Nguyên tắc cơ bản của bài kiểm tra ba trục là gì?

Thử nghiệm ba trục là một trong những phương pháp phòng thí nghiệm cơ bản và được sử dụng rộng rãi nhất trong kỹ thuật địa kỹ thuật để đánh giá sức mạnh và hành vi biến dạng của đất trong điều kiện căng thẳng được kiểm soát. Nguyên tắc cốt lõi của nó rất đơn giản nhưng mạnh mẽ: áp dụng áp lực cho mẫu đất theo cả ba hướng để mô phỏng các điều kiện mặt đất ngoài đời thực. Bài viết này đi qua các nguyên tắc cơ bản, thiết lập, cơ học căng thẳng và ý nghĩa kỹ thuật của bài kiểm tra ba trục.

Giới thiệu về Bài kiểm tra ba trục

Tại lõi của nó, thử nghiệm ba trục đo lường cách đất phản ứng với áp lực từ nhiều hướng ¹ , giúp các kỹ sư hiểu khi nào nó sẽ bị biến dạng hoặc thất bại. Bài kiểm tra liên quan đến:

• Bao phủ một mẫu đất hình trụ ² trong màng latex .
• Đặt nó bên trong một buồng ba trục , nơi áp lực được áp dụng như nhau từ tất cả các phía (áp suất giới hạn).
• Áp dụng một ứng suất thẳng đứng (trục) bổ sung cho đến khi đất bị hỏng.

Kết quả giúp xác định độ bền cắt ³ , điều này rất cần thiết để thiết kế nền tảng, tường chắn, dốc và kè .

Nguyên tắc cơ bản:

Thử nghiệm đánh giá cách mẫu đất phản ứng dưới:

• Áp lực giới hạn (mô phỏng độ sâu/trọng lượng đất).
• Tải trục (mô phỏng tải cấu trúc hoặc môi trường).

Các thành phần chính và thiết lập

Để áp dụng và đo lường căng thẳng một cách chính xác, thử nghiệm ba trục yêu cầu thiết lập chính xác ⁴ liên quan đến:

1. Mẫu đất

• Hình dạng hình trụ, thường có đường kính 38 mm và chiều cao 76 mm.
• Được bao quanh bởi một màng latex để cô lập khỏi chất lỏng giới hạn.

2. Tế bào ba trục

• Một buồng kín áp dụng áp suất bằng nhau (σ₃) xung quanh mẫu bằng cách sử dụng nước hoặc dầu.

3. Hệ thống tải

• Một piston áp dụng ứng suất dọc (σ₁) để nén mẫu.

4. Cảm biến và thiết bị đo lường

• LVDT (cảm biến dịch chuyển) ⁵ Đo biến dạng dọc.
• Đầu dò áp lực lỗ rỗng theo dõi áp lực nước bên trong (trong đất bão hòa).
• Tải tế bào theo dõi lực ứng dụng.

Bảng cấu hình tiêu chuẩn

Thiết lập này cho phép mô phỏng chính xác các điều kiện căng thẳng tại chỗ , cần thiết cho phân tích hành vi đất có ý nghĩa.

Ứng dụng và đo lường căng thẳng

Bài kiểm tra ba trục áp dụng hai loại căng thẳng chính :

1. Áp lực giới hạn (σ₃)

• Áp dụng theo sau thông qua chất lỏng xung quanh mẫu vật.
• Bắt chước áp lực quá tải từ đất xung quanh.

2. Ứng suất dọc trục (σ₁)

• Áp dụng theo chiều dọc thông qua một piston.
• Đại diện cho tải từ các cấu trúc như tòa nhà hoặc giao thông.

Nguyên tắc căng thẳng hiệu quả

Đối với đất bão hòa, hiểu được căng thẳng hiệu quả là chìa khóa:

[\ sigma '= \ sigma - u]

Ở đâu:

• (\ sigma ') = căng thẳng hiệu quả
• (\ sigma) = Tổng căng thẳng
• (u) = áp lực nước lỗ rỗng

Con đường căng thẳng và thất bại

• Sự khác biệt giữa ứng suất trục và giới hạn được gọi là ứng suất lệch (σ₁ - σ₃) .
• Khi sự căng thẳng lệch lạc này đạt đến sức mạnh cắt của đất, sự thất bại xảy ra .

Thông số đầu ra chính

Thử nghiệm giúp tạo ra các đường cong căng thẳng và vòng tròn Mohr cho thiết kế địa kỹ thuật.

Tại sao thử nghiệm ba trục trong kỹ thuật địa kỹ thuật

Bài kiểm tra ba trục cung cấp dữ liệu đáng tin cậy, lặp lại và linh hoạt ⁶ rất quan trọng đối với:

1. Thiết kế nền tảng an toàn

• Xác định khả năng mang ⁷ và hành vi giải quyết .
• Giúp chọn nông so với nền tảng sâu .

2. Phân tích độ ổn định độ dốc

• Đánh giá sức mạnh cắt cho kè và cắt dốc.
• Xác định rủi ro của lở đất hoặc thất bại dốc .

3. Các công trình đường hầm và dưới lòng đất

• Phân tích phân phối lại căng thẳng trong đất hoặc đá xung quanh.
• Giúp thiết kế hệ thống hỗ trợ đường hầm .

4. Kỹ thuật động đất

• Đánh giá tích tụ áp lực lỗ rỗng và nguy cơ hóa lỏng ⁸ .
• Được sử dụng trong thiết kế các cấu trúc chống địa chấn .

Bảng ứng dụng kỹ thuật

Bằng cách hiểu sức mạnh của đất, biến dạng và cơ chế thất bại , các kỹ sư có thể thiết kế các cấu trúc an toàn, hiệu quả về chi phí và lâu dài .

Phần kết luận

Nguyên tắc cơ bản của thử nghiệm ba trục nằm ở việc áp dụng các ứng suất được kiểm soát vào mẫu đất để quan sát sức mạnh và hành vi biến dạng của nó . Thông qua thiết lập được tiêu chuẩn hóa và các phép đo chính xác , thử nghiệm ba trục vẫn là một nền tảng trong phân tích địa kỹ thuật , hướng dẫn các quyết định quan trọng trong cơ sở hạ tầng, độ dốc và thiết kế nền tảng . Tính linh hoạt, độ chính xác và giá trị thực tế của nó làm cho nó không thể thiếu trong kỹ thuật hiện đại.