آزمایش سه‌محوری خاک (Triaxial Compression Test)
1. تعریف
آزمایش سه محوری خاک روشی آزمایشگاهی است برای تعیین خواص مقاومتی و تغییرشکلی نمونه‌های خاک تحت شرایط بارگذاری کنترل‌شده. در این آزمون، نمونه خاک در یک غلاف لاستیکی در داخل سلول فشار قرار داده شده و تحت تنش‌های سه‌گانه (σ₁, σ₂, σ₃) آزمایش می‌شود؛ به‌طور معمول σ₂ و σ₃ برابرند و فشار جانبی یکنواخت اعمال می‌شود.
2. اهداف و کاربردها
- تعیین پارامترهای مقاومت برشی: c (چسبندگی) و φ (زاویه اصطکاک داخلی)
- ارزیابی رفتار خاک تحت بارگذاری زهکشی‌شده و زهکشی‌نشده
- بررسی پایداری شیب‌ها و دیواره‌ها
- طراحی پی‌ها، سدهای خاکی، دیوارهای حائل
- مطالعه تغییر حجم و تحکیم خاک
3. انواع آزمون سه‌محوری
بر اساس شرایط زهکشی:
- CD (Consolidated Drained)نمونه تحت فشار جانبی ثابت تحکیم می‌شود و سپس بارگذاری فشاری با زهکشی کامل انجام می‌شود. مناسب خاک‌های دانه‌ای.
- CU (Consolidated Undrained)تحکیم انجام شده ولی در مرحله بارگذاری زهکشی بسته است. پارامترها در شرایط کوتاه‌مدت سازه‌ها کاربرد دارند.
- UU (Unconsolidated Undrained)بدون تحکیم و زهکشی، بارگذاری سریع. مناسب بررسی شرایط اضطراری و اشباع لحظه‌ای. قیمت سه محوری خاک
4. تجهیزات اصلی
- سلول سه‌محوری – محفظه فشار آب/روغن که نمونه در آن قرار می‌گیرد.
- غلاف لاستیکی (Membrane) – جداسازی نمونه از سیال داخل سلول.
- پمپ فشار جانبی – اعمال فشار σ₃.
- سیستم بارگذاری عمودی – اعمال تنش محوری σ₁.
- سنسورهای جابجایی (LVDT) – ثبت تغییر طول نمونه.
- سنسور فشار منفذی (Pore Pressure Transducer) – اندازه‌گیری فشار آب داخل حفرات خاک.
- سیستم کنترل و ثبت داده – دستی یا دیجیتال.
5. استانداردهای مرتبط
- ASTM D4767 – آزمون سه‌محوری CU برای خاک‌های ریزدانه.
- ASTM D2850 – آزمون UU برای خاک‌های چسبنده.
- BS 1377 Part 8 – روش‌های سه‌محوری در بریتانیا.
- ISIRI 1919 – استاندارد ملی ایران برای آزمون سه‌محوری.
- ISO/TS 17892-9 – روش سه‌محوری زهکشی‌شده.
- تولید کننده سه محوری خاک
6. روش انجام آزمون (خلاصه)
- آماده‌سازی نمونه (ابعاد معمول: قطر 38 mm، طول 76 mm یا مقیاس بزرگ‌تر)
- نصب نمونه در غلاف لاستیکی و قرار دادن در سلول
- اشباع‌سازی با روش B-check و فشار آب منفذی
- تعیین فشار جانبی σ₃ و شروع مرحله تحکیم (در آزمون‌های CD و CU)
- بارگذاری محوری با نرخ تغییر شکل ثابت تا شکست
- ثبت تنش‌ها، کرنش‌ها و فشار منفذی
- ترسیم منحنی σ₁ – σ₃ و تعیین τ، φ، c از تحلیل موهر
7. تحلیل داده‌ها
- دایره موهر (Mohr’s Circle) برای تعیین سطح شکست
- زاویه اصطکاک داخلی φ از شیب خط شکست
- چسبندگی c از عرض از مبدأ خط شکست
- بررسی تغییر حجم: کاهش حجم (تراکم)، افزایش حجم (انبساط)
8. نکات نگهداری دستگاه سه‌محوری
- کالیبراسیون سنسور فشار و LVDT هر 6 ماه
- بررسی سلامت غلاف لاستیکی و عدم نشتی سیال
- تمیزکاری سیستم هیدرولیک/پنوماتیک
- کنترل دمای آزمایشگاه برای پایداری نتایج
- خرید سه محوری خاک
9. تولیدکنندگان رایج
- Controls Group, Matest (ایتالیا)
- ELE International (بریتانیا)
- برندهای داخلی: دیبا، پکو، پارسلاب