በአፈር ውስጥ ግጭትና ተጣጣፊነት

በተጣመረ አፈር ውስጥ ሲሊንደር ብንቈርጥ እና በመደበኛ ግፊት P ተጽእኖ ስር ብናደርገው (ምስል 1)፣ በሲሊንደሩ ውስጥ አዲስ ጭንቀቶች ይታያሉ፣ ይህም አቀባዊ የግፊት ጭንቀት σ እና አግድም የመቁረጫ ጭንቀት ናቸው። ግፊቱን P በቀስታ ካበረከትን፣ ከተወሰነ ጊዜ በኋላ በሲሊንደሩ ላይ የተመዘኑ ስንጥቆች ይታያሉ፣ ከዚያ በኋላ በቅጽበት የሲሊንደሩ መሰበር ይፈጠራል። በመሰበር ጊዜ ሲሊንደሩ በግፊቱ P ተጽእኖ በመቁረጫ ደረጃ በትንሹ ተቋቋሚነት N-N ላይ ተቆርጦ ይለያያል።

Sl. 1. ከተቀናጀ አፈር የተወጣ ሲሊንደር ላይ የግፊት ተጽእኖ

Отпор тла који је ваљак пружио против дејства силе P у тренутку лома зове се отпор смицања тла, а угао α нагиба равни најмањег отпора према хоризонтали зове се угао равни најмањег отпора смицања тла.

Otpor smicanja vezanog tla sastoji se iz dva elementarna otpora: unutrašnjeg trenja između čvrstih čestica i kohezije koja vezuje čvrste čestice. Čvrstoća smicanja tla usvaja se da je jednaka najvećem naponu smicanja u trenutku loma i izražava se jednačinom

τf = c + σ tg_φ_

እዚህ፡ τf የአፈር የመቁረጥ ጥንካሬ [kp/cm2]፣

c የአፈር ተጣባቂነት [kp/cm3],

σ የአፈር መደበኛ ጫና [kp/cm3],

φ የአፈር የውስጥ ማሸሻ አንግል።

ከላይ ያለውን መልክ ፈረንሳዊው ኩሎምብ 1785. በዓመት አቀረበው። በዚህ መልክ መሠረት፣ ለተወሰነ አፈር የተባበረ ኃይል c ቋሚ እና ከመደበኛ ግፊት ነፃ ነው፣ እንዲሁም የግጭት መቋቋም σ tg_ϕ_ በትክክል ከጭነት σ ጋር ተመጣጣኝ ነው። በእውነት ግን የተባበረ ኃይል e ለተወሰነ አፈር ቋሚ አይደለም፣ እሱም እንዲሁ በተወሰነ ደረጃ ከመደበኛ ጭነት σ ጋር የተያያዘ ነው፣ ምክንያቱም በዚያ ግፊት ተጽእኖ የጠንካራ ቅንጣቶችን የሚሸፍነው የውሃ ፊልም ውፍረት ይቀንሳል እና በዚህም ተባበር ኃይሉ ይጨምራል። የኩሎምብ መልክ በጭራሽ ተፈታታኝ በሆኑ አፈሮች ላይ ይሰራል፣ በእነሱም በመደበኛ ግፊት ተጽእኖ ውስጥ ከቦታዎች ውሃ ያለ ተከላካይነት ይጠረጥራል፣ ይህም በጠጠርና በአሸዋማ አፈር ሁኔታ ነው፣ ነገር ግን ትንሽ የሚያስረግብ የተጣመረ አፈር አይደለም፣ ስለዚህ ከቦታዎች ውሃ በቀላሉ አይጠረጥም እና በጭነት P ተጽእኖ ስር እንደተወጠረ የቦታ ውሃ ይቀራል።

ውጤታማ እና ገለልተኛ ጭነቶች በአፈር ውስጥ

Sl. 2. በአፈር ውስጥ ያለ ውጤታማ እና ነባር ጭነት

በዕቃ ግርጌ ላይ የአፈር ናሙና፣ ለምሳሌ ደረቅ አሸዋ፣ ካስቀመጥን እና በአንድ ክብደት፣ ለምሳሌ ክብደቱ W የሆነ የሌድ ብረት ፍንጣሪ ካጫንንበት፣ የዚህ ክብደት ሙሉ ጭነት የአፈሩ ጠንካራ ቅንጣቶች ይቀበላሉ። በናሙናው ወለል ላይ ያለው ልዩ ግፊት p0 = W/A በ kp/cm3፣ እዚህም A የናሙናው መስቀለኛ ክፍል ስፋት ነው፣ የናሙናውን መቀመጥ፣ ማለትም የባዶነቱን መቀነስ ያስከትላል፤ ነገር ግን እንደ መቁረጫ ጥንካሬ መጨመር፣ የመጭመቂያ ሞዱለስ መጨመር እና ሌሎችም ያሉ የናሙናው ሌሎች አካላዊ ባህሪያት ላይም ለውጦች ያመጣል። በቅንጣቶች መካከል በመንካት ላይ የሚኖረው ግፊት effective ወይም intergranular pressure σ’ ተብሎ ይጠራል። ኮንሶሊዴሽን ሲጠናቀቅ፣ ማለትም ናሙናው በ p0 ጭነት ስር መቀመጡን ሲያቆም፣ ውጤታማው ግፊት አፈሩ በሚታየው ጥልቀት ላይ ያለውን አጠቃላይ ልዩ ግፊት ይመሳሰላል። በዚህ ጉዳይ ውስጥ፣ በናሙናው ወለል በታች ባለው ጥልቀት ላይ በስዕል 2 σ’ = W/A + hzγ ነው፣ እዚህም γ የናሙናው የመጠን ክብደት ነው።

ነገር ግን ናሙናውን በመያዣው ውስጥ በሊድ ብረት ፍራፍሬ ፈንታ በውሃ እስከ h ከፍታ እንደጫነን እና ይህም የናሙናውን ሁሉንም ቀዳዳዎች እንደሞላ ከሆነ፣ ከናሙናው በላይ ያለው የውሃ አምድ ግፊት hγw፣ በዚህም γw የውሃ የመጠን ክብደት ነው፣ የናሙናውን መቀመጥ እና የፖሮዝነቱን መቀነስ አያስከትልም፣ እንዲሁም የመቈረጥ ጥንካሬውንና የመጨመቂያነት ሞዱሉን አያድግም። ስለዚህ ስታቲክ የውሃ ግፊት hγw እንደ ገለልተኛ ግፊት ይባላል። u በሚመለከተው ገለልተኛ ግፊት በናሙናው ውስጥ በሁሉም አቅጣጫዎች በእኩል ጥንካሬ ይተላለፋል። ውሃ ራሱ ምንም የመቈረጥ ጥንካሬ ስለሌለው ይህ ግፊት የመቈረጥ ጥንካሬን አያድግም።

ስለዚህ ውጤታማ ግፊት σ’ በአፈር ጠንካራ ቅንጣቶች መካከል ባለው የንክኪ ገጽታ በኩል ይተላለፋል፣ ገለልተኛ ግፊት u ደግሞ በቦታዎች ውስጥ ባለው ውሃ በኩል ይተላለፋል። የሸክላው የታችኛው ክፍል መጠን ክብደቱ γz ያለው በውሃ የተሞላ የአፈር ናሙና ከተሞላ ሲሆን፣ ከናሙናው ገጽታ በላይ እስከ N ደረጃ ድረስ በክብደቱ γw ያለው ውሃ ከተሞላ ከሆነ፣ በናሙናው ማንኛውም ነጥብ ውስጥ ያለው አጠቃላይ ግፊት σ ይሆናል σ = σ’ + u.

በhz ጥልቀት፣ ከናሙናው ላይ በታች ያለው ቦታ፣ ውጤታማ ግፊት σ = σ’ - u ይሆናል

የት σ = h γw + h γz

               u = (h + hz) γw.

ስለዚህ σ’ = hz γ’ ይሆናል

γ’ በውሃ ውስጥ የተጠለቀ አፈር የክብደት መጠን ነው።

የአፈር መቁረጥ ጥንካሬ አጠቃላይ እኩልነት

የተጣበቀ አፈርን በ_P_ ጭነት ካጫንነው፣ ይህ ጭነት የአፈሩን ስልሰላ ያስነሳል እና በመጀመሪያ በእሱ ተጽእኖ ከቦታዎቹ ውስጥ አየር ይጠፋል፣ ስለዚህም በቅርቡ በቦታዎቹ ውስጥ ውኃ ብቻ ይቀራል። በተጣበቀ አፈር ያለው ትንሽ የውኃ መተላለፊያ ምክንያት ውኃው ወዲያው ሊበረር ስለማይችል፣ በቦታዎቹ ውስጥ እንደተጫነ ውኃ ይቀራል እና በመጀመሪያ ጠቅላላ የውጭ ጭነት P_ን ይቀበላል። በቀጣዩ የጊዜ ሂደት ውስጥ፣ በ_P ጭነት ተጽእኖ ከቦታዎቹ ውኃ መውጣት ይጀምራል እና ጠንካራ ቅንጣቶች ይቀራረባሉ፣ እነርሱም አሁን የ_P_ ጭነት አንድ ክፍል ይወስዳሉ። በዚያ ጊዜ τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ እንዲህ ሲሆን σ ከ_P_ ጭነት የሚመጣ ጠቅላላ ግፊት ነው፣ u ደግሞ የቦታ ውኃ ግፊት ነው።

የፖር ውሃ ግፊት u በብዙ ነገሮች ላይ ይመሰረታል፣ ለምሳሌ በጊዜ የሚከተለው የማጠናከር ሂደት፣ የአፈር መተላለፊያነት፣ የአፈር ጭነት መጠን ወዘተ። የአፈር የመቁረጥ ጥንካሬ በፖር ውሃ ግፊት ላይ ይመሰረታል እና በ u=0 ጊዜ ከፍተኛ ናት፣ በዚያም ጊዜ የአፈር ማጠናከር ይፈጠራል።

የአፈር ኮሎይዳል እንቅስቃሴ

የአፈር የውስጥ ተቃውሞ አካላት ተባባሪነት እና ግጭት የተለያዩ ሊሆኑ ይችላሉ እና በብዙ መጠን በአፈሩ ጠንካራ ቅንጣቶች ክፍለ መጠን እና በፕላስቲክ ባህሪያቱ ላይ ይመረኮዛሉ። በተያያዥ አፈር ውስጥ የተባባሪነት ተፅእኖን ከውስጣዊ የግጭት ተቃውሞ ጋር ለመወሰን፣ Skempton የአፈር ኮሎይዳል ንቁነት ጽንሰ-ሀሳብ K_P አስገባ፣ ይህም የፕላስቲሲቲ መለኪያ IP ከ0,002 mm በታች ያሉ ቅንጣቶች መጠን ጋር በየሙሉ ክብደቱ መቶኛ የሚታወቅ ግንኙነት ነው። በዚህ ጊዜ የሚከተለው መስፈርት (ስዕል 3): ተቀባ ነበር።

Сл. 3. Колоидна активност тла

KP < 0,75 ሲሆን ንቁ ያልሆኑ ሸክላዎች ናቸው፣

ለ KP = 0,75 – 1,25 መደበኛ ሸክላዎች ናቸው፣

የንቁ ሸክላ Kp > 1,25 ለ፡

KP ሲጨምር የኮሄዥን ተጽዕኖ ከውስጣዊ ፍጥነት መግጠም ጋር ሲነጻጸር ይጨምራል።

የአፈር ተጋላጭነት

በተቆራኘ አፈር ውስጥ ዲያሜትሩ 3—3,4 cm እና ቁመቱ ~ 5 cm ያለ ሲሊንደር ካወጣንና በመደበኛ ጭነት ካጫንነው፣ በሲሊንደሩ ስብራት ጊዜ የተነካ አልባ የአፈር የመጭመቂያ ጥንካሬ σ__ₙ: እናገኛለን።

σn = P/A በ kp/cm2,

እዚህ A የሲሊንደሩ የመቁረጫ ክፍል ነው።

ከፈተናው ከተጠናቀቀ በኋላ የተሰበረውን ናሙና እንንቀሳቀስ እና በተመሳሳይ መጠን ያለ ሲሊንደር-ሻጋታ በመጠቀም እንደገና ሲሊንደሩን እንሠራው፣ የእርጥበቱም መጠን በቀድሞው ፈተና እንደነበረው እንዲቀር። ከዚያ በቀጥታ ከተሠራው ሲሊንደር ጋር ፈተናውን እንደገና እናደርጋለን፣ በዚህም የተበላሸ ሁኔታ ውስጥ ያለው የአፈር ግፊት ጠንካራነት σ__ₚ. እንዲገኝ።

ስሜታዊነት (sensitivitet) S__ₜ በማይተካ ሁኔታ ያለው የመጭመቂያ ጥንካሬ ከተበላሸ ሁኔታ ያለው የመጭመቂያ ጥንካሬ ጋር ያለው ጥምርታ ነው፦ St = σn/σp,

በአንድ መመዘኛ መሠረት የ S__ₜ ስሜታዊነት እንዲህ ይገመታል፦

• ለ S__ₜ = 1 — 2 የሸክላው ስሜታዊነት ትንሽ ነው፣
• ለ S__ₜ = 2 — 4 የሸክላ መካከለኛ ስሜታዊነት ነው፣
• ለ S__ₜ = 4 — 8 የሸክላው ትልቅ ስሜታዊነት አለ፣
• ለ S__ₜ > 8 በጣም የሚነካ ሸክላ ነው።

በተፈጥሮ ውስጥ በሜካኒካዊ ተጽእኖ፣ ለምሳሌ በመንቀጥቀጥ፣ የሸክላ አፈር በድንገት ጥንካሬውን ያጣል፣ ከዚያም በእርጋታ ሁኔታ ውስጥ እንደገና ይመልሳል። ይህ ባህሪ የአፈር ቲክሶትሮፒ ተብሎ ይጠራል። ብዙ ሸክላዎች በተወሰነ ደረጃ ቲክሶትሮፒክ ባህሪያት አላቸው። በኖርዌይ፣ በስዊድን እና በፊንላንድ ውስጥ ቲክሶትሮፒክ ሸክላ መፍሰስ ምክንያት የቁልቁለት ዳርቻዎች መንሸራተት የታወቀ ነው፣ በምርመራም በዚህ ሂደት ውስጥ የሸክላው እርጥበት ለውጥ እንዳልነበረ ፣ ማለትም ከመፍሰሱ በፊትና በኋላ የሸክላው እርጥበት ቋሚ እንደነበር ተደርጓል።