۴۰

۲/۳۳

۵۰

۲/۴۳

شکل ۴-۹: افزایش زمان تثبیت تغییرشکل­ها با افزایش تنش تحکیمی
همان­طور که در شکل ۴-۹ آشکار است، با افزایش تنش تحکیمی، زمان تثبیت تغییرشکل­ها نیز افزایش یافته است، این امر را می­توان با مقدار کم­تر نشست، ناشی از فشار سربار، در تنش­های کوچک­تر، توجیه نمود (ژاکولین و همکاران، ۲۰۱۳).
آزمایش­های متعددی برای دست­­یابی به نتایج فوق انجام گرفته است. در ادامه، برخی از این آزمایش­ها، ارائه شده است. در شکل ۴-۱۰ الی ۴-۱۵، نمودارهای تحکیم مختلف برای تنش­های قائم ۳۰، ۴۰ و ۵۰ کیلو پاسکال نشان داده شده است. با توجه به تکرارپذیری مناسب آزمایش­ها، می­توان به نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش­ها، اطمینان نمود.

شکل ۴-۱۰: نمودار نشست در برابر زمان نمونه­های مختلف با تنش قائم ۳۰ کیلو پاسکال
شکل ۴-۱۱: نمودار نشست در برابر لگاریتم زمان نمونه­های مختلف با تنش قائم ۳۰ کیلو پاسکال
شکل ۴-۱۲: نمودار نشست در برابر زمان نمونه­های مختلف با تنش قائم ۴۰ کیلو پاسکال
شکل ۴-۱۳: نمودار نشست در برابر لگاریتم زمان نمونه­های مختلف با تنش قائم ۴۰ کیلو پاسکال
شکل ۴-۱۴: نمودار نشست در برابر زمان نمونه­های مختلف با تنش قائم ۵۰ کیلو پاسکال
شکل ۴-۱۵: نمودار نشست در برابر لگاریتم زمان نمونه­های مختلف با تنش قائم ۵۰ کیلو پاسکال
۴-۵- آزمایش برش مستقیم
قدیمی­ترین روش برای بررسی مقاومت برشی خاک­ها، آزمایش برش مستقیم است. این آزمایش به‌وسیله‌ی دستگاه نشان داده شده در شکل ۴-۱۶ انجام می­ شود. دستگاه شامل یک جعبه­ی بالایی ثابت و یک جعبه­ی پایینی است که می ­تواند در راستای افقی حرکت کند. نمونه، بین دو سنگ متخلخل که شرط زهکشی را در طول مرحله­ اول و دوم آزمایش برقرار می­ کند، قرار می­گیرد. صفحات تماس بین نمونه و سنگ­های متخلخل، برای جلوگیری از لغزش بین نمونه و سنگ­های متخلخل در طول آزمایش، همان­طور که در شکل نشان داده شده است، دندانه­دار می­ شود. ازآنجایی‌که زهکشی به‌آسانی قابل‌کنترل نیست، دستگاه برش مستقیم برای آزمایش­های زهکشی­شده- تحکیم­شده مناسب­تر است. ازآنجایی‌که نمونه توسط جعبه برش صلب بالایی و پایینی محدود شده است، تغییرات نمونه در طول مرحله­ اول و دوم به‌وسیله یک گیج اندازه­گیر تغییرشکل عمودی که متصل به سنگ متخلخل بالایی است، اندازه ­گیری می­ شود.
در مرحله­ اول، یک بار عمودی  بر واحد سطح، به سنگ بالایی اعمال می­ شود و به‌اندازه‌ای نگه داشته می­ شود تا بار عمودی به‌طور کامل به‌وسیله تنش­های مؤثر عمودی داخل نمونه حمل شود. این کار با قرائت گیج عمودی با زمان و تفسیر روند تحکیم همانند آزمایش اودئومتر انجام می­ شود. در مرحله­ دوم، جعبه­ی پایینی در معرض یک آهنگ ثابت از تغییرشکل افقی قرار می­گیرد و نیروی برشی افقی تحمیل‌شده بر واحد سطح (  )، به‌وسیله‌ی یک حلقه یا بارسنج که جعبه­ی بالایی را ثابت نگه می­دارد، اندازه ­گیری می­ شود. جعبه پایینی با آهنگی جابجا می­ شود که فشارهای آب حفره­ای ناشی از برش محسوسی در طول مرحله­ دوم ایجاد نشود. تغییرشکل­های ناشی از برش به‌عنوان یک تابع از جابجای افقی، با گیج تغییرشکل عمودی اندازه ­گیری می­ شود.
مزیت آزمایش برش مستقیم این است که به دلیل اینکه نمونه­های رس یا شیل معمولاً با ضخامت حدود  استفاده می­ شود، تحکیم در طول مرحله­ اول و شرط زهکشی در مرحله­ دوم به‌طور منصفانه­ و معقولی و به‌سرعت به دست می ­آید.
شکل ۴-۱۶: نمونه­ خاک در آزمایش برش مستقیم (مصری و همکاران، ۱۹۹۶)
بااین‌حال دستگاه برش مستقیم، چند اشکال ذاتی نیز دارد. در درجه­ اول این­که در ناحیه صفحه لغزش همانند روند آزمایش، توزیع غیریکنواخت کرنش­های برشی و تنش­های برشی در صفحه مستعد لغزش را داریم. موازی با این­که جا به ­جایی افقی جعبه پایینی بیش­تر می­ شود، ناحیه تماس بین نیمه بالایی و پایینی نمونه کاهش می­یابد. این مشکل در آزمایش­های برش مستقیم معمول با محدود کردن جابجایی برشی در حدود  و رسیدن به جابجایی­های بزرگ­تر با روند برش معکوس، به حداقل می­رسد. برای اجتناب از تصحیح مساحت، نتایج آزمایش برش مستقیم ممکن است برحسب نسبت  ، نیروی برشی بر واحد سطح بر نیروی عمودی مؤثر بر واحد سطح، تفسیر شود.
در یک نمونه­ برش مستقیم، گسیختگی برشی هم­زمان در همه نقاط صفحه­ی مستعد لغزش، رخ نمی­دهد. گسیختگی پیش­رونده در دو لبه شروع می­ شود و به سمت مرکز پیش می­رود (راسکو^[۹۴]، ۱۹۵۳؛ هورسلو^[۹۵]، ۱۹۶۰)؛ بنابراین مقدار حداکثر مقاومت برشی به‌وسیله نتایج آزمایش، از مقدار حداکثر واقعی کم­تر است. ازآنجایی‌که توزیع کرنش­های برشی یکنواخت نیست و ضخامت ناحیه برشی صریحاً مشخص نیست، مقدار کرنش برشی به‌عنوان یک تابع از جابجایی برشی، شناخته شده نیست. همچنین راستاهای اصلی معلوم نیست و تنش­های اصلی نمی­تواند به‌آسانی برای نمونه­ آزمایش برش مستقیم تعیین شود (هانسون^[۹۶]، ۱۹۶۱). هرچند اکثر این اشکالات ممکن است با افزایش نسبت طول در راستای برش به ضخامت نمونه، کم شود، تفسیر اصلی آزمایش­های برش مستقیم معمول، برحسب رابطه­ بین  و جابجایی برشی می­باشد.
در این پژوهش، آزمایش­های برش مستقیم متعددی بر روی نمونه­های مختلف خاک رسی در شرایط اولیه­ مختلف انجام گرفت. هدف کلی از انجام این آزمایش­ها، به دست آوردن روش صحیح و دقیق آزمایش­ها و کالیبره نمودن دستگاه و نهایتاً بررسی پارامترهای مقاومت برشی خاک­ها (چسبندگی و زاویه­ی اصطکاک داخلی) در حالت­های مختلف بود. این آزمایش­ها در ضخامت­های مختلف، میزان اشباع مختلف، مدت‌زمان تحکیم قبل از شروع برش مختلف و سرعت­های برشی مختلف انجام شده است.
۴-۵-۱- تأثیر سرعت برش در مقاومت برشی خاک­ مورد مطالعه
برای بررسی تأثیر سرعت برش در میزان مقاومت برشی خاک، آزمایش­هایی با شرایط کاملاً یکسان و سرعت­های برشی مختلف انجام گرفت. شکل ۴-۱۷ نمودار تنش-کرنش مربوط به این آزمایش­ها را نشان می­دهد. انتظار می­رود که با افزایش سرعت برش، شاهد کاهش مقاومت برشی خاک باشیم. به دلیل ریزدانه بودن خاک و پایین بودن ضریب نفوذپذیری آن، سرعت زایل شدن فشار آب منفذی ناشی از تغییرشکل­ها و تنش­های برشی خیلی پایین است. به همین دلیل باید زمان کافی برای زایل شدن این فشارها، به نمونه داده شود. با افزایش سرعت برش، زمان کافی برای اتلاف فشار منفذی به نمونه داده نشده و درنتیجه، نمونه حالت زهکشی­نشده پیدا کرده و شاهد افت مقاومت در خاک خواهیم بود.
شکل ۴-۱۷: مقایسه­ تأثیر سرعت برش بر مقاومت خاک
در شکل ۴-۱۷، منحنی تنش-کرنش مربوط به سه آزمایش در سه سرعت مختلف آمده است. منحنی­های ۱، ۲ و ۳ به­ترتیب مربوط به سرعت­های ۰/۲۵، ۰/۵۰ و ۰/۷۵ میلی­متر در دقیقه می­باشد. همان­طور که از شکل ۴-۱۷ مشخص است، با افزایش سرعت برش، شاهد کاهش مقاومت هستیم. در مورد خاک مورد مطالعه، با دو برابر و سه برابر کردن سرعت برش، کاهش ۱۱% و ۱۸% را در مقاومت­ شاهد بودیم. خلاصه­ی این نتایج در جدول ۴-۷ آمده است.
جدول ۴-۷: خلاصه­ی نتایج بررسی تأثیر سرعت برش بر مقاومت برشی خاک

شماره­­ی آزمایش

سرعت برش (mm/min)

تنش حداکثر (KPa)

کاهش مقاومت (%)

شماره­ ۱

۰/۲۵

۳۵/۲

-

شماره­ ۲

۰/۵۰

۳۱/۳

۱۱%