ما هو الإجهاد المحوري في الاختبار ثلاثي المحور؟

الإجهاد المحوري هو معلمة حرجة في الاختبار ثلاثي المحور ، مما يوفر نظرة ثاقبة على السلوك الميكانيكي للتربة والصخور في ظل ظروف خاضعة للرقابة. إنه يلعب دورًا حيويًا في تحديد قوة القص ، وخصائص التشوه ، وآليات الفشل ، مما يجعله لا غنى عنه في الهندسة الجيوتقنية.

فهم الإجهاد المحوري في الاختبار ثلاثي المحور

يشير الإجهاد المحوري في اختبار ثلاثي المحور إلى الحمل الرأسي المطبق على تربة أسطواني أو عينة صخرية بينما يتعرض لضغط محصور. يتم استخدام هذا الضغط لمحاكاة ظروف التحميل في العالم الحقيقي التي تجربة الأسس والمنحدرات والأنفاق. الإجهاد المحوري الكلي ¹ ((\ sigma_1)) في الاختبار على النحو التالي:

[\ sigma_1 = \ frac {p} {a}]

أين:

• (ع) = الحمل المحوري المطبقة (القوة) ،
• (أ) = منطقة مستعرضة للعينة.

الإجهاد المحوري مسؤول عن بدء الفشل في عينة التربة عن طريق زيادة الإجهاد المقلوب ² ((\ sigma_1 - \ sigma_3)) ، والذي يحدد في النهاية قوة القص.

كيف يتم تطبيق الإجهاد المحوري في اختبار ثلاثي المحور

يطبق الاختبار ثلاثي المحاور الإجهاد المحوري من خلال مكبس تحميل مع الحفاظ على ضغط حصر جانبي ثابت ((\ sigma_3)). يتم إجراء الاختبار عادة في ثلاثة أوضاع مختلفة:

1. اختبار غير موثوق (UU) غير موثوق:

   • يتم تطبيق الإجهاد المحوري بسرعة دون السماح للصرف.
   • يقيس قوة القص غير المدرجة ³ ، ذات الصلة بتحليلات الاستقرار على المدى القصير.

2. اختبار موحد (CU) الموحد:

   • يُسمح للعينة بالتوحيد قبل التحميل المحوري.
   • يقيس معلمات الإجهاد الفعالة ⁴ مع النظر في تأثيرات ضغط المسام.

3. اختبار استنزاف موحد (CD):

   • يسمح الصرف أثناء تطبيق الإجهاد المحوري.
   • يوفر معلمات القوة طويلة الأجل ⁵ في ظل ظروف استنزاف.

توفر كل طريقة رؤى فريدة لسلوك التربة تحت سيناريوهات التحميل والصرف المختلفة المختلفة.

الإجهاد المحوري مقابل الإجهاد المقلوب

الإجهاد المقلوب ((\ sigma_d)) هو الفرق بين الضغوط المحورية والمحزنة:

[\ sigma_d = \ sigma_1 - \ sigma_3]

يحكم هذا الإجهاد الفشل ، مما يجعله معلمة رئيسية في التصميم الجيوتقني.

دور الإجهاد المحوري في ميكانيكا التربة والصخور

يؤثر الإجهاد المحوري على خصائص الهندسة الحرجة ، بما في ذلك:

• قوة القص ⁶ : يحدد الحد الأقصى من الإجهاد الذي يمكن أن يتحمله التربة أو الصخور قبل الفشل.
• سلوك التشوه ⁷ : يحكم كيفية تعاقد التربة أو التوسع أو الكسور تحت التحميل.
• استجابة ضغط المسام ⁸ : في الظروف غير المدرجة ، يؤثر الإجهاد المحوري على تراكم ضغط المسام ، والذي يؤثر على الاستقرار.

تظهر النتائج التجريبية استجابات مختلفة من الإجهاد اعتمادًا على نوع التربة:

فهم هذه السلوكيات يضمن التصميمات الجيوتقنية الآمنة والفعالة.

تفسير الإجهاد المحوري لتحليل القوة

تعتبر بيانات الإجهاد المحوري أمرًا ضروريًا لاستخلاص معلمات التربة الرئيسية المستخدمة في التحليل الهندسي:

• معايير فشل موهر كولوم:

  • يتم التعبير عن العلاقة بين الإجهاد الطبيعي والعار عند الفشل على النحو التالي:

  [\ tau = c + \ sigma \ tan \ phi]

  • أين:
  • (ج) = التماسك ،
  • (\ phi) = زاوية الاحتكاك.

• منحنيات الإجهاد:

  • يساعد شكل منحنى الإجهاد المحوري في تحديد الصلابة وقوة الذروة وسلوك الفشل.

• عامل السلامة (FOS):

  • تساهم نتائج الإجهاد المحوري في تقييمات الثبات للمنحدرات والمؤسسات والجدران الاحتفاظ بها.

تحليل القوة المقارنة للتربة المختلفة

من خلال تفسير سلوك الإجهاد المحوري بعناية ، يمكن للمهندسين التنبؤ بكيفية أداء التربة في ظل ظروف العالم الحقيقي ، مما يضمن البنية التحتية الأكثر أمانًا.

خاتمة

يلعب الإجهاد المحوري في الاختبار ثلاثي المحور دورًا أساسيًا في فهم سلوك التربة والصخور تحت التحميل. من خلال التحكم في الإجهاد المحوري وتحليل آثاره على التشوه والقوة ، يمكن للمهندسين تصميم أسس وأكثر أمانًا وأكثر موثوقية ومنحدرات وأنفاق. سواء في ظروف استنزفت أو غير مدرجة ، فإن التفسير الصحيح لبيانات الإجهاد المحوري ضروري لنجاح الهندسة الجيوتقنية.