خلاصه اختراع: اين اختراع، در چهار مرحله معرفي مي شود. مرحله اول ساخت نمونه هاي بتني حاوي حفره مركزي مخصوص آزمايش، مرحله دوم معرفي دستگاه مبدل بار فشاري به كششي، مرحله سوم مدلسازي عددي آزمايش به منظور بررسي اثر تمركز تنش اطراف حفره نمونه و تعيين معيار مناسب براي تعيين مقاومت كششي بتن و مرحله چهارم اعتبارسنجي نتايج آزمايش با مقاومت كششي برزيلي بتن. 1) نمونه موردآزمايش داراي يك حفره دايره اي است. اين نمونه بتني از تركيب آب، ماسه ريز دانه و سيمان با نسبتهاي %40، %30 و %30 آماده شده اند. نمونه هاي بتني داراي ابعاد mm 190×mm 60 × mm150 بوده كه داراي يك حفره مركزي به قطر mm 75 مي باشند. 2) دستگاه آزمايش از 7 قظعه فولاد ضد زنگ مجزا با شكل هاي مختلف ساخته شده است. اين اجزا با تكنيك ساده اي به نمونه بتني متصل مي شوند. ارتفاع كل دستگاه و نمونه cm 45 و عرض آن cm 20 است. اين دستگاه بگونه اي طراحي شده است كه با قرارگيري در ماشين فشاري تك محوره، بار فشاري ماشين به بار كششي تبديل شده و به نمونه منتقل مي گردد. بار كششي باعث ايجاد شكست كششي در ديواره حفره و پيشروي آن در راستاي عمود بر محور بارگذاري مي شود. وجود حفره در نمونه باعث تمركز تنش اطراف آن شده كه به اين ترتيب وقوع شكست كششي به دليل تمركز تنش اتفاق مي افتد. در اين شرايط بايستي تاثير حفره بر توزيع تنش و تمركز تنش در نمونه مطالعه شود تا بتوان مقاومت كششي بتن را براساس تمركز تنش تعيين نمود. 3) براي بررسي تاثير قطر حفره بر تمركز تنش در نمونه، مجموعه اي از شبيه سازي هاي عددي توسط نرم افزار FRANC2D انجام شد. به اين ترتيب تاثير قطر حفره بر تمركز تنش اطراف حفره بررسي شد و يك معيار مناسب براي تعيين مقاومت كششي بتن ارائه گرديد 4)همزمان با تست كشش مستقيم، آزمايش برزيلي بر نمونه هاي بتني انجام شد و نتايج دو روش مقايسه شدند. نتايج حاصل از دستگاه تبديل بار فشاري به كششي نشان مي دهد كه اين دستگاه قابليت ايجاد شكست كششي در نمونه را دارد. مقادير مقاومت كششي حاصل از اين روش، %33 كمتر از مقاومت كششي برزيلي نمونه بتني تعيين شد. آزمايش برزيلي مقاومت كششي بتن را بيشتر از CTT تقريب مي زند؛ كه اين به دليل ايجاد گراديان تنش درامتداد سطح شكست مي باشد ولي در آزمايش CTT تمركز تنش در ديواره حفره عامل شكست است كه مي توان آنرا بطور نقطه اي، يكنواخت دانست.

اين اختراع شامل مخزن فيزيكي سه بعدي، سيستم و مته حفاري، سگمنت هاي مسلح جهت نگهداري تونل و وزنه هاي مختلف براي بارگذاري سطحي و سربار تونل، ميباشد. با استفاده از اين سيستم ميتوان، نشست سطح زمين ولايه هاي عميقتر خاك، ناحيه تاثير نشست، تاثير جنس لايه هاي مختلف خاك در نشست، مشاهده نشست به صورت زنده، تاثير روش هاي مختلف حفاري بر روي نشست، مشاهده مودهاي مختلف تخريب تونل به صورت ايمن و زنده، بررسي رفتار پلاستيك خاك و مودهاي مختلف مكانيزم شكست در خاك و تونل، شبيه سازي حفاري مكانيزه از قبيل TBM، نفود پرتابه ها به درون سازه هاي مدفون، مشاهده زنده فروچاله ايجاد شده در اثر حفاري، شبيه سازي انفجار و مشاهده تاثير آن بر تونل، اندازه گيري آسان نشست و ... را بررسي كرد. در اين سيستم مخزن فيزيكي(جعبه) از 17 قطعه نبشي و تسمه فولادي، 2 جداره ي شيشه اي و 2 جدارهي حفره دار از جنس طلق اكرليك(پلكسي)، 3 تخته چوبي و 14 ورق پلي استايرن ساخته شده است. همچنين اين سيستم شامل 5 قطعه بتني(ساخته شده از ملات) مسلح شده با مفتول هاي فولادي ومسي به عنوان سگمنت و يك مته ي بلند فولادي جهت حفاري ميباشد. درون مخزن با استفاده از خاك با ويژگيهاي ژئوتكنيكي مشخص از قبيل دانه بندي، C، G، ɸ، ɣ و... تا ارتفاع مورد نظر پر ميشود. سپس تراكم خاك به درصد تعيين شده آزمايش ميرسد و با استفاده از سيستم مكانيزه حفاري ويا روش ديگر، تونل حفر شده وآزمايش مورد نظر محقق اجرا ميگردد. ابعاد مخزن فيزيكي75cm×75cm×25cm ميباشد. طول مته حفاري 25cm، قطر خارجي سگمنت ها 10cm، ضخامت 4mm و طول آنها 5cm ميباشد. بعد از حفر تونل با روش مكانيزه،اتريشي و يا ساير روش ها، بلافاصله بعد از بارگذاري و اعمال سربار به تاج تونل ميتوان مشاهدات زنده، شامل رفتار تونل تحت بارهاي مختلف، بررسي پارامترهاي مختلف لايه هاي خاك و اهداف مدنظر آزمايش را آغاز كرد. با استفاده از اين سيستم، مجموعه اي از آزمايشات با اهداف مختلف انجام شد و نتايج قابل قبول منطبق با تئوريهاي ژئوتكنيكي خاك مشاهده شد.