر فشردگی خمیری و تاریخچه تنش بر مدول برشی کرنش کم خاک های غیراشباع (خسروی و همکاران، 2017)
• ارزیابی تغییرات تنش پیش تحکیمی با مکش و اثر آن بر مدول برشی کرنش کم سیلت غیراشباع (خسروی و همکاران، 2016الف)
• مقایسه بین رفتار مدول برشی کرنش کم نمونه های سیلت و ماسه در حین هیسترزیس آبی (خسروی و همکاران، 2016ب)

مراجع:

Garakani, A. A., Haeri, S. M., Khosravi, A. & Habibagahi, G. (2015). Hydro-mechanical behavior of undisturbed collapsible loessial soils under different stress state conditions. Journal of Engineering Geology, 195, 28–41.

Garakani, A. A. (2013). Laboratory assessment of the hydro-mechanical behavior of unsaturated undisturbed collapsible soils – Case study: Gorgan loess. Doctoral dissertation, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.

Haeri, S. M., & Pouragha, M. (2010). An Insight to the Effect of Initial Static Shear Stress on the Liquefaction of Sands. Fifth International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics, Missouri University of Science and Technology, San Diego, California. Paper 6.

Haeri, S. M., Khosravi, A., Garakani A. A. & Ghazizadeh, S. (2016). Effect of soil structure and disturbance on hydromechanical behavior of collapsible Loessial soils. International Journal of Geomechanics, vol. 17, no. 1, p. 4016021.

Haeri, S. M., Garakani, A. A., Khosravi, A. & Meehan, C. L. (2014). Assessing the hydro-mechanical behavior of collapsible soils using a modified triaxial test device. ASTM, Geotechnical Testing Journal, Vol.37, No.2.

Haeri, S.M. Shahcheraghi, S.A. & Sadeghi, H. (2018). A new method for eliminating membrane compliance in cyclic triaxial tests on gravelly soils. Scientia Iranica

Haeri, S.M., Shahcheraghi, S.A. & Raeesi, R. (2016). Effect of Membrane Compliance on Anisotropic Behavior of Gravelly Soils in Cyclic Triaxial Tests. 5th International Conference of Geotechnical Engineering and Soil Mechanics, Tehran, Iran.

Haeri, S.M. & Shakeri, M.R. (2010). Effects of membrane compliance on pore water pressure generation in gravelly sands under cyclic loading. Geotechnical Testing Journal 33(5): 1-10

Hosseinpour, S., Jafarzadeh, F. & Ahmadinezhad, A. (2016). Development of Hollow Cylinder Apparatus for Unsaturated Soil Testing. Fifth International Conference on Geotechnical Engineering and Soil Mechanics, Tehran, Iran.

Jafarzadeh, F., Ahmadinezhad, A. & Sadeghi, H. (2013) Development of a cyclic simple shear apparatus for unsaturated testing (In Persian). The 1st Iranian Conference on Geotechnical Engineering, Ardebil, Iran.

Jafarzadeh, F., Ahmadinezhad, A. & Sadeghi, H. (2014). Coupled effects of suction and degree of saturation on large strain shear modulus of unsaturated sands. Unsaturated Soils: Research and Applications-Proceedings of the 6th International Conference on Unsaturated Soils, UNSAT 2014-Australia, 2, 1559-1564.

Jafarzadeh, F. & Sadeghi, H. (2009a) Investigation of sand dynamic properties at different saturation levels by a cyclic simple shear device (In Persian). 8th International Congress on Civil Engineering, Shiraz, Iran.

Jafarzadeh, F. & Sadeghi, H. (2009b). Effect of water content on dynamic properties of sand in cyclic simple shear tests. Proceedings of the International Conference on Performance-based Design in Earthquake Geotechnical Engineering (IS-Tokyo 2009), Tokyo, Japan, Paper 335.

Jafarzadeh, F. & Sadeghi, H. (2010). Dynamic properties of sand in constant-volume and constant-load tests. Fifth International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics, Missouri University of Science and Technology, San Diego, California. Paper No. 1.11a.

Jafarzadeh, F. & Sadeghi, H. (2012). Experimental study on dynamic properties of sand with emphasis on the degree of saturation. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 32(1), 26-41.

Jafarzadeh, F., & Zamanian, M. (2014a). Effect of direction of principal stress on cyclic behavior of dense sands. In Geo-Congress 2014: Geo-characterization and Modeling for Sustainability, pp. 1317-1326.

Jafarzadeh, F., & Zamanian, M. (2014b). Effects of intermediate principal stress parameter on cyclic behavior of sand. Scientia Iranica. Transaction A, Civil Engineering, 21(5), 1566.

Karimzadeh, A. A., Jafarzadeh, F. & Ahmadinezhad, A. (2016). Development of dynamic simple shear apparatus for small strain dynamic tests on unsaturated granular soils by bender element and ultrasonic sensors. Fifth International Conference on Geotechnical Engineering and Soil Mechanics, Tehran, Iran.

Keyhani, R., & Haeri, S. M. (2013). Evaluation of the effect of anisotropic consolidation and principle stress rotation on undrained behavior of silty sands. Scientia Iranica. Transaction A, Civil Engineering, 20(6), 1637.

Khosravi, A., Rahimi, M., Gheibi, A., & Mahdi Shahrabi, M. (2017). Impact of Plastic Compression on the Small Strain Shear Modulus of Unsaturated Silts. International Journal of Geomechanics, 18(2), 04017138.

Khosravi, A., Salam, S., McCartney, J. S., & Dadashi, A. (2016a). Suction-induced hardening effects on the shear modulus of unsaturated silt. International Journal of Geomechanics, 16(6), D4016007.‏

Khosravi, A., Rahimi, M., Shahbazan, P., Pak, A., & Gheibi, A. (2016b). Characterizing the variation of small strain shear modulus for silt and sand during hydraulic hysteresis. In E3S Web of Conferences (Vol. 9, p. 14018). EDP Sciences.

Shakeri, M.R., Haeri, S.M., Shahrabi, M.M., Khosravi, A. & Sajadi, A.A. (2018). An Experimental Study on Mechanical Behavior of a Calcite Cemented Gravelly Sand. Geotechnical Testing Journal 41(3).

Soleymani, S. (2015). Development of Unsaturated Triaxial Device in Order to Conduct Stress-controlled tests and Study of the Hydro-mechanical Behavior of  Collapsible Soils under Anisotropic Consolidation – Case Study: Loess of Gorgan. M.Sc. Thesis, Sharif University of Technology,Tehran, Iran.

اطلاعات تماس:

مدیر آزمایشگاه: آقای دکتر فردین جعفرزاده
کارشناس مسئول: آقای مهندس بهزاد محمدی
شماره تماس:‌ 66164260
ساعات کار آزمایشگاه: 16:00-8:00
مکان: دانشکده مهندسی عمران

فعالیت‌های آزمایشگاه: