الاختبار الثلاثي 101: دليل شامل من النظرية إلى الممارسة

سواء كنت مهندسًا جغرافيًا ، أو طالب يدخل الحقل ، أو ببساطة فضوليًا بشأن ميكانيكا التربة ، فإن فهم الاختبار الثلاثي أمر ضروري. إنها واحدة من أكثر الطرق المختبرية استخدامًا على نطاق واسع لتقييم قوة التربة ، وسلوك الإجهاد ، والتشوه في ظل ظروف محاكاة في الأرض. هذا الدليل يمر بك من خلال كل شيء من النظرية إلى التنفيذ العملي - لا jargon ، مجرد الوضوح.

فهم الأساسيات: ما هو الاختبار الثلاثي؟

الاختبار ثلاثي المحور هو طريقة مختبر ميكانيكا التربة المستخدمة لتحديد قوة القص ¹ وخصائص التشوه ² من التربة. إنه يحاكي ظروف الإجهاد في العالم الحقيقي التي تواجهها التربة تحت الهياكل أو المنحدرات أو السدود.

المفاهيم الرئيسية:

• الإجهاد المحوري (σ₁): الإجهاد العمودي المطبقة على عينة التربة.
• حصر الإجهاد (σ₃): الضغط المطبق بالتساوي على جميع الجوانب (الإجهاد الشعاعي).
• ضغط المياه المسام (U): الضغط الداخلي في فراغات التربة ، وخاصة ذات الصلة في التربة المشبعة.

يتم وضع عينة من التربة الأسطوانية ، مغلقة في غشاء اللاتكس غرفة ثلاثية المحاور . يتم تطبيق الضغط في المراحل الخاضعة للرقابة لمراقبة كيفية فشل التربة أو تشوهات .

أبعاد عينة الاختبار النموذجية:

يوفر هذا الاختبار نظرة ثاقبة على الإجهاد الفعال والتماسك وزاوية الاحتكاك - وكل ذلك أمر بالغ الأهمية للتصميم الجيوتقني الآمن.

أنواع الاختبارات الثلاثية: شرح UU ، CU ، و CD

اعتمادًا على ظروف الصرف ³ وما إذا كانت العينة مدمجة ، هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الاختبارات الثلاثية:

1. اختبار UU (غير موحدة غير مدرج)

• لا صرف أثناء الإعداد أو القص.
• سريع وبسيط.
• يقيس الإجهاد الكلي فقط .
• مناسبة للطين الناعم في التحميل على المدى القصير.

2. اختبار النحاس (موحد غير مدرج)

• يتم توحيد التربة تحت ضغط حصر ، ولكن لا يُسمح لها بالتصريف أثناء القص .
• ضغط المسام يقاس⁴.
• مفيد لتحليل الإجهاد الفعال.

3. اختبار القرص المضغوط (استنزاف موحد)

• التوحيد الكامل والصرف خلال كلتا المرحلتين.
• تستخدم لتحليل الاستقرار على المدى الطويل
• يستغرق وقتًا أطول ولكنه يوفر مسار إجهاد فعال كامل.

توفر كل طريقة رؤية مختلفة اعتمادًا على نوع التربة وسيناريو الهندسة .

من الإعداد إلى التنفيذ: إجراء اختبار خطوة بخطوة

يتطلب إجراء اختبار ثلاثي المحور الاهتمام بالتفاصيل والمعايرة. إليك سير عمل عام يستخدم في المختبرات:

الإجراء خطوة بخطوة:

1. تحضير العينة

   • تقليم عينة أسطواني إلى أبعاد قياسية.
   • ادفع في غشاء اللاتكس والمكان بين الحجارة التي يسهل اختراقها.

2. تصاعد في الخلية الثلاثية

   • ختم العينة داخل الغرفة.
   • قم بتوصيل خطوط الصرف (لاختبارات Cu/CD) وأجهزة الاستشعار.

3. مرحلة التوحيد (CU/CD فقط)

   • تطبيق الضغط المحصور (σ₃).
   • السماح للعينة بالتوحيد بمرور الوقت.

4. مرحلة القص

   • زيادة الإجهاد المحوري (σ₁) بمعدل يتم التحكم فيه.
   • تسجيل سلالة ، تحميل ، وضغط المسام (إن أمكن).

5. نقطة فشل

   • تحديد إجهاد الذروة أو الإجهاد الحرجة.
   • متابعة أو توقف اعتمادًا على تصميم الاختبار.

الأدوات الرئيسية المستخدمة:

• إطار التحميل (الحمل المحوري)
• خلية ثلاثية المحورا (حصر الضغط)
• محولات الضغط (ضغط المسام)
• LVDTS (أجهزة استشعار الإزاحة)
• نظام الحصول على البيانات

تفسير النتائج: مسارات الإجهاد وأظرف الفشل ورؤى البيانات

بمجرد اكتمال الاختبار ، تكشف البيانات كيف تتصرف التربة تحت مسارات التحميل المختلفة. الهدف هو فهم معلمات قوتها ⁵ ، وسلوك الصرف ⁶ ، وآليات الفشل ⁷ .

النتائج الرئيسية:

• إجهاد الانحراف (σ₁ - σ₃): يحدد أقصى قوة.
• ضغط المسام (U): يستخدم لحساب الإجهاد الفعال.
• سلالة محورية (٪): يقيس مقدار تشوه العينة.

الرسوم البيانية الإخراج:

• منحنى الإجهاد الإجهاد : يظهر الصلابة وقوة الذروة.
• ضغط المسام مقابل الإجهاد : يشير إلى استجابة الصرف.
• مظروف Mohr's Circle & Failure : يحسب التماسك (C) وزاوية الاحتكاك (φ) .

مثال جدول الإخراج

تُستخدم هذه القيم في معادلات التصميم للمؤسسات والمنحدرات والجراح والهياكل المحددة للأرض .

خاتمة

الاختبار الثلاثي هو حجر الزاوية في التحليل الجيوتقني الحديث. من النظرية الأساسية إلى التنفيذ العملي ، فإنه يوفر رؤى حاسمة في قوة التربة وسلوكها في ظل ظروف العالم الحقيقي. سواء كنت تقوم بنمذجة الأساس أو تصميم سد أو تحليل ثبات المنحدر ، فإن الاختبار الثلاثي يوفر البيانات التي تحتاجها لبناءها بأمان ومستدامة .