1- نمونه گیری و آزمایش سنگ و خاک:

آزمایش سنگ و خاک در محل حفاری و ساختمان سازی برای درک اقدامات احتیاطی و انجام اصلاحات لازم بسیار ضروری می‌باشد. این آزمایشات برای تعیین نفوذپذیری، کشش، تخلخل و استحکام خاک و سنگ مورد نیاز است. با درک بهتر شرایط خاک و سنگ محل انجام پروژه می‌توان تصمیم‌های مناسب برای بهبود وضعیت محل پروژه گرفت، از این رو انجام این آزمایش‌ها بسیار مهم می‌باشد. آزمایش‌های فیزیکی رایج شامل: آزمایش تعیین رطوبت، چگالی، برش مستقیم، تحکیم، شاخص انبساط، آنالیز اندازه دانه، وزن مخصوص و آتربرگ است. آزمایش‌های شیمیایی شامل: PH، مقاومت ویژه، میزان کلرید و سولفات است. تمامی این آزمایشات به دو صورت: در محل و در آزمایشگاه انجام می‌شود.

2- آزمایش‌های نفوذ سنج (آزمون نفوذ استاندارد (SPT) و آزمون نفوذ مخروط (CPT)):

آزمایش‌های صحرایی متعددی وجود دارد که پارامترهای ژئوتکنیکی زمین را بطور مستقیم بدست می‌دهند. در برخی از این آزمایش‌ها میزان نفوذ یک نفوذ سنج در خاک به عنوان نمادی از مقاومت خاک محاسبه شده و با استفاده از آن و با استناد به روابط تجربی موجود به طور غیرمستقیم خصوصیات زمینی بدست می‌آید. آزمون نفوذ استاندارد (SPT) و آزمون نفوذ مخروط (CPT) از معروفترین آزمایشهای نفوذ سنج می‌باشند.

– آزمایش نفوذ استاندارد (Standard Penetration Test): آزمایش نفوذ استاندارد یکی از قدیمی‌ترین و معمولترین آزمایش‌های صحرایی ژئوتکنیک است که از آن برای تخمین مقاومت خاک کف گمانه استفاده می‌نمایند. این آزمایش یکی از پرکاربردترین آزمایش‌های صحرایی می‌باشد که دلیل آن سادگی، ارزانی و وجود مطالعات گسترده جهت تخمین پارامترهای متعدد خاک بر اساس نتایج این آزمایش می‌باشد. برای انجام این آزمایش یک چکش 63.5 کیلویی از ارتفاع 76 سانتی‌متری روی خاک رها می‌شود. این عمل باعث می‌شود که نمونه‌گیر به درون خاک انتهای گمانه رانده شود. این عمل به قدری تکرار می‌شود تا نمونه‌گیر 45 سانتی‌متر در درون خاک نفوذ کند. تعداد ضربات لازم برای آنکه نمونه‌گیر به اندازه 15 سانتی‌متر در خاک نفوذ کند در هر مرحله از نمونه‌گیری باید اندازه‌گیری شود.

 

– آزمایش نفوذ مخروط (Cone Penetration Test): آزمایش نفوذ مخروط برای نخستین بار در اروپا طراحی و توسعه داده شد و بعد از آن در سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفت. در این آزمایش یک نفوذ سنج (یک میله فلزی با سر مخروطی) که زاویه رأس آن 60 درجه و قطرش 35.7 سانتی‌متر است با سرعت 20 میلی‌متر در ثانیه به داخل خاک رانده می‌شود. میزان مقاومت خاک در برابر نفوذ ابزار ذکر شده به صورت مقاومت نوک و مقاومت جدار توسط دستگاه اندازه گیری می‌شود.

 

3- آزمایش‌های سنجش مقاومت و شکل‌پذیری خاک: این آزمایش‌ها برای محاسبه مقاومت، تغییر شکل‌پذیری و تراکم پذیری خاک کارایی دارند. در این آزمایش‌ها با اعمال تنش به خاک رفتار آن در مقابل تنش‌های وارده به صورت صحرایی اندازه‌گیری و مطالعه می‌شود.

-آزمایش برش پره: این آزمایش یکی از آزمایش‌های صحرایی است که از آن برای تخمین مقاومت برشی زهکشی نشده رس‌های کاملاً اشباع استفاده می‌شود. در این آزمایش ابزاری چهار پره مانند با اعمال فشار وارد زمین شده و از طریق اندازه گیری نیروی لازم برای چرخش آن در خاک، مقاومت برشی رس‌های نرم تا نسبتاً سخت اندازه گیری می‌شود.

 

– بارگذاری صفحه: آزمایش بارگذاری صفحه (plate load test) روش صحرایی برای تعیین ظرفیت باربری خاک، ارزیابی میزان تراکم پذیری و محاسبه مدول عکس‌العمل بستر در برابر بارهای وارده است. داده‌های حاصل از این آزمایش برای تأیید مفروضات طراحی حاصل از آزمایش‌های خاک مفید است و می‌تواند به عنوان پارامتر طراحی استفاده شود. برای انجام این آزمایش یک صفحه فلزی در عمق مورد نظر قرار گرفته و به آن بار اعمال می‌شود. بعد از هر دفعه افزایش بار، میزان نشست ثبت می‌گردد.

 

-آزمایش پرسیومتری  (pressuremeter test): آزمایش پرسیومتری که به اشتباه توسط برخی از محققین ایرانی به فشار سنجی ترجمه شده است، در ابتدا توسط لوئیس منارد در سال 1954 در فرانسه ابداع شد. از این آزمایش صحرایی برای تعیین پاسخ تنش-کرنش خاک مورد آزمایش استفاده می‌شود. برای انجام این آزمایش یک بالن استوانه‌ای تحت فشار سیال درون گمانه انبساط می‌یابد و تغییرات حجم و فشار آن بطور پیوسته ثبت می‌شود. از معمول‌ترین ویژگی‌هایی که بر اساس این آزمایش ارزیابی می‌گردد مدول تغییر شکل خاک، مقاومت زهکشی نشده خاکهای رسی اشباع، فشار جانبی، تخمین میزان تراکم نسبی و زاویه اصطحکاک داخلی خاک است.

 

4– آزمایش‌های صحرایی نفوذ پذیری زمین ( لوژان و لوفران): نفوذ پذیری یکی از مشخصات زمین است که در سازه‌های آبی و همچنین سازه‌هایی که سطح آب زیرزمینی و حرکت آب در خاک برای آنها اهمیت دارد، مورد توجه قرار می‌گیرد. از نظر کاربرد و اهمیت، تعیین نفوذپذیری برای پی سدها و بندها اصلی‌ترین مورد کاربرد ضریب نفوذپذیری است. در واقع برای محاسبه میزان تراوش از پی سد و همچنین برای تعیین گرادیان هیدرولیکی آب در نقاط مختلف پی لازم است ضریب نفوذپذیری به روش آزمایشگاهی یا صحرایی تعیین شود.

-تعیین نفوذپذیری در توده‌های سنگی با آزمایش فشار آب (لوژان): متداولترین روش برای اندازه‌گیری نفوذپذیری توده‌های سنگی در صحرا، روش لوژان است. در این روش ابتدا میزان آب‌خوری توده تحت یک فشار ثابت اندازه‌گیری می‌شود و سپس با تغییر فشار آب منحنی تغییرات خورند در برابر فشار آب ترسیم می‌شود. از تفسیر این نمودار عدد لوژان بدست می‌آید. آزمایش فشار آب یا لوژان یک آزمون درون چاهی است و بنابراین لازم است برای انجام آن گمانه‌ای حفاری شود. به همین دلیل این آزمون معمولاً در جریان حفاری گمانه‌های اکتشافی انجام می‌شود.

 

-تعیین نفوذپذیری صحرایی در خاک با آزمایش لوفران: آزمایش صحرایی لوفران یک آزمون درون چاهی است که برای اندازه‌گیری نفوذپذیری توده‌های خاکی نظیر آبرفتهای رودخانه‌ای، تراس‌های آبرفتی قدیمی، واریزه‌ها و خاک‌های بر جا کارائی دارد. با توجه به آن که آزمون بصورت برجا و صحرایی انجام می‌شود و نتایج آزمون لوفران در خاک‌های ریزدانه نسبت به نتایج نفوذپذیری آزمایش اغلب واقع بینانه‌تر است. اساس کار انجام آزمایش لوفران مشابه آزمایش لوژان است. در این آزمایش آب با فشار وارد زمین شده و یا از آن خارج می‌گردد و میزان تغییرات دبی و ارتفاع اندازه‌گیری می‌شود. با این حال یکی از تفاوت‌های اصلی آزمایش لوفران با آزمایش لوژان آن است که در آزمایش لوفران سطح آب آزاد بوده و در واقع قطعه مورد آزمایش نظیر آزمایش لوژان تحت فشار پمپ قرار نگرفته و جریان آب صرفاً در اثر اختلاف تراز بین سطح آب گمانه و سطح آب محیط شکل می‌گیرد.

5- آزمایش‌های ژئوفیزیک ( آزمون CHT و DHT): دانش ژئوفیزیک با استفاده از امواجی نظیر امواج الکتریکی، الکترومغناطیسی، مغناطیسی و صوتی به مطالعه خواص زمین و محیط اطراف آن می‌پردازد. آزمون‌های معمول ژئوفیزیک که بخشی از برنامه کاوش‌های صحرایی می‌باشد به منظور بالاتر بردن دقت نتایج حفاری‌ها و مطالعات آزمایشگاهی به کار می‌روند. در عمل چهار طریق هوایی، دریایی، درون چاهی و زمینی شیوه‌هایی هستند که برای برداشت‌های ژئوفیزیکی به کار می‌روند. در مطالعات ژئوتکنیک عمدتاً از روش‌های زمینی و درون چاهی استفاده می‌شود.

-آزمون CHT (Cross Hole Test): از آزمون CHT برای تعیین سرعت موج برشی خاک به منظور اندازه‌گیری سختی آن استفاده می‌شود. از این آزمایش برای بررسی سایت و شناسایی مواد در رسوبات خاک یا سازندهای سنگ استفاده می‌شود و از نتایج برای بدست آوردن مشخصات سرعت موج لرزه‌ای دقیق در محل استفاده می‌شود. برای انجام این آزمایش معمولاً از دو یا سه گمانه با فاصله افقی 3 تا 6 متر که در یک امتداد حفاری می‌گردند، استفاده می‌شود.

 

– آزمون DHT (Down Hole Test): آزمایش DHT به منظور تعیین خواص فیزیکی خاک در محل مورد بررسی انجام می شود. آزمون DHT صرفاً با استفاده از یک گمانه غلاف گذاری شده قابل انجام است. در این آزمون، امواج برشی از طریق یک منبع تولید لرزه که در سطح زمین قرار گرفته، تولید شده و توسط گیرنده ژئوفن که در ته گمانه جاسازی شده است، دریافت می‌گردد. منبع تولید لرزه، شامل یک چکش و صفحه‌ای فلزی که به صورت افقی در سطح زمین قرار دارد، می‌باشد. به وسیله اصابت چکش به این صفحه فلزی در امتداد طولش، لرزه ایجاد می‌شود، و به منظور افزایش تنش قائم وارد بر صفحه فلزی مذکور معمولاً بار چرخ یک وسیله نقلیه به صورت استاتیکی روی آن قرار می‌گیرد.

 

6- پایدارسازی خاک با روش نیلینگ و آنکراژ:

-روش میخ‌کوبی دیوارها، نیلینگ (nailing) یا روش دوخت به پشت: عبارت است از نصب آرماتورهای غیرفعال (بدون پس کشش) در زمین با نصب میله ها یا مقاطع فولادی با فاصله نزدیک در یک سطح شیبدار و یا در محل گودبرداری به صورت قائم و با اجرای از بالا به پایین (Top Down Construction) می باشد. درون گمانه‌ها را با استفاده از دوغاب سیمان پر می ‌کنند تا هم میلگردها دچار خوردگی نشوند و هم انتقال نیرو بین خاک و میلگرد بهتر انجام گیرد. این روش برای نخستین بار در دهه 60 میلادی در استرالیا برای پایدارسازی گودبرداری یک تونل مورد استفاده قرار گرفت و بعد از آن در سراسر دنیا مورد استفاده قرار گرفت. در سال‌های اخیر استفاده از این روش افزایش چشمگیری داشته است.

روش آنکراژ: این روش همانند روش نیلینیگ یکی از روش‌های پایدار سازی شیب و گودبرداری می‌باشد، که شباهت زیادی به روش نیلینگ دارد و بعد از انجام آنها توان خاک افزایش می‌یابد. در این روش هم از یک وسیله از جنس فولاد همانند میلگرد استفاده می‌شود. تفاوت اصلی این روش با روش نیلینگ، اعمال نیروی پس تنیدگی برای آرماتورها می‌باشد.