Εργαστηριακές Δοκιμές Δείγματα εδάφους και βράχων

Οι εργαστηριακές δοκιμές σε δείγματα εδάφους και πετρωμάτων διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη γεωτεχνική μηχανική. Εκτελούνται για τον προσδιορισμό των φυσικών, μηχανικών και υδραυλικών ιδιοτήτων των υλικών προκειμένου να σχεδιαστούν ασφαλή και οικονομικά αποδοτικά θεμέλια, χωματουργικές εργασίες και άλλες γεωτεχνικές κατασκευές. Αυτές οι δοκιμές χρησιμοποιούνται επίσης για την αξιολόγηση της καταλληλότητας του εδάφους και των πετρωμάτων για διάφορα κατασκευαστικά έργα και για την αξιολόγηση της πιθανότητας αστάθειας πρανών και ρευστοποίησης του εδάφους κατά τη διάρκεια σεισμούς. Σε αυτό το άρθρο, θα παρέχουμε μια επισκόπηση ορισμένων από τις πιο κοινές εργαστηριακές δοκιμές που πραγματοποιούνται σε δείγματα εδάφους και πετρωμάτων στη γεωτεχνική μηχανική.

Σημασία των εργαστηριακών δοκιμών στη γεωτεχνική μηχανική

Οι εργαστηριακές δοκιμές διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη γεωτεχνική μηχανική παρέχοντας σημαντικές πληροφορίες σχετικά με τις μηχανικές, φυσικές και χημικές ιδιότητες των δειγμάτων εδάφους και πετρωμάτων. Αυτές οι πληροφορίες χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό και την ανάλυση θεμελίων, επιχωμάτων, σηράγγων, πρανών και άλλων γεωτεχνικών κατασκευών. Τα δεδομένα που λαμβάνονται από εργαστηριακές δοκιμές μπορούν επίσης να βοηθήσουν στην επιλογή κατάλληλων δομικών υλικών, στον προσδιορισμό της σταθερότητας των πρανών, στην αξιολόγηση του δυναμικού υγροποίησης των εδαφών και στην πρόβλεψη της συμπεριφοράς του εδάφους υπό διαφορετικές συνθήκες φόρτισης. Επιπλέον, οι εργαστηριακές δοκιμές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διερεύνηση των αιτιών των γεωτεχνικών αστοχιών και για την ανάπτυξη μέτρων μετριασμού.

Σκοπός εργαστηριακού ελέγχου

Ο σκοπός των εργαστηριακών δοκιμών στη γεωτεχνική μηχανική είναι η λήψη πληροφοριών σχετικά με τις φυσικές και μηχανικές ιδιότητες των δειγμάτων εδάφους και πετρωμάτων. Αυτές οι πληροφορίες χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για την αξιολόγηση της συμπεριφοράς του εδάφους ή του πετρώματος σε διαφορετικές γεωτεχνικές εφαρμογές, όπως ο σχεδιασμός θεμελίωσης, σταθερότητα πλαγιάς ανάλυση και σχεδιασμός χωματουργικών εργασιών. Οι εργαστηριακές δοκιμές επιτρέπουν στους γεωτεχνικούς μηχανικούς να κατανοήσουν καλύτερα τη συμπεριφορά του εδάφους και των πετρωμάτων υπό διαφορετικές συνθήκες φόρτωσης και να κάνουν ακριβέστερες προβλέψεις σχετικά με την απόδοσή τους στο πεδίο.

Δοκιμές εδάφους

Η δοκιμή εδάφους είναι μια διαδικασία προσδιορισμού των φυσικών, μηχανικών και χημικών ιδιοτήτων ενός δείγματος εδάφους σε εργαστηριακό περιβάλλον. Αυτή η δοκιμή αποτελεί ουσιαστικό μέρος της γεωτεχνικής μηχανικής, η οποία εστιάζει στη συμπεριφορά των εδαφών και βράχους σε σχέση με έργα κατασκευών, υποδομών και περιβάλλοντος. Οι δοκιμές εδάφους βοηθούν τους μηχανικούς και τους γεωλόγους να κατανοήσουν καλύτερα τα χαρακτηριστικά του εδάφους και την ικανότητά του να υποστηρίζει φορτία, να παρέχει σταθερότητα και να αντιστέκεται στην παραμόρφωση.

Οι δοκιμές του εδάφους μπορούν να παρέχουν πληροφορίες για ένα ευρύ φάσμα ιδιοτήτων του εδάφους, συμπεριλαμβανομένου του μεγέθους των κόκκων, της περιεκτικότητας σε υγρασία, της πυκνότητας, του πορώδους, της διατμητικής αντοχής, της συμπιεστότητας και της διαπερατότητας. Τα αποτελέσματα αυτών των δοκιμών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αξιολόγηση της καταλληλότητας του εδάφους για κατασκευαστικά έργα, για το σχεδιασμό θεμελίων, τοίχων αντιστήριξης και επιχωμάτων, για την αξιολόγηση της πιθανότητας διάβρωσης και καθίζησης του εδάφους και για τη διερεύνηση των αιτιών αστοχίας του εδάφους.

Υπάρχει μια ποικιλία εργαστηριακών δοκιμών που μπορούν να πραγματοποιηθούν σε δείγματα εδάφους, ανάλογα με τις συγκεκριμένες ιδιότητες που ενδιαφέρουν και τον τύπο του έργου που εξετάζεται. Ορισμένες κοινές δοκιμές εδάφους περιλαμβάνουν ανάλυση κόσκινου, δοκιμές ορίων Atterberg, δοκιμές συμπίεσης και τριαξονικές δοκιμές.

Δοκιμές ταξινόμησης εδαφών

Οι δοκιμές ταξινόμησης του εδάφους χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό και την ταξινόμηση των εδαφών με βάση τις φυσικές και μηχανικές τους ιδιότητες. Μερικές από τις δοκιμές ταξινόμησης εδάφους που χρησιμοποιούνται συνήθως περιλαμβάνουν:

1. Ανάλυση μεγέθους κόκκου: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της κατανομής μεγέθους των σωματιδίων του εδάφους. Η δοκιμή πραγματοποιείται με κοσκίνισμα του δείγματος εδάφους μέσω μιας σειράς κόσκινων διαφορετικών μεγεθών και ζύγισης της ποσότητας χώματος που συγκρατείται σε κάθε κόσκινο. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για τη σχεδίαση μιας καμπύλης κατανομής μεγέθους κόκκου, η οποία χρησιμοποιείται για την ταξινόμηση του εδάφους.
2. Όρια Atterberg: Η δοκιμή ορίων Atterberg χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των ορίων πλαστικού και υγρού του εδάφους. Η δοκιμή περιλαμβάνει τη σταδιακή προσθήκη νερού σε ένα δείγμα εδάφους μέχρι να γίνει πλαστικό και στη συνέχεια υγρό. Η ποσότητα του νερού που προστίθεται σε κάθε στάδιο καταγράφεται και τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του δείκτη πλαστικότητας και την ταξινόμηση του εδάφους ως άργιλο, λάσπη ή άμμο.
3. Δοκιμή συμπύκνωσης: Η δοκιμή συμπίεσης χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της μέγιστης ξηρής πυκνότητας και της βέλτιστης περιεκτικότητας σε υγρασία του εδάφους. Η δοκιμή περιλαμβάνει τη συμπίεση ενός δείγματος εδάφους σε ένα καλούπι με διαφορετική περιεκτικότητα σε υγρασία και τη μέτρηση της ξηρής πυκνότητας κάθε δείγματος.
4. Δοκιμή διαπερατότητας: Η δοκιμή διαπερατότητας χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του ρυθμού με τον οποίο το νερό μπορεί να ρέει μέσα από ένα δείγμα εδάφους. Η δοκιμή περιλαμβάνει την τοποθέτηση του δείγματος εδάφους σε μια διαπερατότητα και τη μέτρηση του ρυθμού ροής νερού μέσω του δείγματος σε διαφορετικές υδραυλικές κλίσεις.
5. Δοκιμή αναλογίας ρουλεμάν Καλιφόρνιας (CBR): Η δοκιμή CBR χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της αντοχής ενός υποστρώματος εδάφους. Η δοκιμή περιλαμβάνει τη μέτρηση του φορτίου που απαιτείται για τη διείσδυση σε ένα δείγμα εδάφους με ένα έμβολο τυπικών διαστάσεων.

Αυτές οι δοκιμές βοηθούν τους γεωτεχνικούς μηχανικούς να αξιολογήσουν τις ιδιότητες του εδάφους και να προσδιορίσουν την καταλληλότητά του για διαφορετικές εφαρμογές, όπως θεμέλια κτιρίων, δρόμους και αναχώματα.

Δοκιμές αντοχής εδάφους

Οι δοκιμές αντοχής του εδάφους χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των παραμέτρων διατμητικής αντοχής του εδάφους, οι οποίες είναι απαραίτητες για την ανάλυση ευστάθειας πρανών και το σχεδιασμό θεμελίωσης. Μερικές κοινές δοκιμές αντοχής εδάφους περιλαμβάνουν:

1. Δοκιμή άμεσης διάτμησης: Σε αυτή τη δοκιμή, ένα δείγμα εδάφους διατμείται κατά μήκος ενός προκαθορισμένου επιπέδου εφαρμόζοντας ένα σταθερό κανονικό φορτίο και αυξάνοντας το διατμητικό φορτίο μέχρι να συμβεί αστοχία. Η διατμητική αντοχή του εδάφους μπορεί να προσδιοριστεί από το μέγιστο διατμητικό φορτίο και την επιφάνεια διατομής του δείγματος.
2. Δοκιμή τριαξονικής συμπίεσης: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της μη στραγγισμένης ή στραγγισμένης διατμητικής αντοχής του εδάφους κάτω από διαφορετικές πιέσεις περιορισμού. Ένα κυλινδρικό δείγμα εδάφους τοποθετείται σε μια τριαξονική κυψέλη και φορτώνεται με περιοριστική πίεση πριν υποβληθεί σε αξονικό φορτίο μέχρι να εμφανιστεί αστοχία.
3. Δοκιμή μη περιορισμένης συμπίεσης: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της μη περιορισμένης θλιπτικής αντοχής συνεκτικών εδαφών. Η δοκιμή περιλαμβάνει την εφαρμογή κατακόρυφου φορτίου σε ένα κυλινδρικό δείγμα εδάφους μέχρι να εμφανιστεί αστοχία.
4. Δοκιμή διάτμησης πτερυγίων: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της μη στραγγιζόμενης διατμητικής αντοχής αργιλωδών εδαφών. Ένα πτερύγιο εισάγεται στο έδαφος και περιστρέφεται με σταθερό ρυθμό ενώ μετράται η ροπή που απαιτείται για την περιστροφή του πτερυγίου.
5. Δοκιμή αναλογίας ρουλεμάν Καλιφόρνιας (CBR): Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της αντοχής των εδαφών υποβάθρου για την κατασκευή δρόμων. Ένα δείγμα εδάφους συμπιέζεται και φορτώνεται με ένα έμβολο μέχρι να φτάσει σε μια καθορισμένη παραμόρφωση και μετράται το φορτίο που απαιτείται για την επίτευξη αυτής της παραμόρφωσης. Η αναλογία του φορτίου που απαιτείται για την επίτευξη της καθορισμένης παραμόρφωσης προς το φορτίο που απαιτείται για ένα τυπικό υλικό είναι γνωστή ως τιμή CBR.

Δοκιμές διαπερατότητας εδάφους

Οι δοκιμές διαπερατότητας του εδάφους διεξάγονται για τη μέτρηση της ικανότητας του εδάφους να μεταδίδει υγρά όπως νερό, αέρας και άλλα υγρά. Αυτές οι δοκιμές είναι σημαντικές στη γεωτεχνική μηχανική επειδή η διαπερατότητα είναι μια θεμελιώδης ιδιότητα που επηρεάζει τη συμπεριφορά των εδαφών σε σχέση με τη ροή των υπόγειων υδάτων, τη διαρροή και την αποστράγγιση. Οι τρεις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες δοκιμές διαπερατότητας εδάφους είναι η δοκιμή διαπερατότητας σταθερής κεφαλής, η δοκιμή διαπερατότητας σε πτώση κεφαλής και η δοκιμή διαπερατότητας στερεοποίησης.

1. Δοκιμή διαπερατότητας σταθερής κεφαλής: Σε αυτή τη δοκιμή, μια σταθερή κεφαλή νερού εφαρμόζεται στο ένα άκρο ενός δείγματος εδάφους, ενώ το άλλο άκρο είναι ανοιχτό στην ατμόσφαιρα. Στη συνέχεια μετράται ο ρυθμός ροής του νερού μέσω του εδάφους για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Αυτή η δοκιμή είναι κατάλληλη για χονδρόκοκκα εδάφη με υψηλή διαπερατότητα.
2. Δοκιμή διαπερατότητας πτώσης: Σε αυτή τη δοκιμή, το νερό αφήνεται να ρέει μέσω ενός δείγματος εδάφους από μια δεξαμενή με σταθερό ρυθμό. Το ύψος της στήλης νερού μετριέται καθώς πέφτει με την πάροδο του χρόνου. Αυτή η δοκιμή είναι κατάλληλη για λεπτόκοκκα εδάφη με χαμηλή διαπερατότητα.
3. Δοκιμή διαπερατότητας στερεοποίησης: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του συντελεστή στερεοποίησης ενός εδάφους, ο οποίος είναι ο ρυθμός με τον οποίο το έδαφος θα στερεοποιηθεί κάτω από ένα δεδομένο φορτίο. Ένα δείγμα εδάφους τοποθετείται σε ένα διαπερατόμετρο και υπόκειται σε ένα καθορισμένο φορτίο ενώ το νερό αφήνεται να ρέει μέσα από αυτό. Στη συνέχεια, ο ρυθμός ενοποίησης μετράται με την πάροδο του χρόνου.

Δοκιμές ενοποίησης

Οι δοκιμές ενοποίησης είναι εργαστηριακές δοκιμές που καθορίζουν το ρυθμό και το μέγεθος της καθίζησης που εμφανίζεται στα εδάφη υπό ένα εφαρμοζόμενο φορτίο. Αυτές οι δοκιμές είναι σημαντικές στη γεωτεχνική μηχανική επειδή η καθίζηση των εδαφών μπορεί να έχει σημαντικές επιπτώσεις στην απόδοση των κατασκευών που κατασκευάζονται σε αυτά.

Οι δύο πιο συνηθισμένοι τύποι δοκιμών ενοποίησης είναι η δοκιμή οιδομόμετρου και η δοκιμή κυττάρου σωπής. Στη δοκιμή οιδομόμετρου, ένα κυλινδρικό δείγμα εδάφους τοποθετείται σε μια μικρή συσκευή φόρτωσης που ονομάζεται οιδόμετρο, η οποία ασκεί κατακόρυφη τάση στην κορυφή του δείγματος ενώ οι πλευρές συγκρατούνται. Μετράται η ποσότητα καθίζησης που εμφανίζεται στο δείγμα με την πάροδο του χρόνου και αυτές οι πληροφορίες χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του συντελεστή στερεοποίησης και της πίεσης προενοποίησης του εδάφους.

Στη δοκιμή κυψελίδας σχοινιών, ένα δείγμα εδάφους τοποθετείται σε κυλινδρικό κελί με πορώδη πέτρα στο κάτω μέρος. Στη συνέχεια, το νερό αφήνεται να ρέει μέσα από την πορώδη πέτρα και προς τα πάνω μέσω του δείγματος εδάφους, ενώ ένα κατακόρυφο φορτίο εφαρμόζεται στην κορυφή του δείγματος. Μετράται η ποσότητα καθίζησης που εμφανίζεται στο δείγμα με την πάροδο του χρόνου και αυτές οι πληροφορίες χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των δεικτών συμπίεσης και επανασυμπίεσης του εδάφους.

Rock Testing

Οι δοκιμές βράχου είναι ένα σημαντικό μέρος της γεωτεχνικής μηχανικής, καθώς ο βράχος χρησιμοποιείται συχνά ως δομικό υλικό για θεμέλια κτιρίων, τοίχους αντιστήριξης, σήραγγες και άλλες κατασκευές. Οι ιδιότητες του βράχου μπορεί να ποικίλλουν ευρέως, ανάλογα με τη σύνθεση, τη δομή και τον τρόπο σχηματισμού του. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να δοκιμαστεί ο βράχος για να προσδιοριστούν τα χαρακτηριστικά αντοχής και παραμόρφωσης, καθώς και η αντοχή του και καιρικές συνθήκες ιδιότητες.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι δοκιμών βράχου που μπορούν να πραγματοποιηθούν σε εργαστηριακό περιβάλλον, όπως:

1. Δοκιμή μη περιορισμένης συμπίεσης: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αντοχής σε θλίψη του πετρώματος. Ένα κυλινδρικό δείγμα του βράχου τοποθετείται σε μια μηχανή δοκιμής και φορτώνεται μέχρι να αστοχήσει.
2. Δοκιμή τριαξονικής συμπίεσης: Αυτή η δοκιμή είναι παρόμοια με τη δοκιμή μη περιορισμένης συμπίεσης, αλλά το δείγμα πέτρας περιβάλλεται από περιοριστική πίεση για την προσομοίωση των συνθηκών υπό τις οποίες συνήθως βρίσκεται στο έδαφος.
3. Δοκιμή σημειακού φορτίου: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αντοχής του βράχου ως προς την ικανότητά του να αντέχει σε συγκεντρωμένα φορτία. Ένα μικρό κυλινδρικό ή κωνικό δείγμα βράχου υποβάλλεται σε φορτίο στο κεντρικό σημείο του και μετράται το φορτίο που απαιτείται για την πρόκληση αστοχίας.
4. Δοκιμή Βραζιλίας: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αντοχής σε εφελκυσμό του βράχου. Ένα δείγμα βράχου σε σχήμα δίσκου φορτώνεται σε μια δοκιμαστική μηχανή μέχρι να αστοχήσει και μετράται η δύναμη που απαιτείται για την πρόκληση αστοχίας.
5. Δοκιμή άμεσης διάτμησης: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της διατμητικής αντοχής του πετρώματος. Ένα ορθογώνιο δείγμα βράχου τοποθετείται σε μια μηχανή δοκιμής και φορτώνεται μέχρι να αστοχήσει κατά μήκος ενός προκαθορισμένου επιπέδου διάτμησης.
6. Δοκιμές τριβής και καιρικών συνθηκών: Αυτές οι δοκιμές χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της αντοχής και των καιρικών ιδιοτήτων του πετρώματος. Οι δοκιμές περιλαμβάνουν την έκθεση του δείγματος πετρώματος σε διάφορες περιβαλλοντικές συνθήκες και τη μέτρηση της αντοχής του στη διάβρωση και τις καιρικές συνθήκες.
7. Δοκιμές διαπερατότητας: Αυτές οι δοκιμές χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της ικανότητας του πετρώματος να επιτρέπει στα υγρά να περάσουν μέσα από αυτό. Οι δοκιμές περιλαμβάνουν τη μέτρηση του ρυθμού με τον οποίο το υγρό ρέει μέσα από ένα δείγμα πετρώματος υπό ελεγχόμενες συνθήκες.

Τα αποτελέσματα αυτών των δοκιμών χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων του πετρώματος, όπως η αντοχή, η ακαμψία, τα χαρακτηριστικά παραμόρφωσης, η ανθεκτικότητα και οι καιρικές ιδιότητες. Αυτές οι πληροφορίες είναι απαραίτητες για το σχεδιασμό κατασκευών που είναι ασφαλείς, αξιόπιστες και μακράς διαρκείας.

Δοκιμές ταξινόμησης βράχου

Οι δοκιμές ταξινόμησης πετρωμάτων χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση και ταξινόμηση πετρωμάτων με βάση τις φυσικές και μηχανικές τους ιδιότητες. Μερικές κοινές δοκιμές ταξινόμησης βράχων περιλαμβάνουν:

1. Πετρογραφική ανάλυση: Περιλαμβάνει την εξέταση ενός λεπτού τμήματος του πετρώματος κάτω από μικροσκόπιο για τον προσδιορισμό της σύνθεσης, της υφής και της δομής του ορυκτού.
2. Περίθλαση ακτίνων Χ: Αυτή είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της σύνθεσης ορυκτών ενός δείγματος πετρώματος μετρώντας τα σχήματα περίθλασης των ακτίνων Χ που κατευθύνονται στο δείγμα.
3. Δείκτης ισχύος σημειακού φορτίου: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της αντοχής ενός δείγματος βράχου μετρώντας τη δύναμη που απαιτείται για να σπάσει ένας μικρός κυλινδρικός πυρήνας του βράχου.
4. Μονοαξονική αντοχή σε θλίψη: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της μέγιστης θλιπτικής τάσης που μπορεί να αντέξει ένα δείγμα πετρώματος πριν αποτύχει.
5. Αντοχή σε εφελκυσμό Βραζιλίας: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αντοχής σε εφελκυσμό ενός δείγματος πετρώματος με την εφαρμογή μιας συμπιεστικής δύναμης κατά μήκος του άξονά του και τη μέτρηση της δύναμης που απαιτείται για τη διάσπασή του στα δύο.
6. Σκληρότητα βράχου: Αυτό είναι ένα μέτρο της αντίστασης ενός βράχου σε γρατσουνιές, τριβές ή εσοχές και προσδιορίζεται από δοκιμές όπως η δοκιμή σκληρότητας Mohs και η δοκιμή σκληρότητας Shore.
7. Ανθεκτικότητα σε σκόνη: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της αντοχής ενός δείγματος πετρώματος στις καιρικές συνθήκες και στη φθορά, μετρώντας το ποσοστό των λεπτών που παράγονται όταν το δείγμα υποβάλλεται σε επαναλαμβανόμενους κύκλους διαβροχής και ξήρανσης.

Αυτές οι δοκιμές είναι σημαντικές για την κατανόηση των ιδιοτήτων των πετρωμάτων, οι οποίες μπορούν να είναι χρήσιμες για τον προσδιορισμό της καταλληλότητάς τους για διάφορες μηχανικές εφαρμογές όπως ο σχεδιασμός θεμελίωσης, η κατασκευή σήραγγας και η σταθεροποίηση πρανών.

Δοκιμές αντοχής βράχου

Οι δοκιμές αντοχής βράχου χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της αντοχής και των μηχανικών ιδιοτήτων των δειγμάτων πετρωμάτων. Ακολουθούν μερικές κοινές δοκιμές αντοχής βράχου:

1. Δοκιμή μονοαξονικής αντοχής σε θλίψη (UCS): Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της αντοχής σε θλίψη ενός δείγματος πετρώματος υπό μονοαξονική φόρτιση. Ένα κυλινδρικό δείγμα βράχου φορτώνεται σε συμπίεση μέχρι να αποτύχει.
2. Δοκιμή σημειακού φορτίου: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του δείκτη αντοχής ενός δείγματος πετρώματος. Ένα δείγμα πετρώματος φορτώνεται σε συμπίεση σε δύο σημεία μέχρι να αποτύχει.
3. Brazilian Test: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της αντοχής σε εφελκυσμό ενός δείγματος βράχου. Ένα κυλινδρικό δείγμα πετρώματος φορτώνεται σε συμπίεση μέχρι να αποτύχει σε τάση.
4. Τριαξονική δοκιμή: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της αντοχής και των ιδιοτήτων παραμόρφωσης ενός δείγματος πετρώματος υπό τριαξονική φόρτιση. Ένα κυλινδρικό δείγμα πετρώματος φορτώνεται σε συμπίεση ενώ περιορίζεται από έναν περιβάλλοντα θάλαμο πίεσης.
5. Δοκιμή διάτμησης: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της αντοχής διάτμησης και των ιδιοτήτων παραμόρφωσης ενός δείγματος πετρώματος. Ένα δείγμα βράχου φορτώνεται σε διάτμηση μέχρι να αστοχήσει.
6. Δοκιμή αντοχής σε σκόνη: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της ανθεκτικότητας ενός δείγματος βράχου μετρώντας τον αριθμό των φορών που μπορεί να αντέξει τους κύκλους διαβροχής και στεγνώματος.
7. Δοκιμή τριβής: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της αντοχής ενός δείγματος βράχου στη φθορά. Το δείγμα πετρώματος υποβάλλεται σε σταθερή ροή νερού και λεπτών σωματιδίων και μετράται η απώλεια βάρους του δείγματος.

Αυτές οι δοκιμές είναι σημαντικές για την αξιολόγηση της καταλληλότητας ενός πετρώματος για μηχανικούς σκοπούς, όπως σε κατασκευαστικά ή μεταλλευτικά έργα.

Δοκιμές διαπερατότητας βράχου

Η διαπερατότητα είναι μια κρίσιμη παράμετρος στο σχεδιασμό και την απόδοση πολλών γεωτεχνικών κατασκευών, συμπεριλαμβανομένων φραγμάτων, σηράγγων και εγκαταστάσεων περιορισμού απορριμμάτων. Ωστόσο, η δοκιμή διαπερατότητας των πετρωμάτων είναι πιο περίπλοκη από τα εδάφη λόγω της ανισότροπης και ετερογενούς φύσης των πετρωμάτων. Ακολουθούν μερικές από τις κοινές δοκιμές διαπερατότητας βράχου:

1. Δοκιμή διαπερατότητας αερίου: Αυτή η δοκιμή βασίζεται στην αρχή της ροής αερίου μέσω ενός δείγματος πετρώματος. Το δείγμα τοποθετείται σε θάλαμο και συνδέεται με πηγή αερίου. Η πτώση πίεσης στο δείγμα μετράται και ο νόμος του Darcy χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του συντελεστή διαπερατότητας αερίου.
2. Δοκιμή διαπερατότητας υγρού: Αυτή η δοκιμή περιλαμβάνει τη μέτρηση του ρυθμού ροής του υγρού μέσω ενός δείγματος πετρώματος. Το δείγμα τοποθετείται σε διαπερατόμετρο και υποβάλλεται σε σταθερή υδραυλική κεφαλή. Ο ρυθμός ροής μετράται και ο νόμος του Darcy χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της υδραυλικής αγωγιμότητας του πετρώματος.
3. Δοκιμή διαπερατότητας αποσύνθεσης παλμών: Αυτή η δοκιμή είναι μια παραλλαγή της δοκιμής διαπερατότητας υγρών. Σε αυτή τη δοκιμή, ένας παλμός υγρού εγχέεται στο δείγμα και μετράται η διάσπαση της πίεσης. Η διάσπαση της πίεσης σχετίζεται με τη διαπερατότητα του πετρώματος.
4. Δοκιμή διαπερατότητας ακτινικής ροής: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της διαπερατότητας κυλινδρικών δειγμάτων πετρωμάτων. Το δείγμα τοποθετείται σε ένα διαπερατόμετρο και το υγρό εγχέεται στο κέντρο του δείγματος. Ο ρυθμός ροής και η πτώση πίεσης μετρώνται και ο συντελεστής διαπερατότητας υπολογίζεται χρησιμοποιώντας το νόμο του Darcy.
5. Δοκιμή Lugeon: Αυτή η δοκιμή χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της υδραυλικής αγωγιμότητας των θραυσμάτων πετρωμάτων. Σε αυτή τη δοκιμή, το νερό εγχέεται στο κάταγμα με σταθερό ρυθμό και καταγράφεται η πίεση που απαιτείται για τη διατήρηση του ρυθμού έγχυσης. Η υδραυλική αγωγιμότητα του κατάγματος υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο Lugeon.

Δοκιμές παραμόρφωσης βράχου

Οι δοκιμές παραμόρφωσης βράχου είναι εργαστηριακές δοκιμές που εκτελούνται σε δείγματα πετρωμάτων για τη μέτρηση της ποσότητας παραμόρφωσης ή παραμόρφωσης που συμβαίνει υπό διάφορες συνθήκες φόρτισης. Οι δοκιμές χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των ελαστικών και πλαστικών ιδιοτήτων του πετρώματος και για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του υπό διαφορετικές τάσεις και παραμορφώσεις.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι δοκιμών παραμόρφωσης βράχου, όπως:

1. Δοκιμή μονοαξονικής συμπίεσης: Αυτή η δοκιμή μετρά τη θλιπτική αντοχή του πετρώματος εφαρμόζοντας μονοαξονικό φορτίο (δηλαδή, φορτίο που εφαρμόζεται προς μία κατεύθυνση) σε ένα κυλινδρικό δείγμα πετρώματος.
2. Δοκιμή τριαξονικής συμπίεσης: Αυτή η δοκιμή είναι παρόμοια με τη δοκιμή μονοαξονικής συμπίεσης, εκτός από το ότι εφαρμόζει περιοριστική πίεση στο δείγμα εκτός από το αξονικό φορτίο.
3. Δοκιμή Brazilian: Σε αυτή τη δοκιμή, ένα δείγμα βράχου σε σχήμα δίσκου φορτώνεται σε διαμετρική κατεύθυνση μέχρι να σπάσει. Η δοκιμή μετρά την αντοχή σε εφελκυσμό του βράχου.
4. Δοκιμή άμεσης διάτμησης: Αυτή η δοκιμή μετρά τη διατμητική αντοχή του πετρώματος εφαρμόζοντας μια δύναμη διάτμησης σε ένα δείγμα κατά μήκος ενός προκαθορισμένου επιπέδου.
5. Έμμεση δοκιμή τάσης: Αυτή η δοκιμή μετρά την αντοχή εφελκυσμού του βράχου εφαρμόζοντας ένα συμπιεστικό φορτίο στο δείγμα και στη συνέχεια μετρώντας την τάση εφελκυσμού που προκύπτει.
6. Δοκιμή σημειακού φορτίου: Αυτή η δοκιμή μετρά την αντοχή του πετρώματος εφαρμόζοντας ένα συγκεντρωμένο φορτίο σε ένα μικρό σημείο στην επιφάνεια ενός δείγματος πετρώματος.

Τα αποτελέσματα των δοκιμών παραμόρφωσης βράχου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της σταθερότητας των βραχομαζών σε έργα εξόρυξης και πολιτικού μηχανικού, καθώς και για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς των σχηματισμών πετρωμάτων κατά τη διάρκεια σεισμών ή άλλων γεωλογικά γεγονότα.

Περίληψη εργαστηριακών δοκιμών για δείγματα εδάφους και πετρωμάτων

Μερικές συνήθεις εργαστηριακές δοκιμές για δείγματα εδάφους και πετρωμάτων περιλαμβάνουν:

Για το έδαφος:

• Ανάλυση μεγέθους κόκκου
• Όρια Atterberg
• Δοκιμές συμπίεσης
• Δοκιμές άμεσης διάτμησης
• Μη περιορισμένες δοκιμές συμπίεσης
• Τριαξονικές δοκιμές
• Δοκιμές διαπερατότητας
• Δοκιμές ενοποίησης
• Δοκιμές Καλιφόρνιας Bearing Ratio (CBR).

Για το Rock:

• Ταξινόμηση βράχου μάζας
• Δοκιμές μονοαξονικής συμπίεσης
• Δοκιμές σημειακού φορτίου
• Βραζιλιάνικες δοκιμές
• Τριαξονικές δοκιμές
• Δοκιμές άμεσης διάτμησης
• Δοκιμές διαπερατότητας
• Δοκιμές ερπυσμού
• Τεστ κόπωσης

Αυτές οι δοκιμές είναι σημαντικές για τον προσδιορισμό των γεωτεχνικών ιδιοτήτων του εδάφους και των πετρωμάτων και για το σχεδιασμό ασφαλών και αξιόπιστων κατασκευών στο έδαφος ή στο έδαφος.

Σημασία εργαστηριακών δοκιμών για έργα γεωτεχνικής μηχανικής

Οι εργαστηριακές δοκιμές διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο σε έργα γεωτεχνικής μηχανικής. Εδώ είναι μερικοί λόγοι για τους οποίους:

1. Προσδιορισμός μηχανικών ιδιοτήτων: Οι εργαστηριακές δοκιμές επιτρέπουν τον προσδιορισμό σημαντικών μηχανικών ιδιοτήτων εδάφους και πετρωμάτων, όπως χαρακτηριστικά αντοχής, ακαμψίας, διαπερατότητας και παραμόρφωσης. Αυτές οι ιδιότητες είναι απαραίτητες για το σχεδιασμό θεμελίων, χωματουργικών εργασιών, πρανών και κατασκευών αντιστήριξης.
2. Ποιοτικός έλεγχος: Οι εργαστηριακές δοκιμές χρησιμοποιούνται για να διασφαλιστεί ότι τα υλικά του εδάφους και των πετρωμάτων που χρησιμοποιούνται σε ένα έργο πληρούν τις απαραίτητες προδιαγραφές και πρότυπα. Αυτό βοηθά να διασφαλιστεί ότι τα υλικά είναι της απαιτούμενης ποιότητας και θα λειτουργήσουν όπως αναμένεται.
3. Επιλογή μεθόδων κατασκευής: Οι εργαστηριακές δοκιμές μπορούν να βοηθήσουν στην επιλογή των κατάλληλων μεθόδων και υλικών κατασκευής. Για παράδειγμα, η αντοχή και η ακαμψία του εδάφους και των υλικών βράχου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό των καταλληλότερων συστημάτων εκσκαφής και υποστήριξης για μια συγκεκριμένη τοποθεσία.
4. Εκτίμηση κινδύνου: Οι εργαστηριακές δοκιμές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αξιολόγηση των κινδύνων που σχετίζονται με έργα γεωτεχνικής μηχανικής. Με τον προσδιορισμό της αντοχής και άλλων ιδιοτήτων των υλικών του εδάφους και των πετρωμάτων, πιθανοί κίνδυνοι όπως π.χ κατολισθήσεις, η καθίζηση και η υγροποίηση μπορούν να εντοπιστούν και να μετριαστούν.
5. Επαλήθευση υποθέσεων σχεδιασμού: Οι εργαστηριακές δοκιμές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επαλήθευση των παραδοχών που έγιναν κατά το σχεδιασμό των έργων γεωτεχνικής μηχανικής. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών με τις υποθέσεις σχεδιασμού, μπορεί να επαληθευτεί η ακρίβεια του σχεδιασμού και να γίνουν οποιεσδήποτε απαραίτητες τροποποιήσεις.