Argiefkundige inhoud en ernstige risiko: die artikel bewaar die historiese weergawe van hellingstabiliteit, simbole, formules en diagramme uit die oorspronklike teks. Dit is nie ’n geotegniese studie, uitgrawing of wal projek, stabiliteit berekening, dreinering plan, grondverskuiwing assessering of werk instruksies. ’n Onstabiele helling kan skielik mense, geboue en paaie begrawe; waargenome krake, bulte, troebel water, skielike insakking of verplasing moet as rede vir wegbeweeg van die gevaarsone en dringende professionele assessering hanteer word.
Vandag is Savo Kusić gefokus op houtvensters, hout-aluminium vensters, pasgemaakte vensters, deur en versoeke om kwotasie. Hierdie artikel bly as ’n tegniese argief en verteenwoordig nie ’n aanbod van geotegniese ontwerp, toesig of uitvoering van grondwerke nie.
Vir gekonstrueerde grondwerke soos snitte, walle en kanale stort die laaste hange soms ineen. En ’n natuurlike helling, sonder kunsmatige werke, kan skielik en met groot krag of baie stadig beweeg. Hierdie verskynsels is lank reeds die onderwerp van geologiese en geomeganiese studies, met die doel om die stabiliteit te evalueer uit die fisiese eienskappe van die grond en die toestande van elke individuele geval.
Oorsake van beweging van aardmassas
Die voorwaarde vir die stabiliteit van enige grond, hetsy ’n kunsmatige erdevoorwerp of ’n natuurlike grond, is dat daar ’n balans tussen eksterne kragte en interne weerstand van die grond is. Eksterne kragte is hoofsaaklik die grond se eie gewig, wat gewoonlik die enigste eksterne krag is, gevolg deur enige ander eksterne las wat op die helling inwerk, permanent of bewegend. Die interne weerstand bestaan uit kohesie en wrywing in gebonde grond, en slegs wrywing in ongebonde grond.
Fig. 1. _ Helling van los grondwal_
As ons ’n wal van hoogte h waarneem wat van heeltemal los grond gemaak is, byvoorbeeld droë gekompakteerde sand, sal ons bepaal dat die helling van daardie wal teen ’n hoek β met die horisontaal skuins (fig. 1). Die grootte van die hoek β hang af van verskeie faktore soos korrelgrootte, korrelvorm en verdigting. As ons die walhoogte h verhoog na h1, h2, ens. met dieselfde ongebonde materiaal van dieselfde verdigting, sal die hoek β nie verander nie, die walhelling sal op dieselfde helling bly tot op ’n onbeperkte hoogte h. Vir ’n gegewe los grond is die natuurlike hellingshoek β onafhanklik van die hellinghoogte h. Die grootte van die hoek β vir ongebonde grond hang af van die hoek van interne grondwrywing φ en daar word aanvaar dat dit effens kleiner as dit is, of gelyk daaraan, β ≤ φ.
Fig. 2. Snyhelling in gebonde grond
As ons kyk na ’n sny wat in gebonde grond gemaak word, sal ons vind dat die helling van die sny onder ’n sterker helling gehou word1:m, dit wil sê teen ’n groter hoek β as gevolg van die feit dat die interne weerstand van die gebonde grond verhoog word deur kohesie, wat nie in droë sand voorkom nie (fig.2). In sekere tipes grond, soos droë löss, kan kohesie die interne weerstand sodanig verhoog dat die grond met ’n vertikaal gesnyde kant gehou kan word, dit wil sê teen ’n hoek β =90°. As ons egter die snyhoogte h in gebonde grond verhoog na h1, h2 ens., moet die hellingshoek van die skuins van die gesnyde β verminder word om die skuins in stabiliteit te handhaaf. Vir elke hellingshoek β van die helling van die snit in ’n gegewe begrensde grond is daar een kritieke hoogte hc. As ons hierdie hoogte oorskry, sal die helling AB nie in balans gehou word nie en dit sal op ’n gly-oppervlak CD gly (fig.3). Die gly het plaasgevind as gevolg van ’n versteuring in die balans tussen die eksterne krag, die eie gewig van die aardmassa en die interne weerstand, wat nie meer voldoende was om die verhoogde eksterne krag teë te werk nie, d.w.s. die verhoogde gewig van die grondmassa wat veroorsaak word deur die toename in die hoogte van die helling h.
Sl.3. Snyhelling in samehangende grond
Uit bogenoemde volg dit dat die hoek van die natuurlike helling van die grond nie as ’n konstante waarde vir die gegewe grond aanvaar kan word nie, aangesien die waarde daarvan onder alle ander toestande afhang van die hoogte van die helling en afneem met die toename van hierdie hoogte. Dit word egter dikwels aangeneem vir hellings van klein hoogtes as ’n konstante waarde, afhanklik van die hoek van interne grondwrywing φ.
Ewewigversteuring kan ook voorkom sonder om die snyhoogte h te verhoog, byvoorbeeld wanneer die interne grondweerstand afneem. Die elemente van interne weerstand van gebonde grond, kohesie en wrywing, is hoogs veranderlik en afhanklik van die hoeveelheid water in die grond. Daarom is die oorsaak van gly in baie gevalle die oorversadiging van watergebonde grond, wat so groot kan wees dat die grond homself nie meer onder enige helling kan ondersteun nie, maar weens sy eie gewig gly.
Fig. 4. Grondgly as gevolg van vorming van gly-oppervlaktes
Daar is verskeie gevalle van grondgly as gevolg van die vermindering van interne weerstand, waarvan ons hier ’n paar kenmerkende sal noem.
Onderwys van glyoppervlaktes
As daar ’n ondeurdringbare kleilaag op ’n helling onder die oppervlaklaag van deurlaatbare grond (fig. 4a) is, of as daar ’n skuins laag sand in die kleilaag is (fig. 4b), waarin ’n waterafval (byvoorbeeld sloot) kan ingaan (bv. grondverskuiwings kan voorkom. ’n Groter hoeveelheid water gaan deur die deurlaatbare laag na die kleilaag, wat dit sterk benat, wat die weerstand op die oppervlak, waar die boonste laag gly, verminder.
Versteuring van balans deur ’n snit te sny
Sny snitte tydens die konstruksie van spoorweë en paaie ontwrig die vorige toestand van balans, want in die snyprofiel bly die grond sonder ondersteuning en neig om afwaarts te beweeg as gevolg van swaartekrag. ’n Toestand van ewewig kan gehandhaaf word as die interne weerstand van die grond groot genoeg is om hierdie neiging teen te werk, wat ook moontlik is wanneer die gesnyde grond uit sterk skuins lae na die sny toe bestaan.
Fig. 5. Gly van terrein as gevolg van sny in gelaagde grond
Indien lae ondeurdringbare en deurlaatbare grond egter afwisselend gesny word (Fig. 5), is daar ’n moontlikheid van uitloging van die deurlaatbare grond en benatting van die ondeurdringbare grond, waarop gly kan voorkom.
Grondinhomogeniteit
Dun lae ondeurdringbare materiaal in ’n wal gemaak van deurlaatbare grond, die sogenaamde kleilense (fig. 6), kan ook gly veroorsaak as ’n groot hoeveelheid water dit bereik en ’n gly-oppervlak vorm.
Fig. 6. Geval van wal wat gly weens inhomogene samestelling
Effek van ryp
Onder die effek van ryp, versamel water in die oppervlaklaag in die vorm van yslense. Tydens ontdooiing verander die yslense in water, wat die grond tot die diepte van rypaksie oorversadig, waardeur dit ’n vloeibare massa word en sy stabiliteit verloor.
Hierdie geval kom slegs voor in rypgevaarlike grond en met ’n langer rypduur, want dit neem baie tyd vir die vorming van yslense.
Verlaging van grondwatervlak
Wanneer die grondwatervlak permanent verlaag word, byvoorbeeld weens die aanpak van werk in die grond, droog die grond uit en as dit klei is wat ’n groot swelsel het, ontstaan daar krake. Groter hoeveelhede oppervlak- en atmosferiese water kom hulle binne, wat die grond benat en die interne weerstand verminder, wat ook tot grondverskuiwings kan lei.
Daar is ook baie ander gevalle van terreinverskuiwing, dus kan in ag geneem word dat enige samehangende grond onder sekere omstandighede sy interne weerstand in mindere of meerdere mate kan verloor en onder die invloed van eksterne kragte aan die gang gesit kan word.
Onsamehangende grond is stabiel solank die hellingshoek van die helling kleiner is as die hoek van interne wrywing van die grond. Met hierdie tipe grond vind gly slegs plaas as die hellingshoek groter is as die interne wrywingshoek. As ’n wal egter van ongebonde materiaal op kleierige grond gemaak word, kan die kleierige grond gly en die wal ineenstort, en dit is nodig om die stabiliteit na te gaan.
Toets die stabiliteit van grondhellings
Skuifoppervlakvorm
Die toestand van balans tussen eksterne kragte en interne grondweerstand is deur Coulomb gestel met sy vergelyking
τ ≤ c + σ tgϕ
waar τ die grondskuifspanning is, c die kohesie is, σ die normale spanning op die glyoppervlak is, ϕ die hoek van interne wrywing is.
As die grond se interne weerstand, kohesie c en wrywing σ tgϕ nie voldoende is om die skuifspanning van die grond te weerstaan nie, vind gly op ’n gly-oppervlak binne die grond plaas. Daar is verskillende vorme van gly-oppervlaktes, wat afhang van die fisiese eienskappe van die grond, stratifikasie, humiditeit, eksterne las en ander faktore.
Die volgende tipiese glykaste verskil volgens posisie:
Fig. 7. Tipiese gevalle van grondverskuiwings
a) Gly van die vertikale kante van die snit. In die geval van kanale vir watertoevoer, riool, ens., wat met vertikale kante gegrawe word (fig. 7a), as die kritieke hoogte hc, wat afhang van die fisiese eienskappe van die grond, oorskry word, vind gly op die oppervlak ADC plaas. Hierdie strokies is gewoonlik nie oor die hele lengte van die kanaal nie, maar is gelokaliseer, wat verklaar word deur die ongelyke skuifsterkte van die grond.
b) Gedeeltelike hellinggly (fig. 7b). Hierdie strokies verskyn dikwels in die lente op spoorweg- en padsnysels en is die gevolg van oorversadiging van die grond met water.
c) Huingly in die nag (fig. 7c). Dit is die gly van die hele helling van die sny of wal na die been C.
d) Huingly onder die voet (Fig. 7d). Dit is die gly van die hele helling van die sny of wal en die grond onder die voet. Hierdie glybaan word ook subgraadfraktuur of Sweedse fraktuur genoem, na die Swede wat dit eerste beskryf het.
Aangaande die vorm van die gly-oppervlak, kan slegs beweer word dat die gly-oppervlak in gebonde grond nie reguit is nie, maar dat dit ’n geboë oppervlak is. Sekere skrywers aanvaar ’n sirkelboog (Fellenius), ’n logaritmiese spiraal (Rendulić) of ’n kombinasie van hierdie geboë lyne (Brinch Hansen) as die vorm van die gly-oppervlak.
Effek van waterfiltrering op hellingstabiliteit
As daar eksterne water voor die helling is met ’n vlak van N1 (fig.8), vind watervloei in die grond agter die helling plaas, wat interne waterdruk in die porieë veroorsaak, waardeur die wrywing tussen vaste partikels afneem en die skuifspanning in die grond toeneem.
As die vlak N is1 van water voor die helling veroorsaak ’n konstante, waterkolom H*γW waterdruk in die grondporieë, wat die wrywing tussen vaste deeltjies verminder, waardeur die gevaar van hellinggly toeneem. Wanneer die vlak egter N is1 konstant, stoot die druk van die waterkolom H*γW die vaste stofdeeltjies na die binnekant van die grond, waardeur die gevaar van hellinggly tot ’n mate verminder word. In hierdie geval, by konstante watervlak N1 voor die helling is daar ’n gevaar van gly van die stroomafhelling, omdat die effek van waterfiltrasie in die grond die stoot van vaste partikels in die rigting van die buitekant van die stroomafhelling veroorsaak.
Sl.8. Die effek van filtrasie op die stabiliteit van die grondhelling
As die eksterne watervlak skerp daal vanaf die N-vlak1 op N2 dan word die stabiliteit van die stroomop helling bedreig. In hierdie geval vloei die interne poriewater na die buitekant van die stroomop helling, wat die vaste deeltjies na daardie kant toe stoot.
As gevolg van dit alles, as die grondhelling onder water is, moet die effek van waterfiltrasie ook in ag geneem word wanneer die stabiliteit van die helling getoets word.
Die effek van waterfiltrering in die grond hang af van verskeie faktore, waarvan die belangrikste permeabiliteit van die grond, hidrostatiese druk van die eksterne water, tempo van daling van die eksterne watervlak en homogeniteit van die grond is.
As ons aanneem dat die wal in fig. 8 van homogene isotropiese massa, onder die effek van hidrostatiese druk van eksterne water van vlak N1, sal water in die porieë van die wal vloei in die rigting van die stroomaf helling, waardeur die vlak van grondwater in die wal sal afneem met die lengte van die pad wat afgelê word. As ons piësometerpype AA’, BB’ en CC’ in die wal inbring (fig. 9), sal die poriewater onder die effek van hidrostatiese druk hierdie pype binnedring en styg tot die vlak N1, wat dieselfde kan wees in alle pype, as die punte B_A gekies word, indien die punte B_A gekies word en B_A in die pype is h1, h2 en h3.
Fig. 9. Ekwipotensiaal en stroomlyne
As ons met h die hoogte van die watervlak N1 in verhouding tot een of ander arbitrêr gekose vlak O-O aandui, dan is die potensiaal h vir alle 3 punte, A, B en C dieselfde. Die lyn wat hierdie drie punte verbind is die ekwipotensiaallyn. Grondwater in die grond kan nie langs daardie lyn vloei nie, maar slegs in die rigting van punte met ’n laer potensiaal.
Op ’n soortgelyke manier kan ons in dieselfde massa die punte D, E en F kies met ’n laer potensiaal h ― Δh. Die lyn wat hierdie drie punte verbind is die ekwipotensiaallyn van potensiaal h ― Δh. Watervloei vanaf punt A van die ekwipotensiaallyn ABC na een of ander oneindig nabye punt D van die ekwipotensiaallyn DEF sal bestaan in die rigting van die grootste hidrouliese daling in die rigting van die grootste hidrouliese daling i.imax. Δlmin = AD. Dit beteken dat die lyn AD waarlangs water vloei loodreg is op beide ekwipotensiaallyne, want
imax = Δh / Δlmin
waar Δlmin normaal is vir beide ekwipotensiaallyne. Daardie normale tot die ekwipotensiaallyne is die rigtings van die watervloei in die deurlaatbare massa en word stroomlyne genoem. Die gemeenskap van ekwipotensiaal- en stroomlyne, onderling loodreg op mekaar, vorm ’n vloeinetwerk.
Vloeinetwerke het verskillende vorms volgens massapermeabiliteit. Die mees algemene geval is ’n wal gemaak van deurlaatbare massa op ondeurdringbare grond, dit wil sê op grond wat ondeurdringbaar gemaak kan word (fig. 10). In hierdie geval, as die eksterne watervlak konstant is, is die stroomlyne in hul middelste deel van die parabool.
Fig. 10. Vloeinetwerk in ’n deurlaatbare wal op ondeurdringbare grond
By die stroomop helling verbind die parabole met die lyne loodreg op die helling, wat die ekwipotensiaallyn verteenwoordig, want op ’n konstante vlak N1 vloei water nie teen die helling af nie. Met die stroomafhelling eindig die parabole tangensiaal aan die helling, wat nie ’n ekwipotensiaallyn of ’n stroomlyn is nie. Die oppervlak van die ondeurdringbare grond onder die wal is ’n vaartlyn, want die water aan die onderkant van die wal vloei parallel met hierdie oppervlak. In die boonste deel eindig die vloeinetwerk met ’n basiese parabool genaamd die sypellyn, wat die grens van die grond onder die werking van filtrasie verteenwoordig. Onder hierdie limiet is die grond onder die effek van filtrasie as gevolg van die hidrostatiese druk van die eksterne water H*γW, terwyl daar geen filtrasie in die grond bo dit is nie. Die sypellyn word ook die versadigingslyn genoem, aangesien daar aanvaar word dat die grond daaronder heeltemal versadig is met water, terwyl dit bo dit gedeeltelik versadig is.
Werklike hellingsassessering moet ondersoek, stratifikasie, sterkteparameters, grond- en oppervlakwater, vlakveranderings, dreinering, seismiese, uitgrawings- of vulfases, aangrensende strukture en tydelike toestande insluit. Uitgrawing sonder behoorlike beskerming en om die sone van moontlike grondverskuiwing binne te gaan, is nie veilig op grond van die algemene teks of die vorm van die helling self nie.