كيف تجري اختبار ثلاثي المحور؟

الاختبار الثلاثي المحور هو طريقة مخبرية أساسية في الهندسة الجيوتقنية المستخدمة لتقييم قوة القص وسلوك التشوه في التربة في ظل ظروف الإجهاد المتحكم فيها. تشرح هذه المقالة الغرض من اختبار ثلاثي المحور ، والمعدات الأساسية والإعداد ، وأنواع مختلفة من الاختبارات الثلاثية ، وكيفية تحليل نتائج الاختبار وتطبيقها بشكل فعال.

فهم الغرض من اختبار ثلاثي المحور

تحاكي الاختبارات الثلاثية ظروف الإجهاد في الموقع لتحديد كيفية تصرف التربة عندما تتعرض لأحمال مختلفة. الأهداف الأساسية هي:

• تحديد معلمات قوة القص ¹ : مثل قوة القص غير المقيدة (Sᵤ) ، والتماسك (C) ، وزاوية الاحتكاك الداخلي (φ).
• إنشاء علاقات الإجهاد الإجهاد ² : تقديم بيانات عن صلابة التربة وخصائص التشوه.
• قياس استجابة ضغط المسام ³ : تسجيل التغييرات في ضغط المياه المسام أثناء التحميل ، وهو أمر بالغ الأهمية لتقييم الإجهاد الفعال.

هذه المعلمات ضرورية لتصميم الأساس الآمن ، وتحليل ثبات المنحدر ، والتطبيقات الجيوتقنية الأخرى.

المعدات الرئيسية ومتطلبات الإعداد

يعتمد اختبار ثلاثي المحاور الذي أجري بشكل صحيح على جهاز معاير جيد. تتضمن المكونات الرئيسية:

تشمل متطلبات الإعداد الإضافية:

• تحضير العينة ⁴ : يجب أن تكون عينات التربة الأسطوانية (غالبًا 2: 1 نسبة الطول إلى القطر) إما غير مضطربة أو إعادة تشكيلها ، مما يضمن التوحيد.
• غشاء الختم ⁵ : يتم استخدام غشاء مرن لتغلب العينة ومنع تسرب السوائل.
• المعايرة : يجب معايرة جميع المستشعرات وأجهزة التحميل لضمان قياسات دقيقة.

أوضحت أنواع مختلفة من الاختبارات الثلاثية

يمكن تصنيف الاختبارات الثلاثية إلى عدة أنواع ، كل منها مناسبة لظروف التربة المحددة:

1. اختبار غير موثوق (UU) غير موثوق⁶

   • الوصف : يتم اختبار عينة التربة فورًا دون توحيد تحت ضغط حصر.
   • الاستخدام : التقييم السريع لقوة القص غير المقيدة ، مثالية لتقييم المواقع الأولية.

2. اختبار موحد (CU) الموحد⁷

   • الوصف : يتم توحيد التربة أولاً تحت ضغط محصور معين مع الصرف المسموح به ، ثم القص دون تصريف.
   • الاستخدام : يوفر قياسات مفصلة لكل من قوة القص واستجابة ضغط المسام ، مما يسمح بتحليل فعال للإجهاد.

3. اختبار استنزاف موحد (CD)⁸

   • الوصف : يتم توحيد العينة ثم القص ببطء مع الصرف المسموح به طوال الوقت.
   • الاستخدام : مناسبة للتربة ذات النفاذية العالية ؛ ينتج عن معلمات الإجهاد الفعالة في ظل ظروف استنزاف بالكامل.

يولد كل نوع اختبار رؤى مختلفة في سلوك التربة ، من الاستجابات السريعة غير المقيدة إلى آثار الدمج على المدى الطويل.

تحليل وتطبيق نتائج الاختبار

بعد إجراء اختبار ثلاثي المحور ، يتم تحليل البيانات التي تم جمعها لاستخراج معلمات التربة الرئيسية:

• منحنيات الإجهاد الإجهاد : تخطيط إجهاد الانحراف (σ₁-σ₃) ضد الإجهاد المحوري يوضح تصلب التربة ، قوة الذروة ، وسلوك ما بعد الذروة.

• استجابة ضغط المسام : مراقبة كيفية تغيير ضغط المسام أثناء التحميل يساعد في حساب الضغوط الفعالة.

• معايير الفشل : عادة ما يتم استخدام نقطة الحد الأقصى لضغط الانحراف لتحديد قوة القص غير المقيدة للتربة ، وغالبًا ما يتم التعبير عنها على النحو التالي:

  [s_u = \ frac {\ sigma_1 - \ sigma_3} {2}]

• معلمات Mohr-Coulomb : من خلال اختبار العينات تحت ضغوط حصر مختلفة ، يمكن إنشاء مظروف فشل لتحديد التماسك (C) وزاوية الاحتكاك (φ).

الجدول: مثال تفسير البيانات من اختبار CU

توجه هذه التحليلات تصميم الأسس والمنحدرات وهياكل محاكمة الأرض من خلال ضمان أن سلوك التربة على غرار بدقة في ظل ظروف الحقل المتوقعة.

خاتمة

يتضمن إجراء اختبار ثلاثي المحاور إعداد عينة من التربة بعناية ، وذلك باستخدام جهاز تم معايرته بدقة ، واختيار طريقة الاختبار المناسبة (UU ، CU ، أو CD) بناءً على ظروف التربة. يوفر تحليل بيانات الضغط الناتجة عن الإجهاد والمسام رؤى أساسية حول قوة قص التربة وسلوك التشوه. هذه المعلومات أمر حيوي لتصميم الهياكل الجيوتقنية الآمنة والفعالة ، مما يجعل الاختبار ثلاثي المحاور أداة لا غنى عنها في الهندسة الجيوتقنية الحديثة.