ما هو المبدأ الأساسي للاختبار الثلاثي؟

الاختبار ثلاثي المحور أحد أساليب المختبر الأساسي والاستخدام على نطاق واسع في الهندسة الجيوتقنية لتقييم سلوك القوة والتشوه للتربة في ظل ظروف الإجهاد الخاضعة للرقابة. مبدأها الأساسي بسيط ولكنه قوي: الضغط على عينة التربة في جميع الاتجاهات الثلاثة لمحاكاة ظروف الأرض الواقعية. تسير هذه المقالة من خلال المبدأ الأساسي ، والإعداد ، وميكانيكا الإجهاد ، والأهمية الهندسية للاختبار الثلاثي المحور.

مقدمة للاختبار الثلاثي

في جوهره ، يقيس الاختبار ثلاثي المحور كيفية استجابة التربة للضغط من اتجاهات متعددة ¹ ، مما يساعد المهندسين على فهم متى ستشوه أو يفشل. يتضمن الاختبار:

• تغليف عينة تربة أسطوانية ² في غشاء اللاتكس .
• وضعها داخل غرفة ثلاثية حيث يتم تطبيق الضغط بالتساوي من جميع الجوانب (حصر الضغط).
• تطبيق إجهاد رأسي إضافي (محوري) حتى تفشل التربة.

تساعد النتائج في تحديد قوة القص ³ ، وهو أمر ضروري لتصميم الأسس ، والاحتفاظ بالجدران والمنحدرات والجراح .

المبدأ الأساسي:

يقيم الاختبار كيف تتفاعل عينة التربة تحت:

• حصر الضغط (محاكاة عمق التربة/الوزن).
• التحميل المحوري (محاكاة الأحمال الهيكلية أو البيئية).

المكونات الرئيسية والإعداد

لتطبيق وقياس الإجهاد بدقة ، يتطلب الاختبار ثلاثي المحاور إعدادًا دقيقًا ⁴ يتضمن:

1. عينة التربة

• شكل أسطواني ، عادة 38 مم في الطول و 76 مم في الارتفاع.
• محاط بالغشاء اللاتكس لعزله عن حصر السائل.

2. الخلية الثلاثية

• غرفة مختومة تطبق ضغطًا متساويًا (σ₃) حول العينة باستخدام الماء أو الزيت.

3. نظام التحميل

• يطبق المكبس الإجهاد الرأسي (σ₁) لضغط العينة.

4. أجهزة الاستشعار وأجهزة القياس

• LVDTS (مستشعرات الإزاحة) ⁵ قياس التشوه الرأسي.
• مراقبة محولات ضغط المسام تراقب ضغط المياه الداخلية (في التربة المشبعة).
• تحميل خلايا المسار القوة التطبيقية.

جدول التكوين القياسي

يتيح هذا الإعداد محاكاة دقيقة لظروف الإجهاد في الموقع ، وهي ضرورية لتحليل سلوك التربة ذي معنى.

تطبيق الإجهاد والقياس

يطبق الاختبار ثلاثي المحاور نوعين رئيسيين من الإجهاد :

1. حصر الضغط (σ₃)

• تطبق أفقيا عبر السائل حول العينة.
• يقلد الضغط على الضغط من التربة المحيطة.

2. الإجهاد المحوري (σ₁)

• تطبق عموديا من خلال مكبس.
• يمثل الأحمال من الهياكل مثل المباني أو حركة المرور.

مبدأ الإجهاد الفعال

بالنسبة للتربة المشبعة ، فإن فهم الإجهاد الفعال هو المفتاح:

[\ sigma '= \ sigma - u]

أين:

• (\ sigma ') = إجهاد فعال
• (\ sigma) = الإجهاد الكلي
• (u) = ضغط الماء المسام

مسار الإجهاد والفشل

• يسمى الفرق بين الإجهاد المحوري والمحزم إجهاد Deviator (σ₁ - σ₃) .
• عندما يصل هذا الإجهاد المقلوب إلى قوة قص التربة ، يحدث الفشل .

معلمات الإخراج المفتاح

يساعد الاختبار في توليد منحنيات الإجهاد الإجهاد ودوائر Mohr للتصميم الجيوتقني.

لماذا الاختبار الثلاثي مهم في الهندسة الجيوتقنية

يوفر الاختبار ثلاثي المحاور بيانات موثوقة وقابلة للتكرار وتنوعا ⁶ والتي تعتبر ضرورية لـ:

1. تصميم الأساس الآمن

• يحدد قدرة تحمل ⁷ وسلوك التسوية .
• يساعد على اختيار الأسس الضحلة مقابل الأسس العميقة .

2. تحليل ثبات المنحدر

• يقيم قوة القص للجروحات وقطع المنحدرات.
• يحدد مخاطر الانهيارات الأرضية أو فشل المنحدر .

3. النفق وأعمال تحت الأرض

• يحلل إعادة توزيع الإجهاد في التربة المحيطة أو الصخور.
• يساعد أنظمة دعم النفق .

4. هندسة الزلزال

• يقيم تراكم ضغط المسام ومخاطر التقييم ⁸ .
• تستخدم في تصميم الهياكل المقاومة للزلازل .

جدول التطبيق الهندسي

من خلال فهم قوة التربة والتشوه وآليات الفشل ، يمكن للمهندسين تصميم هياكل آمنة وفعالة من حيث التكلفة وطويلة الأمد .

خاتمة

المبدأ الأساسي للاختبار الثلاثي في ​​تطبيق الضغوط التي يتم التحكم فيها على عينة التربة لمراقبة قوتها وسلوك التشوه . من خلال الإعداد الموحد والقياسات الدقيقة ، يظل الاختبار ثلاثي المحاور حجر الزاوية في التحليل الجيوتقني ، وتوجيه القرارات الحرجة في البنية التحتية والمنحدر وتصميم الأساس . براعة ، دقة ، والقيمة العملية تجعلها لا غنى عنها في الهندسة الحديثة.