عنوان اختراع: دستگاه سه محوره آزمايش شكافت هيدروليكي در سنگ زمينه فني اختراع: زمينه فني اختراع در حيطه مهندسي نفت و مهندسي معدن است. و در رابطه با انجام آزمايشهاي شكافت هيدروليكي مي باشد. مشكل فني و بيان اهداف اختراع: شكست هيدروليكي از روشهاي اصلي تحريك مخزن است. براي بررسي اين روش، تستهاي آزمايشگاهي لازم مي باشد براي بررسي شكست هيدروليكي درمقياس آزمايشگاهي و شرايط نزديك به شرايط زمين، استفاده از دستگاه سه محوره مناسب تر مي باشد. چرا كه ميدان تنشهاي موجود در زمين ناهمسانگرد بوده و در سه جهت مختصاتي مقداري متفاوت دارند. به همين دليل استفاده از دستگاه سه محوره مي تواند اين كمبود را جبران كرده و شرايطي شبيه به شرايط زمين را در مقياس آزمايشگاهي محيا كند. در ايران آزمايشهاي شكست هيدروليكي با دستگاه استوانه اي سلول هوك صورت مي گيرد كه شرايط زمين را در مقياس آزمايشگاهي به خوبي محيا نمي سازد چرا كه تنشهاي افقي در اين دستگاه يكسان در نظر گرفته مي شود. استفاده دستگاه ساخته شده مي تواند اين مشكل را حل كند. كاربرد دستگاه ساخته شده براي انجام كارهاي آزمايشگاهي شكست هيدروليكي مي باشد. اين دستگاه قادر به انجام آزمايش شكست هيدروليكي بر روي نمونه هاي مكعبي 10×10×10 سانتي متر است. پروژه اي كه با استفاده از اين دستگاه انجام شد، به خوبي نشان داد كه دستگاه بي نقصاست زيرا نتايج بدست آمده از اين دستگاه با نتايج مشابهي كه در مطالعات گذشته بدست آمده است، همخواني دارد.

اغلب براي مطالعه پارامتر ها و رفتار خاكها به ويژه خاك هاي غير چسبنده استفاده از مدل هاي آزمايشگاهي ضروري است. بدين منظور نمونه خاك بايد به حالت اوليه خود بازسازي شود. روش هاي مختلفي براي اين منظور اعم از روش بارش، روش ارتعاش و روش كوبيدن وجود دارند كه روش بارش به دليل برخي مزايا از جمله قابليت تكرار پذيري بالا و عدم خرد شدن دانه ها نسبت به ساير روش ها برتري دارد. يكي از مشكلات در استفاده از اين روش عدم توانايي حصول همه درصد هاي تراكم به ويژه حالت بسيار سست براي دانه بندي هاي مختلف و در ابعاد مختلف مي باشد. با افزايش مطالعات در اين زمينه مشخص گرديد عوامل متعددي در اين روش تاثير گذار هستند كه مي توان به ارتفاع بارش، قطر صفحه بارش، وجود يا عدم وجود الك هاي جدا كننده و قطر نازل اشاره نمود. بنابراين دستگاه ساخته شده با در نظرگرفتن همه عوامل موثر بر بارش، بايد به گونه اي ساخته مي شد كه تغيير پارامتر هاي مختلف توسط كاربر امكان پذير باشد. دستگاه حاضر به گونه اي طراحي و ساخته شده است كه امكان تغيير و كنترل همه پارامتر هاي موثر بر بارش وجود دارد و مي توان با تركيب حالت هاي مختلف به درصد تراكم هاي مختلفي از حالت بسيار سست تا بسيار متراكم رسيد. به عنوان مثال براي رسيدن به درصد تراكم هاي بسيار پايين از صفحات بارش با قطر منافذ بزرگ (با درصد روزنه داري زياد) و بدون الك هاي جداكننده استفاده گرديده است و ارتفاع بارش تا حد امكان پايين آورده مي شود. همچنين براي رسيدن به درصد تراكم هاي بالا از صفحات بارش با قطر منافذ كوچك (با درصد روزنه داري كم) با الك هاي جدا كننده استفاده گرديده است. قابليت ديگر اين دستگاه امكان استفاده آن براي قالب هاي مختلف از نظر ابعاد مي باشد چرا كه اين دستگاه علاوه بر توانايي بازسازي نمونه هاي كوچك، نظير برش مستقيم و سه محوري، به دليل ابعاد بزرگ و توانايي حركت در جهت هاي مختلف قادر به ساخت نمونه هاي بزرگ كه در مدل سازي هاي فيزيكي استفاده مي گردد نيز هست. ساخت نمونه توسط اين دستگاه بدون دخالت دست و با دقت و قابليت تكرار پذيري بالا انجام ميگيرد. مخزن اين دستگاه نيز به گونه اي طراحي شده است كه يك قسمت آن هميشه داراي ارتفاع ثابت از خاك باشد چرا كه ثابت ماندن ارتفاع خاك بر روي شدت بارش تاثير مي گذارد. همچنين براي ساخت نمونه هاي بزرگ نياز به جابه جايي مخزن با سرعت ثابت مي باشد در اين دستگاه حركت مخزن مي تواند با سرعت هاي ثابت مختلف انجام گيرد.

تاكنون تعيين چقرمگي شكست مصالح ترد سنگي و بتني تحت بارهاي اعمالي تك محوره صورت گرفته است. اين در حالي است كه در شرايط واقعي بارگذاري بر روي اين نوع مصالح در سازه¬هايي همچون سدهاي سنگريزه اي، بالاست راه آهن و مخازن نفت و گاز، بارهاي جانبي اعمالي علاوه بر بار قائم، نقش اساسي در تعيين چقرمگي شكست مود I، II و مود مركب مصالح ايفا خواهند نمود. اين مسئله در پيش بيني رفتار شكست مصالح ترد سنگي و طراحي دقيق اين نوع سازه ها بسيار حائز اهميت مي باشد. از اين رو، دستگاه اندازه گيري چقرمگي شكست در مصالح سنگي و بتني با لحاظ بار جانبي طراحي و ساخته شد. با استفاده از اين دستگاه ميتوان مقادير چقرمگي شكست مود I (كششي)، مود II (برشي) و مود مركب مصالح ترد سنگي و بتن را تحت بار دومحوره بدست آورد. همچنين اين دستگاه قابليت انجام آزمايش بر روي نمونه هاي با اندازه هاي 5/4 الي 11 سانتيمتر را دارا مي باشد. ضمناً استفاده از اتصالات پيچي در كل دستگاه، سبب تسهيل نصب و جابجايي آن شده است.

تزريق سيمان و مواد شيميايي به درون خاك يكي از روش هاي معمول اصلاح ويژگي هاي مهندسي خاك مي باشد. توليد و تزريق اين مواد به درون زمين آثار سوء زيست محيطي بسياري را به دنبال دارد. ايجاد رسوب كربنات كلسيم به صورت درجا به كمك باكتري هاي اوره آزي روش نويني است كه در چند سال گذشته ابداع شده و پيشرفت هاي چشمگيري را داشته است اما به دلايل ضعف تكنيكي در پروژه ها مورد استفاده قرار نگرفته است. در روش ايجاد كربنات كلسيم به صورت درجا لازم است مواد واكنش دهنده به درون خاك تزريق شوند. روش هاي قديمي تزريق، هزينه بالايي را به پروژه تحميل مي كنند. از اين رو مطالعات وسيعي انجام گرفت كه منجر به ارائه روش نوين ابداعي تزريق گرديد. اين نوآوري به صورت خلاصه شامل 4 مرحله ي زير مي باشد: 1- تزريق 25% حجم حفر‌ها خاك محلول باكتري 2- تزريق 25% حجم حفر‌ها خاك محلول اوره و كلسيم كلريد 3- تزريق 25% حجم حفر‌ها خاك محلول باكتري 4- تزريق 25% حجم حفر‌ها خاك محلول اوره و كلسيم كلريد كه تمامي مراحل تزريق با نرخ 100 ميلي ليتر بر ساعت و از بالا به پايين انجام مي گيرد. 4 لايه محلول باكتري و سمنتاسيون تزريق شده درون نمونه خاك بر روي هم قرار مي گيرند. وزن مخصوص محلول سمنتاسيون در اثر واكنش هاي شيميايي تغيير مي كند كه اين تغييرات باعث ايجاد يك جريان همرفتي در محلول سمنتاسيون مي شود. جريان همرفتي ايجاد شده به تدريج باعث مي شود كه تمامي محلول سمنتاسيون در تماس با محلول باكتري قرار گيرد. اين تماس دايمي بين باكتري ها و محلول سمنتاسيون منجر به ايجاد رسوب كربنات كلسيم در تمامي نمونه مي شود. همچنين اين روش ابداعي موجب كاهش بيش از 50% در هزينه هاي توليد محلول هاي مصرفي و كاهش 67% در هزينه هاي تزريق مي گردد.

اين اختراع با استفاده از مثلث بندي قادر به اندازه¬گيري زاويه،¬فاصله، مساحت، حجم و بطوركلي موقعيت¬يابي مي¬باشد. نكته قابل توجه در اين سيستم اين است كه وابسته به شرايط محيطي نيست بنابراين مشكل اصلي دستگاه¬هاي قبلي را ندارد. نمونه آزمايشگاه¬ي اين دستگاه ساخته شده و نتايج تئوري و عملي قابل قبولي حاصل شده است.نتايج حاصل قابل مقايسه با ساير ثجهيزات اندازه گيري با دقت بسيار بالا مي باشد. در پروژه¬هاي و سازه هاي مهندسي از اين دستگاه به راحتي جهت رفتار سنجي و مانيتورينگ سازه در طول زمان بهره برداري مي توان به راحتي و با قابليت اطمينان بالا استفاده نمود. دستگاه¬هاي معمول اندازه گيري از ليزر و امواج براي فاصله¬يابي استفاده مي¬كنندكه متاسفانه از محيط اطراف خود تاثير مي¬پذيرند. در دستگاه ساخته شده اين مشكل برطرف گرديده است. اين مشكل غير قابل حذف مي¬باشد و شركت¬هاي سازنده از روش¬هاي پيچيده و پر¬هزينه تلاش دارند تاثير اين عامل كاهش دقت را كم كنند. براي استفاده از دستگاه پيشنهادي براي اندازه¬گيري و كنترل جابجايي سدها توصيه خواهد شد كه در صورت اجراي آن اين دستگاه علاوه بر اين كه تمام توانايي¬هاي دستگاه¬هاي مورد مقايسه را پوشش مي¬دهد، قابليت¬هاي بسيار بالاتري نيز خواهد داشت.