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.

توسعه ي دستگاه برش ساده تناوبي براي آزمايشات ديناميكي خاك هاي دانه اي براي مكش هاي مختلف و قابل كنترل در نمونه هدف اصلي مي باشد. جهت حصول اين هدف سيستم بارگذاري و اندازه گيري محوري، صفحه ي تحتاني نگهدارنده خاك و اتصالات دستگاه موجود اصلاح و يك ستون معلق ساخته شد. بدين ترتيب مي توان به روش ستون معلق و يا صفحه فشار، مكش دلخواه را در نمونه اعمال و ميزان آب خروجي از نمونه را با دقت كافي اندازه گيري كرد و در نهايت بسته به هدف، آزمايش برش ساده تناوبي، برش ساده مونوتونيك يا منحني مشخصه آب خاك را با هر نوع خاكي انجام داد. پس از انجام آزمايشات شاخص براي ماسه بابلسر به منظور كاليبراسيون و صحت سنجي عملكرد غيراشباع دستگاه، منحني مشخصه آب خاك اين ماسه به روش انتقال محوري (با تركيب ستون معلق و صفحه فشار) بدست آورده شد و با منحني مشخصه آب خاك روش كاغذ صافي و مدل هاي مختلف مقايسه گرديد و تعدادي آزمايش برش ساده تناوبي با رويكرد به منحني مشخصه آب خاك انجام شد.