خواص مکانيکی خاک

صفحه 1:
خواص مکانیکی خاک 

صفحه 2:
خواص معانیعی خاک ۱. مقاومت برشی ۲ اصطکاکت ۴ چسبند کی این خواص از دو جهت برای عملیات خاک ورزی اهمیت دارند: ‎٠‏ عملکرد کششی ترا کتور ‏۱. نیروی مورد نیاز برای ادوات خاکورزی 

صفحه 3:
6 627 ‏مقاوست برشی‎ J STRESS A: Cemented B: Loose C: Dense STRAIN Figure 5.25-Typical shear stress-strain diagrams for soils in three conditions: A: cemented, B: loose, and C: dense. 9 

صفحه 4:
قانون موهر - کولن گسیختگی در مواد موقعی رخ می دهد که تنش برشى در صفحه ای خاص از مقاومت برشی ماده بیشتر باشد * مقاومت برشی (9) در هر صفحه ای تابعی از تتش عمودی (0) در ان صفحه است. G=P (0) 

صفحه 5:
پوش کسیختگی در خاک ‎Goi Pulure Cuvelope‏ NORMAL STRESS, (7 5 ‏أده‎ SHEAR STRESS, T 

صفحه 6:
Dieplacernent 7 ۳ هو لب ‎Prane‏ ‎‘Star of Test‏ Sot Specimen Failure of Sl Figure 5.27-Direct shear test apparatus. 0 02 04 06 08 1.0 12 NORMAL STRESS (MPa) Figure 5.28-Typical result of direct shear test. SHEAR STRESS (MPa) 

صفحه 7:
مه هس | و ول ار ع اا ‎wig‏ Figure 582-A triarial shear test apparatus, os ay ‏+و6‎ 0 Os ‎a‏ ملكا ‎Os 6, + 0 Figure 5.29-(a) Application of hydrostatic stresses during ‎consolidation, (b) application of the normal deviatoric sstress to cause shear failure. ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 

صفحه 8:
انواع تست سه صحوری ‎٠‏ زهكشى شده (ل) ,له-2 ‏مقادیر موثر جح یر 2 * زهکشی در مرحله تحکیم ‏(سم) , له:() مشلباریوون ‏مقادیر موثر ‎F,=0,- u,‏ ولا 0 3 يه فشار لبسوجود در خلاو فرج ‎٠‏ زهکشی نشده (م) ,له ب فشار ابسوجود در خلاو فرج 12 - 20 و3 , نا ,050 

صفحه 9:
Consotdaiog uneainas Tost SHEAR STRESS NORMAL STRESS, ۳ سم سم Figure 5.33-Effective-stress and total-stress envelopes. 3 Soil Failure Envelope — Fo7 SHEAR STRESS: e > Og ‏سامت‎ 0 te NORMAL STRESS ‏و‎ 1 3 Mohr's circle representation of principal 

صفحه 10:
ao يوش کسیختطی درخاگهای غیر چسینهه ‎Cwelbpe Por Cokesivdess svils‏ حصاه۳) زاویه اصطکاک داخلی برای خاک هی غیر چسبنده بین 06 تا 4۳6 درجه این زاویه با فزایش دانسیته خاک افزایش می يابد خاک های خیلی سبک و شل با ساختمان ناپایدار ممکن است به زیر 400 درجه برسد SHEAR STRESS G=o Tas (~) NORMAL STRESS Eh Figure 5.33-Effective-stress and total-stress envelopes. 

صفحه 11:
اندازه گیری مقاومت برشی به روش صحرایی روش استوانه اى 95 3 ‎Rove shea box‏ TORQUE Go 3M ‘SHEAR BOX ‏عه‎ WEIGHTS 2ar’ Soe ‏روش استوافه اى قو خالى_/ اس‎ an =o ‏و‎ ۷ igre ‏مق‎ eldoil shea AE 27 ‏م‎ 2 ad 

صفحه 12:
ae روش پره ای جل ۱ ‘TORQUE ارتفاع به شعاع برابر 4 بار عمودي امکان پ Figure 5.36-A vane shear apparatus. 

صفحه 13:
مثال:در يك ازمایش سه محوري فشار استاتيکي اولیه !0000و بوده است. نمونه در فشار !206000 و فشار اب خلل و فرج !2000 گسیخته شد. اگر گسيختگي در زاویه 57 درجه نسبت به سطح افق اتفاق افتد الف) مقادیر تتش برشي و عمودي را در سطح گسيختگي تعیین بب اگر مقدار همچسبي براي نمونه 000۲۲ باشد و زاویه اصطکاك داخلي آن 24 درجه باشد. نشان دهید چرا گسيختگي در زاویه 57 درجه اتفاق افتاده است؟ aa 

صفحه 14:
| 200-48002 02280۲ 0228003 ,20 0 220076 وه ‎Dei‏ 014 ,480-200 ,480200 ووو :9 نك 0خ 2 2 2 ‎=12%kpa‏ 20014 480 _ وم گم ‏1808 1-283 - 6< 7 ‎S=c+o tanp =80+102ar4=127‏ ‎Jade cyl‏ بربر تتش برشي اعمال شده در صفحه گسيختگي است. لذا گسيخنگي اتفاق مي افتد ‎gue rae fag dss got ee ane‏ لفان لي ونا 0 34- )مهم ,200 3 ,2:00 208 ‎28m‏ = ‏و60 180-1 7-2340 340< ۶ ‎o ‏مر مزا ی مه ‎S=80+16QGQar4=15kpa‏ ‎max =~ 93 140+ 1406151 oe‏ لذاگسیختگی در این صفحه اتفاق نمی آفتد 2 ‎ 

صفحه 15:
as جمع بندی مقاومت برشی ‎(Resistnave to sheur (shear piece)‏ مقاومت خاك از طریق همچسبي 779 و اصطکاك داخلي ایجاد می شود خاك هاي رسي اشباع اصطكاك داخلي ندارند وزن بر روي مقاومت خاك رسي تاثير ندارد خاك هاي شني جسبندكي ندارند بنابراين مقاومت آنها تنها در اثر اصطکاك داخلي است در خاك شني تنها وزن باعث افزايش مقاومت مي گردد 

صفحه 16:
(Proto StS! * اصطكاك بين خاك - جسم خارجی (فلز) لإ * اصطكاك بين خاك - خاك ١إ”‏ هنكام حركت نسبي بين توده هاي خاك. يس از كسيختكي در جعبه تست بدست مي ايد * اصطكاك داخلى (۳)۲ موقعی عمل می کند که 5 ة, افتد كسيختكي در اثر اعمال نيروي برش | oo = | 0 هبح (0/0) مه ۱ 0 06 

صفحه 17:
‎Odkesioa Gz 50°‏ 7 نيروي جذبي بین دو جسم ناهمسان - در خاك در اثر لایه نازك رطوبت ایجاد مي شود 7 نيروي جذبي بستگي به کشش سطحي اب دارد * در کاربرد هاي مکانيك نمي توان چسبندگي و اصطکاك را از هم منفك کرد ‏- اثر توام اين دو اصطکاك ظاهري نامیده مي شود. ‎ ‎a 

صفحه 18:
اثر رطوبت بر احططاک ظاهری *در رطوبت کم نيروي اصطکاك فقط در اثر لغزش *با افزایش رطوبت اصطکاك بدلیل افزایش چسبندگي زیاد مي شود (اثر توام لغزش و *افزایش بیش از حد رطوبت باعث روانكاري بین ذرات شده اصطکاك کم مي شود 4 9 2 2 3 a 52 2 6 5 1 3 ‏ع‎ ‎0 ‎0 10 20 30 SOIL MOISTURE (%) Figure 5.38-Effect of soil moisture content on appare coefficient of friction (Gill and Vandenberg, 1968). 5 

صفحه 19:
بررسی مکانیک ابزار خاکورزی * مطالعات تجربي از طریق اندازه گيري مستقیم نيروي مورد نیاز * مطالعات نظري از طريق ارائه مدل هاي رياضي - مدل ج0900 براي يك ابزار ساده براي مطالعه تقابل بين خاك و ابزار در حين حركت در داخل خاك براى برأورد نيروي كششي مورد Figure 630-An inclined plane tillage tool (Soehne, 1856, cited in Gill and Vandenberg, 1968) 06 

صفحه 20:
فرضيات مدل * عوامل تاثیر گذار: - اصطكاك بين خاك - فلز - نيروي برشي در گسيختگي - شتاب توده هاي خاك - مقاومت برشي تيغه براي برش كف عصدم ا ط و12 بش - جسم بدون شتاب حركت مي كند (تعادل استاتيكي) هه 

صفحه 21:
eq تصویر جسم آزاد سیستم Figure 5.40-Soil and tool reaction forees (Soehne, 1956, cited in Gill and Vandenberg, 1968). 

صفحه 22:
معادله تعادل استاتيکي نیرو ها در امتداد افقي براي تيغه ۳ forces in the horizontal direction and equating them to zero the following equation is obtained: D=F, sind + WF, cosé + kb (5.23) where D = horizontal draft force HW’ = coefficient of soil-metal friction Fo= normal load on the inclined plane k = soil cutting resistance 8 = tool lift angle The specific draft of the soil (D*) is defined as: =D-kb or D*=Fosin5+Fop'cosd (5.24) 

صفحه 23:
معادله تعادل استاتيكي نیرو ها در امتداد عمودي براي توده خاك Summing all the vertical components of forces acting on the soil mass and equating them to zero for equilibrium results in the following equation: W- Fy (cos 8 - p’ sin 8)— ‏و۳‎ (cos B — sin B) +(CA, +B) sin ch B=0 (5.25) normal force on the forward failure surface (N) angle of the forward failure surface (rad) efficient of internal soil friction (~) rea of forward shear failure surface (m2) soil cohesion (Pa) soil acceleration force (N) وه 

صفحه 24:
معادله تعادل استاتيکي نیرو ها در امتداد افقي براي توده خاك Fo (sin 5 + pcos 8) - Fj (sin B + wcos 8) (CA, +B) cosB=0 (5.26) Equation 5.24 can be used to solve for Fy. Substituting Fy in equation 5.26 to solve for F, we get: _D’ (CA, +B) cos B sinB + pcosB F, (5.27) Substituting for Fy and F, in equation 5.25 gives: w-| sind sin + p’ cos + (CA, +B) sinB=0 [p* - (CA, - B) cos] (pou sab Expanding and rearranging terms gives: 58 p sind , cosB—y sinB)_ wy , ind + W’ cos” sinB + pcos sinB + wcosB. ais 

صفحه 25:
Hsing , cosB~ p sinB sind +p’ cos8 — sinB + ‏و‎ اگر "را به صورت زیر در نظر بگیریم لسن ‎ z(sinB + pcos)‏ 2 اين معادله رابطه بین نیرو هاي عمل کننده بر سیستم متشکل از خاك - ابزار رانشان مي دهد (5.28) )0( ‏محاسبه وزن لوده خاک‎ ‏سم لا‎ +L, 2) where y = wet bulk density of soil (kg/m3) b = tool width (m) d = tool depth (m) d= d {{sin(8+B))/sin B} (m) L,= d {{cos(5+B)I/sin B} (m) Lead toad (wo) Figure 5.41-Segment of soil on the inclined tillage plane tillage tool (Soehne, 1956, cited in Gill and Vandenberg, 1968). 

صفحه 26:
‘The shear plane area (Ay) can be determined easily from either figure 5.40 or 5.41 and it is given by: ‎Ay = ba 630‏ ‎sinB‏ محاسبه سطح صفحه برش خاک ‎ ‎The acceleration force (B) is the only item in equation 5.27 that remains to be specified. Using Newton’s Second Law of Motion: ‎(531) ‎ ‎accelerated soil mass (m/d2) soil velocity (uniform within the mass) (m/s) ‎ ‎‘The mass of the soil being accelerated or disturbed by the tool at time (t) is given by: ‏)632( ,انا 1« محاسبه چرم خاک شتلب گرفته توسط تیفه ‎ool velocity (m/s) average time a particle of soil is engaged by the tool (s) acceleration due to gravity (m/s?) ‎ 

صفحه 27:
محاسبه شتاب ‎(uid)‏ 0 é ry ‘Soehne assumed that: 1 ‏عه‎ os 3 dv. Av ‏سرعتنسبيبينتودم خاكو تيغع م‎ 0. و تسر كتقية ۳ ‎At‏ أل اين سه بردار تشكيل يك مثلث بسته را مي دهند. ‎the soil was initially at rest at time t = 0. In addition,‏ معصنه ۵ ‎since the velocity vectors (vo, v, and v,) form a closed triangle, we‏ ‎can write the following relationship:‏ Vo Vg C05 B + ve cos 3 and vg sin B= vp sin 8 so that v, can be eliminated to give: sind oe Sin(8 + B) ‏دنا‎ Substituting equations 5.32, 5.33, and 5.34 into 5.31 and simplifying gives: 0 )5.35( كك 2-1 

صفحه 28:
از روي زاويه اصطكاك داخلي مي توان ضریب اصطکاك خاك را محاسبه نمود ۵ هماع ۲ where 4 is the angle of internal friction. The angle B can be evaluated from the equation (see fig. 5.31): ‎Bs 5‏ از روی دایره موهر ‏همه 

صفحه 29:
رابطه بین سرعت و مقاومت برشی خاک 9 000) 5 ‏نیروی کششی مورد نیاز]‎ [ 120 ‏نم‎ ‎Silty Clay Loam 100 eo 3 Les © 80 -~-. Calculated Fe 60 —— Measured = le 40 < 5 20 0 0 0.2 0.4 06 08 10 TOOL VELOCITY (m/s) Figure 5.44-Measured and calculated draft of an inclined 5-5 tillage tool at various tool velocities (Rowe and Barnes, 1961, cited in Gill and Vandenberg, 1968). 

صفحه 30:
هه آثر مقاومت خاک بر ععلکرد تراکتور 2 6 ee )0600( ‏نيروي کشش مالبندي‎ لسفزش 96 

صفحه 31:
شكل يذيرى در خاكها Phostic Gris 2b, ISD cle JE * 7 در محدوده خاصي از رطوبت به هر شكلي در مي ایند - پس از خشك شدن شکل خود را حفظ مي کنند 7 مثل خاك رسي. رسي شني خاك های شکل ناپذیرعان9) عع) م«() 7 در هیچ رطويتي شکل خاصي به خود نمي گیرد خاك شني 

صفحه 32:
مراحل خشک شدن خاک های شکل پذیر 1 بروز چسبندگي (همچسبي و دگرچسبی) دررطوبت زیاد باعث از بین رفتن ساختمان خاك در اثر شخم 2 شکل پذيري (به هر شکل دلخواه) *_ هنوز نامناسب براي شخم 3 ترد (صاط)يبدليل شكننده بودن به اساني خرد مي شود *_ بهترین زمان براي شخم (اصطلاحا گاو رو) 4 سخت شدن (ایجاد کلوخه در اثر شخم) هرخاكي در يك رطوبت معین به حالت تردي مي رسد!! هه 

صفحه 33:
خصیرایی خاک ها ‎Goi Plasticity cocstoct‏ * حدود خميرايي را راساص) 8 درصد رطوبتي که خاك بسختي جریان مي یابد * به صورت مایع غلیظ لها صصیعن - حد يابين خميرابي ‎Lower Plastic Licvt‏ * مرحله شروع شكل يذيري * به عبارتي حداكثر رطوبتي كه خاك به صورت ترد باقي مي ماند * رقم خميرايي 0 03097 دو حد خميرايي ‎ra -‏ مقدار كلوئيد خاك است ‏- هر جه مقدار كلوئيد بيشتر باشد (رسي) حد يايين افزايش يافته رقم خميرابي كم مي شود ‎ ‏هه 

صفحه 34:
رابطه بین مقاومت شکستگی خاک و رقم ‎١‏ رات خمیرایی و رطوبت وا سس ‏6 + 20+ 2) /0061- ب 1 ‏,0: مفايستشكستكيخاك 9م ‏(): ديصد يطوبتخاك ‏,0 : حد پايين‌هموليي ‏: بقم خميوليي ‏8): فشر وارد بسر اكوم با افزايش رطوبت مقاومت خاك افزايش مي يابد تا برسد به حد يايين خميرايي كه بس از ان كاهش مي يابد این رابطه تا رطوبت حد پایین صادق است ‎or 

صفحه 35:
مروری بر کگشش در تراکتور * کشش ایجاد شده در چرخ یا شني بستگي به مقاومت برشي خاك دارد ۱ ۱ ۱ * خاك مرطوب بدلیل مقاومت کم چرخ ها را دچار لغزش مي کند ( بدلیل پتانسل کم كششي خاك) * مقاومت در خاك هاي رسي مرطوب به صورت چسبندگي است « افزایش مقاومت غلتشي) * مقاومت در خاك هاي سبك از طريق اصطکاك داخلی فراهم می شود هه 

صفحه 36:
کشش و وزن وارد بر خاک os} 8 9شزفل‎ ‎ee‏ و نيروي كشش مالبندي (0)00) ‏در خاكهاي شني جون مقاومت در اثر اصطكاك داخلي است افزايش وزن تنها را حل است ‏در خاك هاي رسی مقاومت در اثر چسبندگي بوده وزن تاثیر نداشته و افزايش کشش با آفزایش سطح ممکن است (افزایش مقاومت غلت ) ‏در خاك هاي معمولی هر دو عامل اصطکاك داخلي و سطح باعث افزایش کشش مي 9055" 5 

صفحه 37:
*مشابه رابطه کرنش *در اثر اعمال نيروي کششي در خاك جابجايي یا تغییر شکل ایجاد مي گردد ‎Cc‏ ‏*جابجايي و تغغیر شکل خاك باعث کاهش سرعت پيشروي یا لغزش مي شود *بیشترین مقاومت خاك در يك حد معین از لغزش حاصل مي شود “هنكام كار بايد لغزش كمتر از حداکثر مقدار خود باشد زیر سس ساختمان خاك از بين مي رود A: Cemented B: Loose C: Dense جابجايي (تفییر شکل خال) م0 

صفحه 38:
رابطه بین سرعت و وزن صورد نیاز وارد بر چرخ افزایش سرعت سبب افزایش مقاومت خاك مي شود زن مورد نیاز شود 2 120 وزن مورد نياز كم مي شوا سر رها ‎[sity clay‏ 0 | oe وزن وارد بر چرخ ‎kof‏ | سرعت ‎COO FOO‏ پيشروي 4.9 999 99 oF or er 9*۶ ee 90 9۰ 99 ‏نت‎ 

صفحه 39:
تعاریف کشت اسه ۷ CoePPictect oP traction (P/O) ‏شم‎ CPRictewy = 0.0. Power! One Power QRoltay Qevistrwe=ade power — 0.0. Power 2 6 N / %slip=— 

صفحه 40:
روش های اندازه گیری لغزش * روش مسافت ثابت روش دور ثابت eo 

صفحه 41:
عوامل موثر بر لغزش ‎٠‏ خصوصيات خاك - بافت خاك - رطوبت خاك - سطح خاك (بقاباي گياهي) خصوصیات چرخ - سطح تماس (قطر و اندازه) - فشار ‎ob‏ ‏وزن ‏- انتقال وزن عاج * زاویه * فاصله * ارتفاع ‎eq 

صفحه 42:
مشاهده اثر بجا مانده از جرخ ا زرد ‎Shew Proper Siepage‏ ها مس ود 

صفحه 43:
6م لغزش. بازده كششى. مقاومت غلت % Ole 

صفحه 44:
وسایل کمک کششی ‎Bids‏ مه ‎@ukst‏ ‎Oud whee‏ ‎Cag whee‏ (طوقه) ‎Grd‏ ‎Tre Trak‏ - قابل نصب روی چرخ ها - سادگی نصب - مقاومت کم در مقابل سنگ ‏- دوران مشکل ترا کتور 

صفحه 45:
eo 

صفحه 46:
خسارت وارد بر زمین در اثر تردد ۴ فشر دگی 077 - وزن مخصوص خشکت خاک حدود 1۵/۲ - معیار فشرد کی * وزن مخصوص ‎SPL‏ ‏* درصد خلل و فرج ‎Peverruioa Resist 594) Co glio *‏ - با استفاده از نفوذ سنج سس 

صفحه 47:
فشردگی تطراری 0 لعمعمع3) حدا کثر فشردگی در اولین تردد مت - جهار جرخ كردن تراكتور تاثير زیادی بر فشردگی ندارد بيشترين تاثير فشردكى در اثر رطوبت است ۲ تا ۲ ۸ تغییر در رطوبت خسارت جبران ناپذیر خاک خشک فشرده نمی شود در رطوبت های بالا چون خلل و فرج از اب پر است و اب غیر قابل تراکم است فشرد گی کم می شود تعداد تردد 

صفحه 48:
اثر رطوبت بر فشردگی *بیشترین فشردگی کمی پایین تر از حد پایین خمیرایی *خاکهایی که حد پایین خمیرایی پایین تر از ظرفیت مزرعه است خاک نامناسب "خاکهایی که حد پایین خمیرایی بالاتر از ظرفیت مزرعه است خاک مناسب جاده سازی خاک متوسط کشاورزی 6 10 06 eo 

صفحه 49:
عوارض فشردگی * کاهش ریشه دوانی ۰ کاهش زهکشی داخلی خاک ‎Ga *‏ تهویه خاکت * نیاز به توان بیشتر برای عملیات خاکورزی 

صفحه 50:
هه اکر چه عواملی مثل نزولات جوی و تردد انسان و دام موثر است ولی بشترین فشرد گی مربوط به تردد ماشین است د رکشت مکانیزه چون ماشین الات بزر گتر هستند اثر سوء بیشتر دارند بدترین فشردکی با رطوبت قبل از 0 است چون خلل و فرج اب و هوا وجود داشته روانکاری ذرات راحت تر انجام مى كيرد قوانين جاده اى حداكثر بار اكسل را 4 تن در نظر مى كيرد حال انكه در كشاورزى بارها به مراتب بيشتر هستند - كمباين بر تا ۱۵ تن - کود کار های دامی بزرک ۱۷ تن 

صفحه 51:
روش های گاهش خسارت به خاک از کار بر روی خاک های مرطوب ممانعت شود تردد در حداقل باشد - مدیریت تردد در 46930 ‎(PrePPic Parwrtery)‏ وزنه و لغزش ترا کتور مناسب انتخاب شود وزنه های اضافی از ترا کتور باز شوند از ادواتی استفاده شود که انتقال وزن بیشتر داشته باشند از وسایل کمک کشش استفاده شود هر جا امکان دارد از سرعت بیشتر و کشش کمتر استفاده شود