التمدد (المادة الحبيبية)

في ميكانيكا التربة ، التمدد أو تمدد القص ^[1] هو التغير في الحجم الملحوظ في المواد الحبيبية عندما تتعرض لتشوهات القص . ^{[2] [3]} تم وصف هذا التأثير علميًا لأول مرة بواسطة أوزبورن رينولدز في عامي 1885/1886 ^{[4] [5]} ويُعرف أيضًا باسم تمدد رينولدز . تم إدخاله إلى مجال الهندسة الجيوتقنية بواسطة بيتر والتر رو  ^[de] . ^[6]

على عكس معظم المواد الصلبة الأخرى، فإن ميل المادة الحبيبية الكثيفة المضغوطة هو التمدد (التوسع في الحجم) أثناء قصها. يحدث هذا لأن الحبوب في الحالة المضغوطة متشابكة وبالتالي ليس لديها الحرية للتحرك حول بعضها البعض. عند الضغط، تحدث حركة رافعة بين الحبوب المجاورة، مما ينتج عنه تمدد كبير للمادة. من ناحية أخرى، عندما تبدأ المادة الحبيبية في حالة فضفاضة للغاية، فقد تضغط باستمرار بدلاً من التمدد تحت القص. تسمى عينة من مادة ما تمددية إذا زاد حجمها مع زيادة القص وانكماشية إذا انخفض الحجم مع زيادة القص. ^{[7] [8]}

التمدد هو سمة مشتركة للتربة والرمال . ويمكن رؤية تأثيره عندما يبدو أن الرمال الرطبة حول قدم شخص يمشي على الشاطئ قد جفت. يؤدي التشوه الناتج عن القدم إلى تمدد الرمال تحتها ويتحرك الماء في الرمال لملء المساحة الجديدة بين حبيبات الرمال.

يمكن ملاحظة ظاهرة التمدد في اختبار القص البسيط المفرغ على عينة من الرمل الكثيف. في المرحلة الأولية من التشوه، ينخفض ​​الإجهاد الحجمي مع زيادة إجهاد القص . ولكن مع اقتراب الإجهاد من قيمته القصوى، يبدأ الإجهاد الحجمي في الزيادة. بعد المزيد من القص، يكون لعينة التربة حجم أكبر مما كانت عليه عندما بدأ الاختبار.

تعتمد كمية التمدد بشكل كبير على الكثافة الأولية للتربة. بشكل عام، كلما زادت كثافة التربة، زادت كمية التمدد الحجمي تحت القص. كما لوحظ أن زاوية الاحتكاك الداخلي تقل مع انخفاض الإجهاد الطبيعي الفعال . ^[9]

يتم توضيح العلاقة بين التمدد والاحتكاك الداخلي عادةً من خلال نموذج أسنان المنشار للتمدد حيث تكون زاوية التمدد مماثلة للزاوية التي تصنعها الأسنان للأفقي. يمكن استخدام مثل هذا النموذج لاستنتاج أن زاوية الاحتكاك المرصودة تساوي زاوية التمدد بالإضافة إلى زاوية الاحتكاك للتمدد الصفري. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

This section does not cite any sources. Please help improve this section by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. (March 2020) (Learn how and when to remove this message)

بسبب التمدد، تزداد زاوية الاحتكاك مع زيادة الاحتجاز حتى تصل إلى قيمة الذروة. بعد تحريك قوة الذروة للتربة، تنخفض زاوية الاحتكاك بشكل مفاجئ. ونتيجة لذلك، يتعين على الهندسة الجيوتقنية للمنحدرات والأساسات والأنفاق والأكوام في مثل هذه التربة أن تأخذ في الاعتبار الانخفاض المحتمل في القوة بعد أن تصل قوة التربة إلى هذه القيمة القصوى.

يمكن أن يرتبط الطمي ذو التصنيف السيئ / الموحد مع الرمل النزر إلى الرملي غير البلاستيكي بالتحديات أثناء البناء، حتى عندما يكون صلبًا. غالبًا ما تبدو هذه المواد حبيبية لأن الطمي خشن جدًا وبالتالي يمكن وصفها بأنها كثيفة إلى كثيفة جدًا. تظهر الحفريات الرأسية أسفل منسوب المياه في هذه الأنواع من التربة استقرارًا قصير المدى، على غرار العديد من رواسب التربة الرملية الكثيفة، ويرجع ذلك جزئيًا إلى الشفط المصفوفي. ومع ذلك، مع حدوث قص التربة في الإسفين النشط بسبب قوى الجاذبية، يتم فقدان القوة ويتسارع معدل الفشل. يمكن أن يتفاقم هذا بسبب القوى الهيدروستاتيكية التي تتطور في الموقع (المواقع) حيث تتجمع المياه (المصارف إلى و) في شقوق الشد في أو بالقرب من الجزء الخلفي من الإسفين النشط. يتجلى التقشر التراجعي بشكل عام، وغالبًا ما يكون مصحوبًا بتآكل الأنابيب / الداخلي. يعد استخدام المرشحات المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لإدارة هذه المواد؛ قد يكون المرشح المفضل هو الحصى الصافية بحجم #4 / الرمل الخشن الحبيبات كمواد مجمعة تجارية متوفرة بسهولة بشكل عام. بعض أقمشة المرشح غير المنسوجة مناسبة أيضًا. كما هو الحال مع جميع المرشحات، يجب التحقق من معايير التوافق D15 وD50.

بعد القص المكثف، تصل المواد المتمددة إلى حالة من الكثافة الحرجة حيث ينتهي التمدد. يمكن تضمين ظاهرة سلوك التربة هذه في نموذج تربة التصلب عن طريق حد قطع التمدد. لتحديد هذا السلوك، يجب إدخال نسبة الفراغ الأولية، ونسبة الفراغ القصوى، للمادة كمعلمات عامة. بمجرد أن يؤدي تغيير الحجم إلى حالة الفراغ الأقصى، يتم إعادة ضبط زاوية التمدد المتحركة، تلقائيًا إلى الصفر. ^[10]${\displaystyle e_{init}}$${\displaystyle e_{max}}$${\displaystyle \psi _{m}}$

• اختبارات القص الثلاثية المحاور
• ريولوجيا μ(I) : أحد نماذج ريولوجيا التدفق الحبيبي.