آزمایش برش مستقیم

آزمایش برش مستقیم

مقدمه

همانطور که قبلاً عنوان گردید. مقاومت برشی خاک غیرچسبنده را می‌توان با رابطه (۸-۲) به دست آورد. در بخش قبل مقادیر نمونه زوایای اصطکاک مؤثر خاک غیر چسبنده ارایه شد(جدول ۱-۸) و روش‌های غیر مستقیم تعیین <!--[if !vml]--><!--[endif]--> ازآزمون‌های نفوذ استاندارد، نفوذ مخروط ویا بر اساس طبقه بندی و ویژگی‌های شاخص معرفی شوند. در این بخش روش تعیین مقاومت برشی خاکهای چسبنده بر اساس آزمونهای آزمایشگاهی توصیف خواهند شد. مرسوم ترین آزمون آزمایشگاهی توصیف خواهند شد. مرسو ترین آزمون آزمایشگاهی برای تعیین زاویه اصطکاک مؤثر روش برش مستقیم است.

آزمون برش مستقیم که اولین بار در سال ۱۷۷۶ توسط Coulomb استفاده شد قدیمی ترین آزمایش برش است. این آزمایش همچنین متداول ترین روش برای تعیین مقاومت برشی زهکشی شده (مقاومت برشی بر اساس تنش مؤثر) خاک غیر چسبنده است. در شکل ۴-۸ نمایی از دستگاه آزمایش برش مستقیم نشان داده شده است. هدف از این آزمایش برش دادن نمونه از وسط آن و در امتداد سطح گسیختگی است.

همانطور که در شکل ۴-۸ نشان داده شده است، دستگاه برش مستقیم وسیله ای برای اعمال بار عمودی به سطح فوقانی نمونه دارد. در صفحه متخلخل در بالا وپایین نمونه قرار می گیرند وحرکت آب به داخل یا خارج نمونه را مسیری سازنده جعبه برش مستقیم معمولاً دایره ای بوده و دو نیمه با ضخامت یکشان دارد که داخل یکدیگر کیپ می‌شوند. نیمه پایینی جعبه به دستگاه متصل بوده وثابت است ونیمه بالایی آن در جهت افقی حرکت می‏کند. برای اندازه‏گیری تغییر شکلهای عمودی و افقی از گیج های عقربه ای استفاده می‏شود.

اگر چه در شکل نشان داده نشده است، ولی دستگاه برش مستقیم باید دارای امکاناتی برای غوطه‌ور کردن نمونه در آب مقطر باشد. برای جلوگیری از خوردگی، دستگاه باید از فولاد (ضد زنگ) برنز یا آلومینیم ساخته شده باشد.برای تعیین زاویه اصطکاک مؤثر <!--[if !vml]--><!--[endif]--> خاک غیر چسبنده معمولاً حداقل به سه نمونه که با فشارهای عمودی مختلف برش داده می‌شوند نیاز است. ضروری است که دامنه فشارهای عمودی مورد استفاده در آزمایش تقریباً برابر با دامنه فشارهای موجود در محل پروژه باشد.

۲-۴-۸) روش آزمایش مشابه استاندارد ASTM D۳۰۸۰-۹۸ (۲۰۰۰) تحت عنوان آزمون استاندارد برای آزمایش برش مستقیم خاکها تحت شرایط تحکیم شده و زهکشی شده ای باشد. مراحل به شرح زیر است:

۱. نمونه خاک: برای آزمایش برش باید از نمونه دست نخورده استفاده نمود. در مورد پروژه های خاکریزی می‌توان نمونه ها را با داشتن دانسیته و درصد رطوبت طبیعی آنها در آزمایشگاه متراکم نمود.همانطور که در بخش ۲-۶ گفته شد ، نمونه دست نخورده را می‌توان با تراشیدن یک بلوک و یا استفاده از نمونه گیر لوله ای به دست آورد. اغلب گرفتن نمونه دست نخورده از خاکهای غیر چسبنده و مشکل است وبه همین دلیل است که معمولاً از این روش برای تعیین زاویه اصطکاک مؤثرخاک غیر چسبنده استفاده می‏شود نسبت قطر نمونه به ارتفاع آن بایدبرابر یا بزرگتر از۵/۲ باشد.معمولاً قطر نمونه ۲/۵ in و ارتفاع آن ۱in است. آماده سازی نمونه باید در مدت زمانی انجام شود که امکان تغییر رطوبت نمونه وجود نداشته باشد. معمولاً نمونه داخل حلقه محصور کننده آماده سازی شده و بنابراین ارتفاع آن <!--[if !vml]--><!--[endif]--> برابر با ارتفاع حلقه خواهد بود.

۲. ویژگی‌های شاخص: پس از آماده شدن نمونه لازم است که ویژگی‌های شاخص آن تعیین شود. معمولاً از تراشه های خاک برای تعیین درصد رطوبت آن استفاده می‏شود(بخش ۳-۳) . برای اندازه‏گیری وزن نمونه و حلقه از ترازو استفاده می‏شود. با کسر وزن حلقه از وزن حلقه و نمونه می‌توان وزن نمونه را به دست آورد. با داشتن وزن و حجم نمونه می‌توان وزن مخصوص آنرا به دست آورد (بخش ۴-۳). با داشتن درصد رطوبت، وزن مخصوص خشک خاک نیز به دست می‏آید. در نهایت اطلاعات را می‌توان در برگه شکل۵-۸ خلاصه نمود.

۳. وسیله بارگذاری : اگر چه نمونه خاک را می‌توان در دستگاه برش نیز تحت بار قرداد، ولی مرسوم تر است که بارگذاری ابتدا در یک دستگاه تحکیم صورت گیرد (مثل شکل۳-۶) . پس از اینکه نمونه ۲۴ ساعت تحت بار مورد نظر باقی ماند. آنرا باربرداری و به دستگاه برش منتقل نموده و دوباره تحت همان بار قرار می دهند.دلیل این امر این است که معمولاً تعداد دستگاه‌های برش نسبت به تحکیم محدودتر است. روش بارگذاری خاک در دستگاه تحکیم به صورت زیر است:

A ) صفحات متخلخل را خشک وتمیز کنیدو در سرو ته نمونه قرار دهید. سپس گیره را داخل محفظه دستگاه قرار داده و در مرکز سیستم بارگذاری قرار دهید .(شکل۳-۶) . بارنشاننده ای معادل تنش <!--[if !vml]--><!--[endif]--> به نمونه اعمال شده وعقربه قرائت و یادداشت می‏گردد.پس از ۵ دقیقه ، نمونه داخل آب مقطرغوطه‌ورمی‏شود.

B ) افزایش های بارمعمولی عبارتند از ۲۵۰،۵۰۰، ۱۰۰۰، ۲۰۰۰ <!--[if !vml]--><!--[endif]--> و غیره. هر افزایش بار تا زمان رسیدن به تعادل روی نمونه باقی می ماند. به دلیل نفوذ پذیری زیاد خاکهای غیر چسبنده معمولاً زمانی در حد چند ساعت لازم است. قبل از اعمال بار بعدی مقدار عقربه قرائت شده ودر برگه یادداشت می‏شود. قابل ذکر است که تراکم پذیری دستگاه قابل صرف نظر کردن است.

	شماره کار: نام پروژه: محل نمونه: تاریخ: a ) شرایط اولیه نمونه خاک قطر نمونه: ارتفاع نمونه <!--[if !vml]--><!--[endif]--> : تنش قائم: درصد رطوبت: وزن واحد حجم مرطوب: وزن واحد حجم خشک: b ) داده‌های بارگذاری
تنش قائم (psf)		قرائت عقربه(in)	ارتفاع نمونه(in)	درصد کرنش یا نسبت پرکس
۱۲۵
۲۵۰
۵۰۰
۱۰۰۰

c ) داده‌های آزمایش برش

قرائت عقربه افقی	تغییر شکل افقی	قرائت عقربه قائم	تغییر شکل عمودی	قرائت حلقه بار	نیروی برشی	تنش برشی

d ) پایان آزمایش: درصد رطوبت =

شکل(۵-۸): نمونه برگه ثبت قرائت های محاسبات در آزمایش برش مستقیم

C ) نمونه در داخل دستگاه تحکیم تا فشار عمودی لازم در آزمایش برش بارگذاری می‏شود. نمونه به مدت ۲۴ ساعت تحت این تنش باقی می ماند.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

E ) قرار دادن نمونه داخل جعبه برش مستقیم: پس از پایان مراحل بارگذاری نمونه در دستگاه تحکیم، بار ازای آن برداشته شده و به دستگاه برش مستقیم منتقل می‏شود. شکل۶-۸ نمونه ای را که داخل جعبه برش قرار گرفته نشان می‌دهد. فلش پیچ مربوط به محور کردن نیمه های بالایی و پایینی قالب را نشان می‌دهد.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

۵ – قرار دادن جعبه برش در داخل دستگاه برش : جعبه برش که حاوی نمونه است به دستگاه برش منتقل می‏شود پس از قراردادن صفحات متخلخل بالایی وپایینی جعبه برش به دستگاه پیچ شده و ثابت می‏شود. فلش ۱ در شکل ۷-۸ یکی از پیچ های مربوط به بسته شدن قالب به دستگاه را نشان می‌دهد. این اتصال باعث می‏شود که نیمه پایینی قالب در حول برش حرکت نکند. اگر چه نیمه پایینی جعبه برش شکل ۷-۸ قابل جدا شدن است، اما در برخی دستگاه ها این بخش جعبه به طور دائمی روی دستگاه سوار است.

۶- اعمال بار عمودی به نمونه: پس از استقرار جعبه برش روی دستگاه بار عمودی مورد نظر به نمونه اعمال می‏شود.نیروی عمودی معمولاً با گذاشتن وزنه روی آویز اعمال می‏شود. فلش۲ در شکل۷-۸ آویز و فلش۳ گیج عقربه ای اندازه‏گیری تغییر شکل عمودی نمونه را نشان می‌دهد. پس از اعمال بار عمودی، نمونه در آب مقطر غوطه‌ور می‏شود (توجه شود که نمونه شکل۷-۸ تا به حال در آب مقطر غوطه‌ور نشده است) . نمونه در طول شب برای رسیدن به حالت تعادل به حال خود گذاشته می‏شود.

۷- برش دادن نمونه: اگرچه در شکل ۷-۸ نشان داده شده است، ولی برای اندازه‏گیری جابجایی افقی در طی برشی از یک گیج عقربه ای استفاده می‏شود. فلش ۴ در شکل ۷-۸ به طب تولید کننده نیروی افقی اشاره دارد.قدم اول در برش دادن نمونه قرائت کردن مقدار اولیه عقربه گیج های تغییرشکل افقی وعمودی است. این مقادیر روی برگه ۵-۸ (بخشc) یادداشت می‌شوند. درست قبل از آغاز برش،باید پین‌های قالب را درآورد. فراموش کردن این کار باعث آسیب شدید دستگاه می‏شود. عرض جعبه‌ها به پیچهایی مجهز هستند که یک فضای خالی بین قسمت های بالایی وپایینی قالب ایجاد می‏کند. فاصله خالی بین دو نیمه قالب در این جعبه های برش باید حدود ۰/۰۲۵ in باشد.برای اعمال نیروی برشی به نیمه بالایی قالب دو روش وجود دارد:

A ) روش کرنش کنترل شده:در این حالت نیروی برشی به نحوی اعمال می‏شود که نرخ جابه‌جایی کنترل شود.این امکان با استفاده از یک موتور الکتریکی و جعبه دنده مهیا می‏شود نیروی برشی توسط بار سنج یا حلقه بار نشان داده می‏شود این وسایل باید قادر باشند که نیروی برشی را با دقت ۱ % مقاومت برشی اندازه‏گیری کنند. مرحله برش تا رسیدن به جابه‌جایی معادل ۱۰ تا۲۰ درصد قطر اولیه نمونه ادامه می‏یابد. بنابراین برای نمونه ای با قطر ۲/۵ in ،نمونه باید تا جابجایی افقی حداقل ۰/۲۵ in ادامه یابد.

B ) روش تنش کنترل شده: در این حالت نیروی برشی به صورت افزایشی اعمال می‏شود.یک کابل به نیمه بالایی جعبه برش متصل شده است. این کابل از طریق یک چرخ به آویز متصل شده است و بار به این آویز وارد می‏شود. با اضافه کردن وزنه به آویز نیروی برشی افزایش می‏یابد.با افزایش یافتن تغییر شکل افقی نمونه،باید وزنه‌های سبک تری به آویز اضافه نمود. وقتی که به مقاومت برشی نمونه رسیدید،نمونه سریعاً به نیم تقسیم می‏شود.

در میان دو روش بالا روش کرنش کنترل شده متداول تر است. در طول برش نمونه خاک،داده‌های در قسمت c شکل ۵-۸ ثبت می‌شوند. این داده‌ها شامل قرائت های گیج های عقربه ای افقی وقائم و قرائت های حلقه بار،بارسنج یا وزنه‌ها که برای محاسبه تنش برشی استفاده می‌شوند. سرعت آزمایش باید به قدری کم باشد که فشار منفذی در نمونه ایجاد نشود. یعنی اگر نمونه تمایل به اتساع نشان داد،باید زمان کافی برای ورود آب به نمونه وجود داشته باشد.بالعکس اگر نمونه تمایل به تراکم نشان داد،باید زمان کافی برای خروج آب به نمونه وجود داشته باشد.برای تحقیق این امر لازم است که زمان رسیدن به مرحله گسیختگی به صورت زیر باشد:

§ در مورد ماسه تمیز با کمتر از ۱۵ درصد ریز دانه غیر خمیری،زمان کل تا رسیدن به

گسیختگی حداقل ۱۰ دقیقه باشد.

§ در ماسه لای دار حاوی بیش از ۵ درصد ریز دانه غیر خمیری،زمان کل تا رسیدن به

گسیختگی حداقل ۶۰ دقیقه می‏باشد.

§ در مورد لای غیر خمیری، زمان کل تا رسیدن به گسیختگی باید حدود۲ تا۳ ساعت باشد.

۸- ویژگی‌های شاخص در پایان آزمایش: پس از اینکه نمونه به طور کامل برش خورد، از داخل دستگاه برش بیرون آورده می‏شود. سپس درصد رطوبت نمونه تعیین می‏گردد(بخش۳-۳) . پس از قرار دادن نمونه در قوطی باید آنرا خرد نمود وجود ذرات درشت در آنرا بررسی کرد. این ذرات مانع برش خوردن نمونه شده ومقاومت را بالا می برند درصورت مشاهده این ذرات .باید آزمایش را با نمونه ای دیگر تکرار نمود. حداکثر اندازه ذرات در آزمایش برش مستقیم محدودیت مهمی است که در بخش ۵-۴-۸ بیشتر مورد بحث قرار می‌گیرد.

۳-۴-۸) محاسبات

در شکل a ۵-۸ تنش عمودی نمونه در طول آزمایش برش برابر است با بار عمودی p تقسیم بر مساحت اولیه نمونه یا که در آن <!--[if !vml]--><!--[endif]--> تنش عمودی دارد بر نمونه(kpa یاpsf )

P بار عمودی کل دارد به سطح فوقانی نمونه شامل وزن صفحه متخلخل،صفحه بارگذاری، آویزو وزنه‌ها(hn یاib )

<!--[if !vml]--><!--[endif]--> سطح مقطع اولیه نمونه خاک <!--[if !vml]--><!--[endif]-->

همانطور که قبلاً ذکر شد(بخش ۲-۴-۸)، نمونه خاک قبل از برش اشباع شده و در آب مقطر غوطه‌ور می‏شود. بنابراین فشار آب منفذی نمونه u خیلی پایین است و در عمل می‌توان آنرا برابر با صفر در نظر گرفت. به این دلیل تنش عمودی <!--[if !vml]--><!--[endif]--> برابربا تنش عمودی مؤثر <!--[if !vml]--><!--[endif]--> خواهد بود یا <!--[if !vml]--><!--[endif]-->

همانطور که در بخش ۲-۴-۸ عنوان شد، برش نمونه خاک باید به قدری آرام صورت گیرد که هیچگونه فشار آب منفذی اضافی به وجود نیاید (یعنی <!--[if !vml]--><!--[endif]--> ). بنابراین در مرحله برش نمونه، تنش عمودی مؤثر <!--[if !vml]--><!--[endif]--> ثابت خواهد ماند.

به این دلیل که سطح گسیختگی نمونه اساساً افقی است، تنش عمودی مؤثر <!--[if !vml]--><!--[endif]--> روی گسیختگی برابر با تنش عمودی مؤثر خواهد بود یا: <!--[if !vml]--><!--[endif]--> . بنابراین در رابطه (۲-۸)، تنش عمودی مؤثر <!--[if !vml]--><!--[endif]--> روی صفحه برش در طول آزمایش برش مستقیم ثابت و برابر با تنش عمودی اعمالی <!--[if !vml]--><!--[endif]--> خواهد بود (رابطه ۳-۸). تنش برشی <!--[if !vml]--><!--[endif]--> با رابطه زیر بیان می‏شود: <!--[if !vml]--><!--[endif]-->

که در آن <!--[if !vml]--><!--[endif]--> تنش برشی(kpa یا <!--[if !vml]--><!--[endif]-->)

T نیروی افقی( hn یا Ib ) که به نیمه بالایی جعبه برش اعمال می‏شود و با وسیله اندازه‏گیری بار مثل لودلاسل یا حلقه بار اندازه‏گیری می‏شود(از قسمتc شکل۵-۸)

<!--[if !vml]--><!--[endif]--> سطح مقطع اولیه نمونه ( <!--[if !vml]--><!--[endif]--> یا <!--[if !vml]--><!--[endif]-->)

حد اکثر مقاومت برشی گسیختگی <!--[if !vml]--><!--[endif]--> نیز نامیده می‏شود بیشترین مقدار قرائت شده نیرو در طول برش است. قابل ذکر است که در معادله ۲-۸ هم تنش مؤثر عمودی و هم مقاومت برشی گسیختگی <!--[if !vml]--><!--[endif]--> از آزمایش برش مستقیم به دست آمده اند. با داشتن <!--[if !vml]--><!--[endif]--> و <!--[if !vml]--><!--[endif]-->، زاویه اصطکاک مؤثر <!--[if !vml]--><!--[endif]--> خاک را می‌توان از رابطه ۲-۸ به دست آورد.

در برخی حالات مقاومت برشی بر اساس حالت نهایی یا ماندگار خاک تعیین می‏شود. مقاومت برشی نهایی <!--[if !vml]--><!--[endif]--> در بخش آینده مورد بحث قرار خواهد گرفت و مقاومت برشی ماندگار فقط در مورد خاکهای چسبنده مطرح است که در بخش ۸-۹ مورد بحث قرار خواهد گرفت.

۴-۴-۸) مثالی از داده‌های آزمایش

شکل ۸-۸ نتایج به دست آمده از آزمایش‌های برش مستقیم انجام شده روی یک نمونه دست نخورده از ماسه لای دار را نشان می‌دهد. نمونه‌های دست نخورده ازدو گمانه(B-۱ وB-۲ ) که در رسوبات ماسه لای دار حفر شده اند به دست آمده است. بخش ۶ آزمایش برش مستقیم روی آنها انجام شده است. برای هر آزمایش، فشار عمودی مؤثر(یعنی بار عمودی تقسیم بر سطح نمونه) براساس فشار دوباره در محل تعیین شده است. محل نمونه ها وفشار عمودی مؤثر <!--[if !vml]--><!--[endif]--> آنها به شرح زیر است:

§ گمانه B-۱ در عمق <!--[if !vml]--><!--[endif]--> ، <!--[if !vml]--><!--[endif]-->

§ گمانه B-۱ در عمق <!--[if !vml]--><!--[endif]--> ، <!--[if !vml]--><!--[endif]-->

§ گمانه B-۲ درعمق <!--[if !vml]--><!--[endif]--> ، <!--[if !vml]--><!--[endif]-->

§ گمانه B-۲ درعمق <!--[if !vml]--><!--[endif]--> ، <!--[if !vml]--><!--[endif]-->

§ گمانهB-۲ در عمق <!--[if !vml]--><!--[endif]--> ، <!--[if !vml]--><!--[endif]-->

§ گمانهB-۲ درعمق <!--[if !vml]--><!--[endif]--> ، <!--[if !vml]--><!--[endif]-->

در طول برش دادن نمونه ها در دستگاه برش، تنش برشی در مقابل تغییر شکل جانبی ثبت شده و نمودار آن برای هر دو آزمایش در شکل ۹-۸ آورده شده است. قابل ذکر است که در این شکل آزمایش برش مستقیم زهکشی شده انجام شده روی ماسه لای دارگمانه B-۲ در عمق ۱۰ فوت دارای نقطه اوج مشخصی در منحنی است، در حالیکه آزمایش مربوط به گمانه B-۱ در عمق ۶ فوتی چنین نقطه اوج مشخص را نشان نمی‌دهد. دلیل این موضوع دانسیته ۰خشک نمونه‌های خاک است چرا که نمونه درعمق ۱۰ فوتی دارای دانسیته بیشتری <!--[if !vml]--><!--[endif]--> نسبت به ماسه لای دار در عمق ۶ فوتی است <!--[if !vml]--><!--[endif]--> نقاط اوج و نهایی شکل ۹-۸ در شکل ۸-۸ ترسیم شده و تحت عنوان مقاومت برشی نهایی (مربع ها) واوج (دایره ها) مشخص شده اند. در حالاتی که هر دو برهم منطبق شده اند فقط یکی از نقاط نشان داده شده است.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

شکل ۸-۸ نمودار مقاومت برشی در مقابل تنش عمودی برای آزمایش‌های برش مستقیم

زهکشی شده روی ماسه سیلت دار

داده‌ها در شکل ۸-۸ پراکندگی قابل ملاحظه ای دارند. این مساُله در مورد خاک که خواص متغیری دارد چنین است.

خط راست نشان داده شده در شکل پوش مقاومت برشی یا پوش گسیختگب ماسه لای دار است. برای به دست آوردن این پوش به تجربه زیادی نیاز است. به عنوان مثال برای به دست آوردن نتایج محافظه کارانه می‌توان دو نقطه با حد اکثر مقاومت برش را حذف نمود وسپس خط راستی به بقیه نقاط برازش نمود. دراین حالت زاویه شیب خط که نشان دهنده زاویه اصطکاک خاک است برابر ۳۰ خواهد بود که مقداری نمونه برای ماسه لای داراست.بنابراین پوش گسیختگی شکل ۸-۸ بر اساس قضاوت وتجربه مهندسی ترسیم شده است. نکته قابل عرض در شکل ۸-۸ این است که خط از مبداُ مختصات عبور داده شده است، یعنی چسبندگی مؤثر <!--[if !vml]--><!--[endif]--> خواهد بود.به طور خلاصه،با ترسیم پوش گسیختگی داده‌های آزمایش،پارامترهای مقاومت برشی ماسه لای دار <!--[if !vml]--><!--[endif]--> و <!--[if !vml]--><!--[endif]--> خواهد بود.

۵-۴-۸) خطاهاو محدودیت ها

سه تا از محتمل ترین خطاهای درگیر باآزمایش برش مستقیم به شرح زیرند:

۱. نمونه خاک دست خورده باشد.

۲. خاک قبل از برش اشباع نشده باشد.

۳. خاک بسیار سریع برش داده شود.

دست خوردگی نمونه باعث می‏شود که زاویه اصطکاک به دست آمده کم باشد. اما اشباع نبودن نمونه و برش سریع آن باعث حصول نتایج دست بالا می‏شود.

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

شکل ۹-۸ : مقاومت برشی در مقابل تغییر شکل افقی حاصل از آزمایش برش مستقیم روی نمونه‌های ماسه ای لای دار از اعمال ۶ و ۱۰ فوتی سایر خطاهای متداول در آزمایش برش مستقیم بعبارت زیرند:

۱. در طول آماده سازی نمونه رطوبت از دست داده است.

۲. سطوح بالا وپایین نمونه خوب صاف و موازی هم نبوده است.

۳. فضای خالی بین دو نیمه جعبه برشی زیاد یا کم بوده است.

۴. در تنشهای برشی کم اندازه‏گیری های کم دقتی از نیروی افقی صورت گرفته است.

۵. صفحات متخلخل به اندازه کافی نفوذ ناپذیرنبوده اند.

۶. دستگاه‌های برش از موارد مشابهی ساخته نشده اند و فرآیندهای شیمیایی باعث خورده شدن تجهیزات می‌شوند.

۷. آزمایش بسیار زود قطع شود.

در مورد محدودیت های آزمایش برش مستقیم، استاندارد ASTM D۳۰۸۰-۹۸(۲۰۰۰) میگوید:

در طول آزمایش برش مستقیم، چرخش تنشهای اصلی وجود دارد که در شرایط صحرایی ممکن است وجود داشته یا نداشته باشند.

همچنین گسیختگی برش مستقیم، چرخش تنشهای اصلی وجود دارد که در شرایط صحرایی ممکن است وجود داشته یا نداشته باشند همچنین گسیختگی ممکن است و در زمانی که نیرو‌ها روی صفحه افقی و یا نزدیک آن در وسط بسیج شده اند روی ضعیف ترین سطح اتفاق نیفتد. موقعیت ثابت صفحه برش در آزمایش برش مزیتی برای تعیین مقاومت برشی در یک صفحه ضعیف از پیش مشخص شده ویا بررسی سطح تماس دو ماده غیرمشابه می‏باشد.

تنشها و جابجایی های برشی به طرز غیر یکنواختی در نمونه توزیع می‌شوند و ارتفاع مناسبی برای تعیین کرنش برشی وجود ندارد. سرعت کم جابجایی باعث از بین رفتن فشار آب منفذی می‏شود، ولی باعث جریان خمیری خاکهای چسبنده نرم نیز می‌شوند. باید مراقب بود که شرایط آزمایش نماینده شرایط مورد بررسی باشد.

اگر ماسه دارای ذرات درشت شن باشد، شن می‏تواند مقاومت برشی ماسه را به طور مصنوعی افزایش دهد، چراکه معمولاً ارتفاع نمونه کم است (۲۵/۴ cm) .بنابراین محدودیت دیگر آزمایش برش مستقیم اندازه ذرات نمونه است.به عنوان مثال ASTM D۳۰۸۰-۹۸ (۲۰۰۰) دو معیار را ارایه نموده است. مورد اول اینکه قطر نمونه باید حداقل۱۰ برابر قطر بزرگترین دانه خاک باشد. معیار دوم اینکه ارتفاع نمونه باید حداقل ۶ برابر بزرگترین دانه خاک باشد. بنابراین برای نمونه‌های معمولی که قطری معادل ۶۳/۵mm و ارتفاع ۲۵/۴mm دارند، بر اساس معیار اول حداکثر قطر ذرات می‏تواند۶/۳۵mm و بر اساس معیار دوم معادل ۴/۲mm باشد. این بدان معنی است که برای نمونه ای با قطر ۶۳/۲mm و ارتفاع ۲۵/۴mm، خاک نباید حاوی ذرات به اندازه شن باشد. با وجود این محدودیت‏ها، دستگاه برش مستقیم معمولاً مقادیر زاویه اصطکاک مؤثری با دقت مناسب به دست می‌دهد. اجرای این آزمایش نسبتاً ساده و سریع است که مهمترین دلیل برای عمومیت این آزمایش می‏باشد.

منبع : http://www.afkhami.com/Loader.aspx?lang=fa&P=p_SBT