Tại sao chúng ta làm bài kiểm tra ba trục?

Trong kỹ thuật địa kỹ thuật, hiểu cách đất hoạt động dưới sự căng thẳng là cơ bản để xây dựng cơ sở hạ tầng an toàn và đáng tin cậy. Một trong những công cụ đáng tin cậy nhất cho mục đích này là thử nghiệm ba trục . Nhưng tại sao chúng ta làm điều đó? Nói một cách đơn giản, thử nghiệm ba trục cho phép các kỹ sư tái tạo các điều kiện căng thẳng trong thế giới thực trong môi trường phòng thí nghiệm được kiểm soát. Từ nền tảng thiết kế đến dự đoán sự cố độ dốc, thử nghiệm này cung cấp dữ liệu hỗ trợ hầu như mọi quyết định kỹ thuật liên quan đến đất chính .

Hiểu sức mạnh của đất trong điều kiện thực

Đất không hành xử giống nhau trong mọi tình huống. Dưới tải trọng nặng, trong điều kiện ẩm ướt, hoặc dưới lòng đất sâu, các đặc điểm sức mạnh và biến dạng của nó thay đổi ¹ . Bài kiểm tra ba trục giúp mô phỏng các biến thể này bằng cách áp dụng:

• Áp lực giới hạn ² để thể hiện tải trọng đất xung quanh.
• Ứng suất dọc trục để bắt chước xây dựng hoặc lực tự nhiên.
• Điều kiện thoát nước để quan sát cách nước ảnh hưởng đến sức mạnh.

Thiết lập này cho phép các kỹ sư quan sát cách mẫu đất phản ứng với các đường căng thẳng tương tự như điều kiện trường ³ , chẳng hạn như bên dưới một tòa nhà, kè hoặc đường hầm.

Các kịch bản căng thẳng mô phỏng trong các bài kiểm tra ba trục

Bằng cách bắt chước thực tế trong phòng thí nghiệm, các thử nghiệm ba trục cung cấp cái nhìn sâu sắc về hành vi đất mà kiểm tra trường đơn giản không thể tiết lộ .

Xác định các thông số chính để thiết kế

Một trong những lý do chính khiến chúng tôi thực hiện các thử nghiệm ba trục là để có được các thông số cường độ đất quan trọng ⁴ có tác động trực tiếp đến các tính toán thiết kế:

• Sự gắn kết (C) : Liên kết bên trong của các hạt đất.
• Góc ma sát (φ) : Điện trở để trượt giữa các hạt.
• Áp lực nước lỗ rỗng (U) : Ảnh hưởng của nước trong lỗ chân lông của đất.
• Hành vi căng thẳng căng thẳng : Làm thế nào biến dạng đất dưới tải.

Các giá trị này ăn vào Mohr-Coulomb và các mô hình cấu thành nâng cao ⁵ , giúp các kỹ sư tính toán:

• Khả năng mang
• Độ ổn định độ dốc
• Giữ lại áp lực tường
• Dự đoán giải quyết

Ví dụ: Đầu ra tham số từ thử nghiệm ba trục

Những kết quả này là rất cần thiết để ngăn chặn sự thất bại cấu trúc và đảm bảo hiệu suất lâu dài của cơ sở hạ tầng.

Đánh giá các loại và điều kiện đất khác nhau

Mỗi loại đất đều hoạt động khác nhau, các loại cát mềm, cát dày đặc và silts ⁶ mỗi loại có những đặc điểm độc đáo. Thử nghiệm ba trục giúp đánh giá cách các loại đất này sẽ hoạt động trong các điều kiện căng thẳng và thoát nước khác nhau ⁷ .

Những gì chúng ta học được từ các loại đất khác nhau

• Đất sét : Cho thấy biến dạng dẻo và nhạy cảm với áp lực nước lỗ rỗng.
• Silt : kết dính vừa phải, nhạy cảm với thoát nước và nén.
• Cát : Triển lãm giãn nở (tăng khối lượng trong quá trình cắt), thất bại giòn ở các trạng thái dày đặc.
• Sỏi : Cần cỡ mẫu lớn hơn, được kiểm tra độ cứng và cường độ.

Bảng so sánh loại đất

Thử nghiệm theo áp lực giới hạn khác nhau và mức độ bão hòa ⁸ cho thấy cách đất hoạt động trên một loạt các kịch bản trong thế giới thực .

Hỗ trợ các mô hình và mô phỏng đất tiên tiến

Phân tích địa kỹ thuật hiện đại thường liên quan đến các mô phỏng số , như mô hình phần tử hữu hạn (FEM), để dự đoán tương tác cấu trúc đất. Các mô hình này yêu cầu các tham số đầu vào đáng tin cậy , nhiều trong số đó đến trực tiếp từ các thử nghiệm ba trục.

Dữ liệu ba trục hỗ trợ:

• Mô hình cấu thành : Mô phỏng hành vi phi tuyến dưới tải.
• Phân tích đường dẫn căng thẳng : Hiểu phản ứng của đất dưới tải theo chu kỳ hoặc dàn dựng.
• Hiệu chuẩn của các mô hình nâng cao : Giống như mô hình đất cam hoặc đất cứng biến đổi.

Sử dụng dữ liệu trong phần mềm địa kỹ thuật

Bằng cách cung cấp các phản ứng áp lực căng thẳng và lỗ rỗng chi tiết, các xét nghiệm ba trục là không thể thiếu để mô hình hóa các vấn đề địa kỹ thuật phức tạp trong môi trường ảo.

Phần kết luận

Chúng tôi làm các bài kiểm tra ba trục vì chúng cung cấp cái nhìn sâu sắc nhất, trong thế giới thực nhất về hành vi của đất bị căng thẳng . Từ việc xác định các thông số sức mạnh chính đến đánh giá phản ứng của đất và mô phỏng nâng cao, thử nghiệm là nền tảng của kỹ thuật địa kỹ thuật hiện đại . Khi độ chính xác, an toàn và vấn đề độ tin cậy thiết kế, thử nghiệm ba trục là phương pháp để hiểu những gì nằm dưới chân chúng ta.