分析地球力学的三轴测试方法

可以用一种称为的方法分析隧道，大坝，建筑物或其他结构的基础三轴测试。在施工之前，期间和之后进行三轴测试有助于确保结构安全可靠。为了更好地了解土壤的机制并提高结构的稳定性，您可以为三轴测试设备建模负载和卸载曲线，并在ComsolMultiphysics®软件中测试土壤的模型参数。188金宝搏优惠

什么是三轴测试？

三轴测试是一种方法，用于确定土壤样品的恒定侧向压力，同时增加垂直压力，以确定土壤的应力应变特性。该测试测量了三个相互垂直方向的应力。

岩石，沙子或土壤样品的机械行为可能是复杂的，可以根据样品进行分析。即使刚开始时土壤似乎稳定，施工过程也可能使其稍后发生变化和不均匀的定居点。只要看看比萨塔发生了什么。这个受欢迎的旅游目的地建在较柔和的地面（粘土，沙子和贝壳）上，随着时间的流逝，该目的地随着时间的流逝而移动，并导致塔楼倾斜。

意大利比萨的倾斜塔。AlkarexMalinäger的图像 - 自己的作品。获得许可CC BY-SA 3.0， 通过Wikimedia Commons。

三轴测试获得了施工项目所需的剪切强度参数测量。三轴测试如此普遍的原因之一是由于其多功能性。在过程中，您可以控制排水；测量孔隙水压，压力和应变；增加负载；并观察挠度直到样品失败。

在典型的三轴测试中，将土壤样品放置在橡胶膜内，然后轴向压缩，同时保持恒定的径向压力。如果土壤具有凝聚力，则可以直接从饱和，压实的样品中制备样品。如果土壤缺乏凝聚力，您可以使用模具来保持测试所需的形状。

有三个主要三轴测试：

1. 固结 - 排水（CD）：样品被缓慢地压缩并剪切，使孔隙压力消散，样品可以调整到周围的应力。
2. 合并 - 未排水（CU）：不允许样品排泄，并被认为完全饱和。测量孔隙压力以近似固结的强度。
3. 未固结 - 未排水（UU）：样品以恒定速率压缩，并迅速施加载荷，使样品没有机会合并。

三轴测试的许多应用

三轴测试具有多种应用领域。例如，三轴测试用于石油和天然气行业确定页岩芯的特性，并预测天然气提取过程中土壤的反应。还，三轴剪切测试用于建造水坝和路堤。对于诸如城市中的地下扩张以及商业和住宅建设等应用，在挖掘之前进行了三轴测试。

三轴测试的一个优点是适应性机械设计，其中包括许多修改选项。例如，如果您要测试高强度岩石，则可以将气缸套筒从橡胶更改为薄金属板。您还可以改变三轴测试设备的设计，以说明大量载荷或不同的压缩方法。

三轴岩石测试系统。Jingyi Cheng，Zhijun Wan，Yidong Zhang，Wenfeng Li，Syd S. Peng，Peng Zhang的图像 - 自己的作品。获得许可CC由4.0， 通过Wikimedia Commons。

三轴测试如何适用于更难预测的其他环境条件，例如地震转移？例如，在地震期间，土壤的机械行为可能会发生很大变化。它经历的变化类型取决于几个变量，例如：

• 地震的持续时间和强度
• 地震的位置
• 地下水位深度

另外，地震可以引发土壤液化。地震结束后，这种类型的速度可能会继续造成损害。三轴测试通常用于预测自然灾害的结构损害。

1964年在日本尼加塔（Niigata）发生地震后的液化。Wikimedia Commons。

这三轴地震和冲击模拟器（苔丝）是地震制备三轴测试方法的先进示例。该设备由美国陆军工程师研发中心运营。苔丝能够同时独立控制三个轴，这为想要测试设施和设备的脆弱性的工程师提供了更现实的地震条件。

为三轴测试设备建模负载和卸载曲线

使用地质力学模块，是结构力学模块和188金宝搏优惠comsol多物理学，您可以对三轴测试设备进行建模，以检查其加载和卸载曲线。

在此示例中，该设备由一个圆柱体组成，该圆柱体从顶部按下土壤样品。柔性膜控制周围的压力，从而可以改变径向力。

在下面的示意图中，您可以看到如何定义测试设备的不同边界。因为土壤在设备顶部承受负载，所以规定的位移边界条件用于缓慢增加垂直位移。

三轴设备的尺寸，边界条件和边界负荷。

该模型是测试土壤模型参数的起点。土壤特性取自标准的粘土材料。此示例使用土壤可塑性与Comsol®软件中的功能188金宝搏优惠Drucker-prager标准。

评估模型结果

在对样品样品中施加垂直位移和限制压力后，您可以研究各种限制压力的静态响应和塌陷载荷的结果。

加载土壤样品后，您可以查看有效的塑料应变。大多数样品遭受塑性变形（以红色显示），在弹性区域中只有一小部分（以蓝色显示）。

从这里开始，您可以通过绘制由规定的顶部位移引起的土壤样品上的其他负载应力来测试不同的限制压力。以下是多孔矩阵上三种不同限制压力的额外负载应力：

根据土壤样品的负荷和排水条件，您可以进行三种三轴测试方法中的一个或多个。

下一步

要开始建模三轴测试设备，请单击下面的按钮。在应用程序库中，您可以登录comsol访问帐户并下载MPH文件以获取详细说明。188金宝搏优惠

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