دستگاه استوانه توخالي تناوبي غيراشباع در زمينه مدلهاي رفتاري خاك، ديناميك خاك، ژئوتكنيك لرزه¬اي و مكانيك خاكهاي غيراشباع در شاخه ژئوتكنيك (زيرمجموعه رشته عمران) قرار مي¬گيرد. در نظر گرفتن شرايط واقعي نمونه خاكهاي زير سازه¬ها يا سازه¬هاي خاكي به عنوان يك محيط اغلب غيراشباع كه مي¬تواند تحت ناهمساني تنش ذاتي و يا القايي قرار گيرد، هدف اصلي اين اختراع بوده است. براي پيشبرد اين هدف سيستم كنترل جريان آب نمونه، سيستم اندازه¬گيري تغييرات درجه اشباع نمونه و سيستم اعمال مكش در نمونه پيش¬بيني، طراحي، ساخته و به دستگاه استوانه توخالي تناوبي افزوده شد. براي الحاق اين سيستم¬ها دو عدد پداستال برنجي با ابعادي مشابه قالب اصلي دستگاه شامل سراميك¬هاي متخلخل ورود هواي بالا جايگزين پداستال پيشين دستگاه شد. همچنين سيستم انتقال محوري متشكل از لوله‌ها، اتصالات، رگلاتور و رطوبت‌گير به منظور اعمال فشار و كنترل مكش بر روي نمونه خاكي طراحي و ساخته شد. در نهايت يك سيستم ستون آب منفي متشكل از دو پايه فلزي و يك لوله افقي شيشه¬اي u شكل به همراه شير‌آلات و اتصالات مربوطه كه بر ‌روي يك پايه سوار شده است به منظور اعمال مكش و اندازه گيري درجه اشباع نمونه¬هاي خاكي، طراحي گرديد و توليد شد.

دستگاه برش ساده تناوبي و المان خمشي كنترل مكش در زمينه ديناميك خاك، ژئوتكنيك لرزه¬اي و مكانيك خاك¬هاي غيراشباع در شاخه ژئوتكنيك (خاك و پي) به عنوان زيرمجموعه رشته عمران قرار مي-گيرد. مدول برشي و نسبت ميرايي به ترتيب به عنوان شاخص¬هاي سختي و استهلاك انرژي، اصلي¬ترين پارامترهاي خصوصيات ديناميكي مصالح زميني براي تحليل پديده¬ي انتشار امواج مي¬باشند. همچنين درجه اشباع و مكش پارامتر¬هاي اصلي مورد بحث در مكانيك خاك¬هاي غيراشباع مي¬باشند. دستگاه برش ساده تناوبي و المان خمشي كنترل مكش شامل تركيب چهار جزء اصلي 1) دستگاه برش ساده تناوبي، 2) يك جفت دستگاه المان خمشي، 3) سيستم ستون آب منفي و 4) سيستم انتقال محوري است كه به صورت همزمان قابل بهره برداري هستند. در واقع سه جزء آخر به طور مناسب به جزء اول الحاق شده¬اند و در نتيجه آن اين دستگاه مي¬تواند به صورت همزمان مدول برشي و نسبت ميرايي كرنش¬هاي بزرگ و كرنش¬هاي كوچك خاك را به دست دهد و نيز به صورت دقيق و وسيع مكش و درجه اشباع در خاك را كنترل و اندازه¬گيري نمايد و شرايط واقعي خاك در طبيعت را از نظر رطوبتي شبيه سازي كند.

دستگاه غيراشباع اندازه گيري اتوماتيك فروريزش، تورم و تغييرحجم خاك ها، دستگاهي براي ارزيابي مقادير تغييرات حجمي خاك ها به خصوص خاك¬هاي مسئله دار فروريزشي و تورمي مي باشد. انواع خاك-ها تحت تغيير شرايط هيدروليكي و مكانيكي مختلف، ميزان تغييرحجم متفاوتي از خود نشان مي دهند. اين ميزان تغييرحجم در خاك هاي مسئله دار مانند لُس ها و رس هاي با پلاستيسيته بالا قابل توجه بوده و اندازه گيري آن در پروژه هاي عمراني و زيست محيطي از اهميت بسزايي برخوردار است. اين دستگاه يك نسخه توسعه داده شده دستگاه اُدئومتر خاك مي باشد كه نسبت به دستگاه هاي مرسوم قابليت اعمال خودكار مقادير تنش قائم و ثبت تغييرات ارتفاع نمونه (معادل تغييرات حجم) را دارد. همچنين براي كنترل شرايط هيدروليكي خاك، يك سلول ادئومتر غيراشباع جايگزين سلول مرسوم شده است. سلول جايگزين هوابند و مجهز به سراميك متخلخل غيراشباع مي باشد. در نهايت براي كنترل مكش ماتريسي و ميزان تغيير حجم آب نمونه خاك درون سلول، يك پنل كنترل و قرائت فشارهاي منفذي هوا و آب نيز به دستگاه اضافه شده است. بنابراين ميزان تغييرحجم خاك به صورت اتوماتيك تحت مسيرهاي هيدروليكي و مكانيكي مختلف با كنترل مكش و تنش سربار و ثبت درصد رطوبت خاك قابل اندازه گيري است. همچنين كاربرد ديگر اين دستگاه، اندازه گيري منحني نگهداشت آب-خاك به روش انتقال محور مي باشد.

سيستم آزمايش كرنش كوچك براي اندازه¬گيري جامع مدول¬هاي الاستيسيته در مصالح مختلف مهندسي عمران توسط المان¬هاي مرتعش متنوع، سيستمي براي اندازه¬گيري سرعت¬هاي موج¬هاي فشاري و برشي در مصالح زميني مختلف بخصوص خاك تحت شرايط نوساني دلخواه مي¬باشد. كاربرد اين دستگاه در مهندسي عمران و شاخه¬هاي سازه، ژئوتكنيك، و روسازي راه و نيز مهندسي معدن مي¬باشد. محدود بودن دستگاه¬هاي آزمايشات غيرمخرب به نوع خاصي از مصالح در اين دستگاه رفع گرديده است. بنابراين اين دستگاه قابليت آزمايشات غيرمخرب را به صورت وسيع و براي انواع نمونه¬هاي آزمايشگاهي مصالح زميني از جمله بتن، آسفالت، خاك و سنگ در ابعاد مختلف فراهم مي¬آورد. بخش¬هاي اين سيستم عبارتند از: 1) عملگر فرستنده، 2) سنسور گيرنده، 3) مولد تابع، 4) نوسان نما، و 5) تقويت كننده 6) كاهنده. انواع عملگرهاي فرستنده و سنسور¬هاي گيرنده اين دستگاه شامل خمشي يك جهته، خمشي دوجهته، فشاري و يا تركيبي مي¬باشند. در اين دستگاه موج الكتريكي به وسيله¬ي عملگر فرستنده به موج مكانيكي و موج مكانيكي به موج تنشي در مصالح مورد آزمايش تبديل مي¬گردد. موج عبوري از مصالح از طريق سنسور گيرنده دريافت مي¬شود و اختلاف زمان موج ارسالي و دريافتي و فاصله بين عملگر تا سنسور، مي¬تواند مدول¬هاي الاستيسيته مصالح زميني مورد آزمايش را بدست دهد.

تنسيومتر ظرفيت بالا براي اندازه¬گيري مكش ساختاري بيشتر از فشار كاويتاسيون (مكش سنج خاك)، دستگاهي براي اندازه¬گيري مكش بافتي و فشار منفذي آب خاك در مقادير بالاتر از فشار كاويتاسيون جهت پايش شرايط خاك براي اهداف ژئوتكنيكي و كشاورزي مي¬باشد. اندازه¬گيري مكش آب درون خاك (مكش بافتي خاك) توسط تنسيومترهاي موجود تنها محدود به فشار كاويتاسيون (يك اتمسفر) است. جهت رفع اين مشكل و حصول مقادير مكش بافتي بالاتر (تا بيش از 10 اتمسفر) اين دستگاه براساس مفاهيم فيزيك ملكولي آب طراحي و ساخته شده است. همچنين اندازه¬گيري فشار آب حفره¬اي خاك نيز توسط اين دستگاه ممكن است. اين دستگاه مينياتوري (كوچك) را هم در محيط آزمايشگاهي جهت تحقيقات علمي و هم در محيط طبيعي و در اعماق مختلف خاك مي¬توان استفاده كرد. نويز¬هاي دستگاه به كمك تمهيدات انديشيده شده در قرار دادن كارت پردازش درون سنسور، كاهش قابل ملاحظه داشته است. اين دستگاه بدون نياز به هيچ واسط الكترونيكي توسط پورت يو اس بي به كامپيوتر متصل مي¬گردد. كاليبراسيون و ثبت داده¬ها توسط يك نرم افزار ويژه انجام مي¬گيرد. زمان پاسخ دهي دستگاه به دليل فضاي كوچك آب درون سنسور كمتر از چند دقيقه مي¬باشد. محفظه اشباع سازي و كاليبراسيون با ظرفيت 20 بار از ملحقات اصلي دستگاه مي¬باشد.

سيستم اتوماتيك آزمايش كرنش كوچك در مصالح زميني، براي اندازه¬گيري اتوماتيك مدول¬هاي الاستيسيته (مدول يانگ، مدول برشي، مدول محصورشدگي) در مصالح زميني مختلف بخصوص خاك تحت شرايط نوساني دلخواه مورد استفاده قرار مي¬گيرد. محدوده كاربرد اين دستگاه در مهندسي عمران شاخه¬هاي سازه، ژئوتكنيك و روسازي راه و نيز در مهندسي معدن مي¬باشد. در سيستم¬هاي معمول انجام آزمايشات غيرمخرب در انواع مصالح دو مشكل اساسي وجود دارد: 1) تعيين دستي و غيردقيق سرعت عبور امواج از مصالح، 2) محدود بودن دستگاه به نوع خاصي از مصالح از لحاظ خصوصيات نوساني و نيز المان-هاي مرتعش. به كمك المان¬هاي مرتعش متنوع (امواج برشي و امواج فشاري)، اين دستگاه قابليت آزمايشات غير مخرب را به صورت وسيع و براي انواع نمونه¬هاي آزمايشگاهي مصالح زميني از جمله بتن، آسفالت، خاك و سنگ در ابعاد مختلف فراهم مي¬آورد. همچنين با كمك مفاهيم و روش¬هاي اندازه¬گيري سرعت عبور امواج (مانند روش قله به قله نوسان¬ها)، نرم افزار سيستم كنترل و ثبت داده¬هاي دستگاه به صورت خودكار در فواصل زماني دلخواه مقادير مدول¬¬ الاستيسيته مورد نظر را مستقيماً بدست داده و نتايج را ثبت و ذخيره مي¬كند.

سلول ادئومتر خاك غيراشباع با سراميك¬هاي قابل برداشت، يك محفظه آببند/هوابند براي ايجاد شرايط كنترل مكش در نمونه خاك تحت شرايط تحكيم يك بعدي مي¬باشد. اين سلول براي مطالعات ژئوتكنيكي و مكانيك خاك و پي و نيز مهندسي كشاورزي (آزمايشات منحني نگهداشت آب خاك) استفاده مي¬گردد. سلول معمول¬ دستگاه ادئومتر¬ خاك (دستگاه تحكيم يك بعدي خاك) قابليت انجام آزمايشات كنترل مكش (آزمايشات خاك غيراشباع) را ندارد. سلول¬ ادئومتر خاك غيراشباع اين قابليت را به دستگاه ادئومتر خاك افزوده است. اين سلول محفظه هوابندي براي كنترل فشار هواي منفذي مي¬باشد كه مجهز به سراميك متخلخل غيراشباع مي¬باشد. براي آزمايش بر روي خاك¬هاي مختلف، سراميك¬هايي با ظرفيت¬هاي مختلف لازم است. از جمله نوآوري¬هاي اين سلول تغييرپذيري آسان سراميك غيراشباع آن مي-باشد، به صورتيكه سراميك¬ها درون يك هوسينگ مجزا از پداستال سلول هستند و به صورت كاملأ هوابند درون پداستال سلول قرار مي¬گيرند. ميله محور بارگذاري كه نيروي قائم را از بيرون سلول به كپ نمونه انتقال مي¬دهد، كاملأ هوابند بوده و داراي اصطكاك ناچيز براي حركت قائم است. اين سلول يك مسير از كپ سلول، يك مسير از پداستال سلول و دو مسير از زير سراميك دارد.

تنسيومتر خاك قابل دفن مجهز به سراميك تخت با قابليت فلاشينگ و ثبت داده¬هاي اتوماتيك، دستگاهي جهت پايش اتوماتيك مكش بافتي و فشار منفذي آب خاك براي اهداف ژئوتكنيكي و كشاورزي مي¬باشد. اين دستگاه بر چهار محدوديت تنسيومترهاي معمول غلبه كرده است: 1) عدم امكان دفن تنسيومتر در اعماق زياد خاك، 2) انجام فلاشينگ حباب هواي تنسيومتر به صورت حضوري و دستي، 3) قرائت مقادير مكش به صورت حضوري و دستي، 4) عدم اصلاح ارتفاع آب. در اين دستگاه ثبت مقدار مكش خاك، عمل فلاشينگ حباب¬هاي هوا، و اصلاح ارتفاع آب به صورت الكترونيكي و با يك كمك سيستم كنترل و ثبت داده¬هاي چند كاناله (امكان استفاده براي چند تنسيومتر به صورت همزمان) انجام مي¬گيرد. در حاليكه داده¬ها بر روي صفحه ديجيتال سيستم كنترل و ثبت داده¬ها قابل روئيت مي¬باشند، همزمان داده¬هاي هر تنسيومتر در فواصل زماني مشخص ذخيره مي¬گردد. همچنين اين دستگاه را مي¬توان در اعماق مختلف خاك مدفون كرد در حاليكه يك لوله منعطف، طويل و مقاوم در برابر خوردگي، پوسيدگي و نفوذ آب كابل¬ها و شلنگ¬هاي مربوط به دستگاه را به اتاقك سيستم كنترل و ثبت داده¬ها هدايت مي¬كند. زمان پاسخ دهي اين دستگاه به كمك كاهش فضاي آب درون سنسور كمتر از ده دقيقه مي¬باشد.

سلول دوگانه آزمايش سه¬محوري خاك غيراشباع با سراميك¬هاي قابل برداشت، محفظه¬اي دوگانه و آب¬بند/هوابند براي انجام آزمايشات كنترل مكش در شرايط مختلف تنش در آزمايش سه محوري خاك مي¬باشد. اين دستگاه براي مطالعات ژئوتكنيكي، مكانيك خاك و پي، و نيز مهندسي كشاورزي (آزمايشات منحني نگهداشت آب خاك) مورد استفاده است. دو مشكل اصلي دستگاه سه محوري غيراشباع در اين دستگاه رفع گرديده است: 1) عدم دقت اندازه¬گيري تغييرات حجم نمونه غيراشباع، 2) محدود بودن دستگاه به نوع خاك آزمايش با توجه به ظرفيت سراميك غيراشباع آن. اين دستگاه داراي دو محفظه، جهت غلبه بر محدوديت¬هاي تعيين تغيير حجم نمونه خاك در آزمايش سه محوري غيراشباع مي¬باشد. همچنين اين دستگاه برخلاف سلول¬هاي سه¬ محوري معمول غيراشباع كه داراي سراميك متخلخل غيراشباع ثابت مي-باشند، قابليت تغييرپذيري آسان سراميك را داراست. اين امر با كمك تفكيك پداستال به دو بخش زيرين و هوسينگ سراميك انجام گرفته است. بنابراين كاربرد سلول براي استفاده در انواع خاك گسترده شده است.