يستشهد هذا المقال بالمرجع التالي: MT/T593 "اختبار الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للتربة المتجمدة الاصطناعية" الجزء 2: طريقة اختبار انتفاخ التربة بفعل الصقيع

١. نطاق التطبيق

يحدد هذا الجزء من المواصفة MT/T593 أدوات الاختبار، والمعدات، وإجراءات الاختبار، وحساب النتائج لاختبار انتفاخ التربة المتجمدة الاصطناعية.

ينطبق هذا الجزء على تحديد معدل وقوة انتفاخ التربة المتجمدة الاصطناعية.

٢. المراجع المعيارية

تُعتبر الوثائق التالية، كليًا أو جزئيًا، مراجع معيارية في هذا الجزء من المواصفة الفنية MT/T 593، وهي ضرورية لتطبيقها. بالنسبة للمراجع المؤرخة، لا تُطبق التعديلات أو المراجعات اللاحقة لأي من هذه المنشورات. ومع ذلك، يُشجع أطراف الاتفاقيات القائمة على هذا الجزء على دراسة إمكانية تطبيق أحدث إصدارات الوثائق المشار إليها أدناه. أما بالنسبة للمراجع غير المؤرخة، فيُطبق أحدث إصدار من الوثيقة المرجعية. MT/T 593.1 الاختبارات الفيزيائية والميكانيكية على التربة المجمدة صناعيًا - الجزء 1: طرق أخذ العينات وإعدادها لاختبارات التربة المجمدة صناعيًا.

٣. المصطلحات والتعاريف

تنطبق المصطلحات والتعاريف التالية على هذه المواصفة.

3.1 نسبة ارتفاع التجميد

هي نسبة الزيادة في الارتفاع الطولي للعينة إلى ارتفاعها الأصلي بعد تجميدها في اتجاه واحد، في ظل ظروف انعدام التشوه الجانبي وانعدام الحمل الطولي.

3.2 ضغط ارتفاع التجميد

هو قوة الدفع المحورية لكل وحدة مساحة التي تولدها العينة بعد تجميدها في اتجاه واحد، في ظل ظروف انعدام التشوه الجانبي وانعدام الحمل الطولي، مع تثبيت (انعدام التشوه) السطحين العلوي والسفلي.

3.3 اختبار انتفاخ الصقيع في نظام مفتوح

يُجرى اختبار انتفاخ الصقيع بتزويد أحد طرفي العينة بمصدر ماء ذي درجة حرارة ثابتة، مع الحفاظ على درجة حرارة سالبة ثابتة عند الطرف الآخر.

3.4 اختبار انتفاخ الصقيع في نظام مغلق

يُجرى اختبار انتفاخ الصقيع بوضع أحد طرفي العينة عند درجة حرارة محيطة ثابتة دون تزويدها بالماء، بينما يُحفظ الطرف الآخر عند درجة حرارة سالبة ثابتة.

٤. أجهزة ومعدات الاختبار

٤.١ جهاز اختبار التجميد والانتفاخ: درجة حرارة الطرف البارد أقل من -١٠ درجة مئوية، دقة ٠.٢ درجة مئوية.

٤.٢ عناصر اختبار الإجهاد والتشوه: مستشعر ضغط (نطاق من ٠ إلى ١٠٠ كيلو نيوتن، دقة ١٪)؛ مستشعر إزاحة (نطاق محوري من ٠ إلى ٥٠ مم، دقة ١٪؛ نطاق قطري من ٠ إلى ٢٥ مم، دقة ١٪)، نظام آلي لجمع البيانات.

4.3 مستشعر درجة الحرارة: نطاق القياس من -40 درجة مئوية إلى +40 درجة مئوية، دقة القياس 0.2 درجة مئوية.

4.4 أدوات القياس: مؤشر قياس، ساعة توقيت، ميزان، مؤقت، إلخ.

5 المتطلبات الأساسية

5.1 العينة

5.1.1 المواصفات: عينات أسطوانية عند درجة حرارة الغرفة، قطرها (50 مم ~ 150 مم) × (25 مم ~ 75 مم)، نسبة الارتفاع إلى القطر 0.5.

5.1.2 الدقة: خطأ الأبعاد أقل من 1.0%، خطأ التوازي بين طرفي العينة لا يتجاوز 0.5 مم.

5.1.3 التحضير: يتم التحضير وفقًا للمعيار MT/T 593.1.

5.1.4 الكمية: لا يقل عن 3 عينات.

5.2 درجة حرارة بيئة الاختبار: (20±2) درجة مئوية أو درجة حرارة التربة الأصلية لعينة التربة.

5.3 يجب معايرة جميع الأجهزة والمعدات المستخدمة في الاختبار واعتمادها قبل إجرائه.

6. إجراءات الاختبار

6.1 اضبط درجة حرارة الصفيحة الباردة في جهاز اختبار انتفاخ الصقيع على درجة حرارة الاختبار المطلوبة، مع هامش تذبذب ±0.2 درجة مئوية. في اختبارات انتفاخ الصقيع في الأنظمة المفتوحة، يجب ضبط درجة حرارة مصدر الماء ذي درجة الحرارة الثابتة على (20±2) درجة مئوية أو درجة حرارة الأرض الأصلية، مع هامش تذبذب ±0.2 درجة مئوية.

6.2 اختبار معدل انتفاخ الصقيع

6.2.1 عند وصول درجة حرارة الصفيحة الباردة إلى درجة حرارة الاختبار، ضع العينة في الموضع المحدد في جهاز اختبار انتفاخ الصقيع، ثم قم بتركيب وضبط مقياس درجة الحرارة أو مستشعر الإزاحة. في الأنظمة المفتوحة، يلزم توصيل مصدر ماء ذي درجة حرارة ثابتة.

6.2.2 قياس التغير في ارتفاع العينة عند الدقيقة 1، والدقيقتين 2، والدقائق 5، والدقائق 10، والدقائق 20، والدقائق 30، والساعة 1، والساعتين 2، والساعات 3، والساعات 6، والساعات 12 (قياس التغير في ارتفاع العينة كل ساعتين بعد مرور 12 ساعة). في حالة اختبار التجميد والذوبان في نظام مغلق، يُستمر القياس حتى يستقر الارتفاع لمدة ساعة واحدة. أما في حالة اختبار التجميد والذوبان في نظام مفتوح، فيُستمر القياس حتى يصبح التغير في ارتفاع العينة أقل من أو يساوي 0.02 مم خلال ساعتين، أو حتى يتم تسجيله تلقائيًا بواسطة نظام جمع البيانات.

6.3 اختبار التجميد والانتفاخ

6.3.1 عند وصول الصفيحة الباردة إلى درجة حرارة الاختبار، توضع العينة في الموضع المحدد في جهاز اختبار التجميد والانتفاخ، ثم يُركب ويُضبط مقياس الضغط أو حساس الضغط. في حالة النظام المفتوح، يلزم توصيل مصدر مياه بدرجة حرارة ثابتة.

6.3.2 عندما لا تظهر على العينة أي علامات انتفاخ ناتجة عن الصقيع عند مستوى تحميل معين بعد مرور ساعتين، تكون العينة قد وصلت إلى حالة الاستقرار تحت مستوى التحميل هذا. يجب ألا يتجاوز الانتفاخ المسموح به 0.01 مم. سجّل حمل التوازن المُطبق، أو اجعل نظام جمع البيانات يسجله تلقائيًا.

٧. نتائج الحساب

٧.١ حساب معدل التمدد الناتج عن التجميد

εfh = Δh / h0 × ١٠٠ (١)

حيث:

εfh: معدل التمدد الناتج عن التجميد والذوبان للعينة عند الزمن t، بالنسبة المئوية؛

Δh: التشوه المحوري للعينة خلال الفترة الزمنية من ٠ إلى t، بالمليمتر (مم)؛ h0: ارتفاع العينة قبل الاختبار، بالمليمتر (مم).

7.2 حساب قوة انتفاخ الصقيع

σfh=F/A………………………………………………………(2)

حيث:

σfh——قوة انتفاخ الصقيع للعينة عند الزمن t، بوحدة ميجاباسكال (MPa)؛

F——الحمل المحوري للعينة عند الزمن t، بوحدة نيوتن (N)؛

A——مساحة المقطع العرضي للعينة عند الزمن t، بوحدة مليمتر مربع (مم²).

7.3 ارسم منحنيات العلاقة بين معدل ارتفاع التربة بفعل الصقيع والزمن، وبين قوة ارتفاع التربة بفعل الصقيع والزمن، بناءً على نتائج الاختبار.

7.4 في اختبار معدل ارتفاع التربة بفعل الصقيع أو اختبار قوة ارتفاع التربة بفعل الصقيع، يُؤخذ متوسط القيم الثلاث المقاسة كنتيجة للاختبار. تُدرج النتائج المحسوبة في الملحق (أ) أو الملحق (ب). إذا تجاوز الفرق بين القيمتين القصوى والدنيا لمعدل ارتفاع التربة بفعل الصقيع أو قوة ارتفاع التربة بفعل الصقيع للعينات الثلاث والقيمة الوسيطة 15% من القيمة الوسيطة، فيجب إعادة الاختبار.