آزمایش سه محوری Triaxial Test
هدف : تعیین مقاومت برشی خاک
تئوری آزمایش : این آزمایش متداولترین آزمایش مقاومت برشی است و برای هر نوع خاکی مناسب است . آزمایش سه محوری این برتری را دارد که طی آن شرایط زهکشی قابل کنترل است .
برای انجام این آزمایش معمولاً از نمونه های استوانه ای شکل ، که نسبت طول به قطر آنها در حدود 2 می باشد ، استفاده می شود و نمونه ها بطوری که در شکل دیده می شود تحت تنش با حالت تقارن محوری قرار می گیرند .
در این آزمایش نمونه بر روی یک پایه دایره ای شکل قرار می گیرد که در داخل پایه مجرایی به منظور زهکشی و یا اندازه گیری فشار آب منفذی تعبیه شده است . یک استوانه از جنس پروپکس ( فایبرگلاس ) که به طور آب بندی شده مابین یک حلقه و یک سرپوش دایره ای شکل قرار می گیرد ، محفظه آزمایش را تشکیل می دهد .
سرپوش دارای یک سوراخ مرکزی است که سنبه بارگذاری از میان آن می گذرد . استوانه آزمایش و کلاهک فوقانی بر روی پایه محکم شده و توسط یک حلقه پلاستیکی آب بندی می شود . نمونه مورد آزمایش بر روی یک صفحه دایره ای شکل متخلخل و یا یکپارچه ، که بر روی پایه وسیله آزمایش مستقر است قرار می گیرد . بر روی نمونه کلاهک بارگذاری ، قرار دارد و نمونه توسط یک غشاء لاستیکی آب بندی شده است . آب بندی غشا لاستیکی به پایه و کلاهک بارگذاری ، با استفاده از حلقه های تحت کشش انجام می شود . برای تامین استقامت نمونه ، هنگامی که قالب برداشته می شود و موقع اعمال فشار جانبی ، فشار منفذی وارد می شود . برای زهکشی نمونه از قسمت بالای آن ، ممکن است از یک لوله پلاستیکی ارتجاعی که کلاهک بارگذاری را به پایه محفظه وصل می کند ، استفاده نمود . قسمت بالایی کلاهک بارگذاری و انتهای تحتانی سنبه بارگذاری دارای محل های استقرار مخروطی شکل هستند و بار توسط یک کره فلزی که بین آنها قرار دارد منتقل می شود نمونه واقع در داخل محفظه ، تحت فشار جانبی که از طریق مایعی به آن وارد می شود قرار می گیرد و پس از آنکه در صورت لزوم تحت تحکیم قرار گرفت مقدار تنش محوری وارد بر نمونه که توسط نیروی فشار وارد بر سنبه بارگذاری تامین می گردد ، و به تدریج افزایش داده می شود تا نمونه گسیخته شود ، گسیختگی نمونه معمولاً در امتداد یک سطح قطری انجام می شود . سیستمی که به منظور وارد نمودن فشار جانبی بکار می رود باید قادر به جبران فشاری که در اثر نشت محفظه و یا تغییر حجم نمونه و یا تغییر حجم نمونه بوجود می آید باشد . در آزمایش سه محوری ، تحکیم نمونه در اثر افزایش های برابر تنش عمود بر انتهای نمونه و سطح جانبی آن انجام می گیرد . تحت این شرایط تغییر شکل نسبی جانبی نمونه در ضمن تحکیم برابر با صفر نیست . محو فشار آب حفره ای در نمونه در اثر زهکشی ، توسط صفحات متخلخل واقع در زیر نمونه انجام می شود آب زهکشی شده در یک لوله شیشه ای مدرج جمع می شود لذا می توان میزان آب خارج شده از نمونه را اندازه گیری کرد . با این فرض که سطح آب در لوله شیشه ای مدرج همان سطحی است که آب موجود در مرکز نمونه دارد ، سطح مبنای سنجش فشار آب اضافی همین فشار جو خواهد بود . ممکن است از کاغذ صافی که در دور نمونه قرار داده شده و در تماس با صفحه های متخلخل خواهد بود استفاده شود . در این حالت هم زهکشی قائم و هم زهکشی شعاعی انجام می شود و لذا سرعت محو فشار آب منفذی اضافی افزایش می یابد .
چون بر روی سطح نمونه تنش برشی وجود ندارد ، فشار جانبی برابر با تنش اصلی کوچک و جمع فشار جانبی و تنش محوری وارد برابر با تنش اصلی بزرگ است . بنابراین تنش فشاری محوری وارد بر تفاوت تنش اصلی موسوم است .
برای محاسبه تفاوت تنش اصلی باید توجه داشت که سطح مقطع متوسط نمونه در طول آزمایش ثابت نمی ماند اگر سطح مقطع اولیه نمونه برابر A 0 فرض گردد رابطه زیر برقرار است .