Mục đích của một bài kiểm tra ba trục là gì?

Một thử nghiệm ba trục là một trong những phương pháp phòng thí nghiệm được sử dụng rộng rãi nhất trong kỹ thuật địa kỹ thuật để đánh giá hành vi cơ học của đất và đá trong điều kiện căng thẳng được kiểm soát. Thử nghiệm cung cấp dữ liệu quan trọng để thiết kế nền tảng, độ dốc, đường hầm và cơ sở hạ tầng khác. Bài viết này tìm hiểu mục đích của một bài kiểm tra ba trục, cách nó đo lường sức mạnh của đất và vai trò của nó trong việc đảm bảo sự ổn định và an toàn trong các dự án xây dựng.

Hiểu phương pháp kiểm tra ba trục

Một thử nghiệm ba trục liên quan đến việc đặt một mẫu đất hình trụ trong buồng kín, áp dụng áp suất giới hạn ((\ sigma_3)), sau đó tăng ứng suất dọc trục ((\ sigma_1)) cho đến khi xảy ra thất bại. Bài kiểm tra có thể được thực hiện trong các điều kiện thoát nước khác nhau:

• Thử nghiệm không được hợp nhất (UU) ¹ : Kiểm tra nhanh không có hệ thống thoát nước, phù hợp để phân tích độ ổn định ngắn hạn.
• Kiểm tra hợp nhất (CU) : Cho phép hợp nhất trước khi tải nhưng ngăn ngừa thoát nước trong quá trình tải trục, cung cấp các thông số ứng suất hiệu quả.
• Thử nghiệm thoát nước (CD) hợp nhất ² : Cho phép thoát nước đầy đủ, đại diện cho hành vi đất dài hạn.

Các biến thể này cho phép các kỹ sư mô phỏng các điều kiện căng thẳng trong thế giới thực và dự đoán hiệu suất của đất theo các kịch bản tải khác nhau.

Đo lường sức mạnh và sự ổn định của đất

Một trong những mục đích chính của thử nghiệm ba trục là xác định cường độ cắt đất ³ , điều này rất cần thiết cho sự ổn định của nền tảng và độ dốc. Bài kiểm tra cung cấp:

• Sự gắn kết ((c)) và góc ma sát ((\ PHI)) : xuất phát từ tiêu chí thất bại Mohr-Coulomb ⁴ :

  [\ tau = C + \ Sigma \ tan \ Phi]

• Ứng suất Deviator ((\ sigma_d)) : Sự khác biệt giữa ứng suất trục và giới hạn, cho thấy mức độ căng thẳng khi thất bại:

  [\ sigma_d = \ sigma_1 - \ sigma_3]

• Mối quan hệ căng thẳng căng thẳng ⁵ : Xác định làm thế nào các biến dạng đất khi tải, cho dù nó hoạt động theo cách giòn hay dễ uốn.

So sánh các thông số cường độ đất từ ​​thử nghiệm ba trục

Khả năng định lượng các thông số cường độ đất giúp các kỹ sư thiết kế các cấu trúc ổn định bằng cách dự đoán cách mặt đất sẽ phản ứng với tải trọng áp dụng.

Đánh giá hành vi của đất trong các điều kiện khác nhau

Các thử nghiệm ba trục cho phép các kỹ sư địa kỹ thuật kiểm tra cách thức hoạt động của đất trong các điều kiện môi trường và căng thẳng khác nhau:

• Hiệu ứng áp suất nước lỗ rỗng ⁶ : Các xét nghiệm Cu đo sự tích tụ áp lực lỗ rỗng dư thừa, có thể dẫn đến hóa lỏng trong đất cát trong các trận động đất.
• Hợp nhất và giải quyết ⁷ : Các thử nghiệm CD cung cấp dữ liệu về khả năng nén đất, giúp các kỹ sư ước tính việc giải quyết lâu dài các nền tảng.
• Phân tích đường dẫn căng thẳng ⁸ : Xác định xem đất sẽ bị hỏng trong các chế độ bị cắt hoặc nén theo các chuỗi tải khác nhau.

Bằng cách mô phỏng các đường dẫn căng thẳng khác nhau, các kỹ sư có thể đánh giá các rủi ro tiềm ẩn liên quan đến việc xây dựng trên các loại đất khác nhau.

Ảnh hưởng của điều kiện thoát nước đến hành vi của đất

Hỗ trợ cơ sở hạ tầng và an toàn

Dữ liệu thu được từ thử nghiệm ba trục đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế cơ sở hạ tầng an toàn và hiệu quả:

• Thiết kế nền tảng : Đảm bảo rằng nền tảng có thể hỗ trợ tải mà không cần giải quyết quá mức hoặc thất bại.
• Phân tích độ ổn định độ dốc : Xác định xem độ dốc và kè sẽ vẫn ổn định trong các điều kiện tải và thời tiết khác nhau.
• Đường hầm và xây dựng dưới lòng đất : Giúp các kỹ sư đánh giá đất sẽ hoạt động như thế nào khi bị căng thẳng khai quật.
• Đánh giá động đất và hóa lỏng : cung cấp cái nhìn sâu sắc về phản ứng của đất dưới tải địa chấn, đặc biệt là trong đất cát và lỏng lẻo.

Thử nghiệm ba trục đảm bảo rằng cơ sở hạ tầng được thiết kế với các thông số địa kỹ thuật chính xác, giảm nguy cơ thất bại và sửa chữa tốn kém.

Phần kết luận

Thử nghiệm ba trục là một phương pháp thử nghiệm địa kỹ thuật cơ bản giúp các kỹ sư hiểu được sức mạnh của đất, sự ổn định và hành vi trong các điều kiện khác nhau. Bằng cách đo các tham số chính như sự gắn kết, góc ma sát và mối quan hệ căng thẳng, thử nghiệm cung cấp dữ liệu thiết yếu để thiết kế nền tảng an toàn, độ dốc và đường hầm. Cho dù để phân tích ổn định ngắn hạn hoặc dự đoán giải quyết dài hạn, thử nghiệm ba trục vẫn là một nền tảng của kỹ thuật địa kỹ thuật hiện đại.