Bağlı torpaqda bir silindr kəsib onu normal təzyiq P təsirinə (şək. 1) məruz qoysaq, silindrdə yeni gərginliklər yaranacaq, yəni şaquli sıxma gərginliyi σ və üfüqi kəsici gərginlik . Təzyiqi P tədricən artırsaq, bir müddətdən sonra silindrdə maili çatlar əmələ gələcək, dərhal sonra isə silindr qırılacaq. Qırılma anında silindr P təzyiqinin təsiri ilə ən az müqavimətli N-N kəsici müstəvisi üzrə sürüşmüş olur.
Şək. 1. Kohesiv torpaqdan çıxarılmış silindrə təzyiqin təsiri
Qırılma anında P qüvvəsinin təsirinə qarşı valikin göstərdiyi torpaq müqaviməti torpağın kəsilmə müqaviməti adlanır, ən kiçik müqavimət müstəvisinin üfüqə görə meyl bucağı isə torpağın kəsilmə ən kiçik müqavimət müstəvisinin bucağı adlanır.
Birləşmiş torpağın kəsilmə müqaviməti iki elementar müqavimətdən ibarətdir: bərk hissəciklər arasındakı daxili sürtünmə və bərk hissəcikləri birləşdirən koheziya. Torpağın kəsilmə möhkəmliyi qırılma anındakı ən böyük kəsilmə gərginliyinə bərabər qəbul edilir və tənliklə ifadə olunur
τf = c + σ tg_φ_
burada: τf torpağın kəsilmə möhkəmliyi [kp/cm2],
c torpağın koheziyası [kp/cm3],
σ torpağın normal gərginliyi [kp/cm3],
φ torpağın daxili sürtünmə bucağı.
Yuxarıdakı düsturu fransız Coulomb 1785. ildə vermişdir. Bu düstura görə, verilmiş torpaq üçün koheziya c sabitdir və normal təzyiqdən asılı deyil, halbuki sürtünmə müqaviməti σ tg_ϕ_ gərginlik σ ilə düz mütənasibdir. Əslində koheziya e verilmiş torpaq üçün sabit deyil, o da müəyyən dərəcədə normal gərginlik σ-dan asılıdır, çünki bu təzyiqin təsiri altında bərk hissəcikləri əhatə edən su təbəqəsinin qalınlığı azalır və bununla da koheziya artır. Coulomb düsturu keçirici torpaqlara aiddir; burada normal təzyiqin təsiri altında məsamələrdən su müqavimətsiz sıxışdırılıb çıxarılır. Bu, çınqıllı və qumlu torpaqlarda belədir, lakin az keçirici olduğuna görə məsamələrdən suyun çətin sıxışdırılıb çıxarıldığı və P yükünün təsiri altında gərginləşmiş məsamə suyu kimi qaldığı bağlı torpaqlarda belə deyil.
Torpaqda effektiv və neytral gərginliklər
Şək. 2. Torpaqda effektiv və neytral gərginlik
Əgər qabağın dibinə torpaq nümunəsi, məsələn, quru qum qoyub onu hər hansı bir kütlə ilə, məsələn, çəkisi W olan qurğuşun qırması ilə yükləsək, bu çəkinin bütün yükünü torpağın bərk hissəcikləri qəbul edəcək. Nümunə səthinə düşən xüsusi təzyiq p0 = W/A kp/cm3, burada A nümunənin en kəsiyinin sahəsidir, nümunənin oturmasına, yəni məsaməliliyinin azalmasına səbəb olacaq, lakin eyni zamanda möhkəmliyin artması, sıxılma modulunun yüksəlməsi və digər fiziki xüsusiyyətlərin dəyişməsi kimi nəticələr də verəcək. Hissəciklərin təmas səthlərində mövcud olan təzyiq effektiv və ya interqranulyar təzyiq σ’ adlanır. Konsolidasiya əldə edildikdə, yəni nümunə p0 yükü altında oturmağı dayandırdıqda, effektiv təzyiq torpağın baxıldığı dərinlikdə təsir edən ümumi xüsusi təzyiqə bərabər olur. Bu halda, nümunənin səthinin altındakı dərinlikdə, şək. 2 üzrə σ’ = W/A + hzγ olur, burada γ nümunənin həcm çəkisidir.
Amma əgər qabdakı nümunəni qurğuşun qırması əvəzinə h hündürlüyünədək su ilə yükləsək və bu su nümunənin bütün məsamələrini doldurmuş olarsa, nümunənin üstündəki su sütununun təzyiqi hγw — burada γw suyun həcm çəkisidir — nümunənin çökməsinə və onun məsaməliliyinin azalmasına səbəb olmayacaq, nə də onun kəsilmə möhkəmliyini və sıxılma moduluunu artıracaq. Buna görə də hidrostatik təzyiq hγw “neytral təzyiq” adlanır. u ilə işarə olunan neytral təzyiq nümunə boyunca bütün istiqamətlərdə eyni intensivliklə ötürülür. Bu təzyiq kəsilmə möhkəmliyinin artmasına səbəb olmayacaq, çünki suyun özünün heç bir kəsilmə möhkəmliyi yoxdur.
Buna görə effektiv təzyiq σ’ torpağın bərk hissəcikləri arasındakı təmas səthləri vasitəsilə ötürülür, neytral təzyiq u isə məsamələrdəki su vasitəsilə ötürülür. Əgər qabın alt hissəsi həcm çəkisi γz olan doymuş torpaq nümunəsi ilə doldurulubsa və nümunənin səthindən N səviyyəsinədək qabın içi həcm çəkisi γw olan su ilə doludursa, onda nümunənin istənilən nöqtəsində ümumi təzyiq σ σ = σ’ + u. olacaq.
hz dərinliyində, nümunənin səthinin altında effektiv təzyiq σ = σ’ - u olacaqdır
burada σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Buna görə σ’ = hz γ’ olacaq
γ’ suda batmış torpağın həcm çəkisidir.
Torpağın kəsmə möhkəmliyinin ümumi tənliyi
Əgər bağlı torpağa P yükü tətbiq etsək, bu yük torpağın çökməsinə səbəb olacaq və ilk növbədə onun təsiri ilə məsamələrdən hava sıxışdırılıb çıxarılacaq, beləliklə qısa müddətdə məsamələrdə yalnız su qalacaq. Bağlı torpağın aşağı su keçiriciliyi səbəbindən su dərhal sıxışdırılıb çıxarıla bilmədiyindən, o, məsamələrdə gərginləşmiş su kimi qalır və əvvəlcə ümumi xarici P yükünü qəbul edir. Sonrakı müddətdə P yükünün təsiri altında məsamələrdən su sıxışdırılıb çıxarılmağa başlayır və bərk hissəciklərin yaxınlaşması baş verir, onlar isə artıq P yükünün bir hissəsini qəbul edirlər. Onda τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ burada σ P yükündən yaranan ümumi təzyiq, u isə məsamə suyunun təzyiqidir.
Məsamə suyunun təzyiqi konsolidasiya prosesinin zaman gedişi, torpağın sukeçiriciliyi, torpaq yüklənməsinin böyüklüyü və s. kimi bir çox amillərdən asılıdır. Torpağın kəsilmə möhkəmliyi məsamə suyunun təzyiqindən asılıdır və o, torpaq konsolidasiya olunduğu u=0 üçün ən böyükdür.
Torpağın kolloid aktivliyi
Torpağın daxili müqavimət elementləri koheziya və sürtünmə müxtəlif ola bilər və torpağın bərk hissəciklərinin iri və xırdalığı ilə, eləcə də onun plastik xüsusiyyətləri ilə böyük dərəcədə asılıdır. Koherent torpağın daxili sürtünmə müqaviməti ilə müqayisədə koheziyanın təsirini müəyyən etmək məqsədilə Skempton torpağın kolloid aktivliyi _K_P anlayışını irəli sürmüşdür; bu, plastiklik indeksinin IP bütün kütlənin çəkisinin faizi ilə 0,002 mm-dən kiçik hissəciklərin miqdarına nisbəti kimi ifadə olunur. Bu zaman aşağıdakı meyar qəbul edilmişdir (şək. 3):
Şək. 3. Torpağın kolloid aktivliyi
KP < 0,75 olduqda passiv gillər,
KP = 0,75 – 1,25 üçün normal gillərdir,
Kp > 1,25 aktiv gil üçün.
KP artdıqca koheziyanın təsiri koherent torpağın daxili sürtünməsinə nisbətən artır.
Torpağın həssaslığı
Əgər koherent torpaqda diametri 3—3,4 cm və hündürlüyü təxminən 5 cm olan silindr çıxarıb onu normal yüklə yükləsək, silindrin qırılma anında dəyişməz vəziyyətdə olan torpağın sıxılma möhkəmliyini σ__ₙ: alarıq
σn = P/A kp/cm2-də,
burada A silindrin en kəsiyidir.
Sınaq başa çatdıqdan sonra sınıq nümunəni kənara qoyuruq və yenidən eyni ölçülərdə silindr hazırlayırıq, eyni silindr-kalıbdan istifadə etməklə, onun rütubəti əvvəlki sınaqdakı kimi qalmaq şərtilə. Sonra yoğrulmuş silindr hazırlandıqdan dərhal sonra onunla sınaq təkrarlanır ki, pozulmuş vəziyyətdə torpağın sıxılma möhkəmliyi σ__ₚ. alınsın
Həssaslıq (sensitivlik) S__ₜ pozulmamış vəziyyətdəki sıxılma möhkəmliyinin pozulmuş vəziyyətdəki sıxılma möhkəmliyinə nisbətidir: St = σn/σp,
Bir meyara görə S__ₜ həssaslığı aşağıdakı kimi qiymətləndirilir:
- t = 1 — 2 olduqda gilin həssaslığı azdır,
- S__ₜ = 2 — 4 olduqda gilin orta həssaslığıdır,
- S__ₜ = 4 — 8 olduqda gilin həssaslığı yüksəkdir,
- S__ₜ > 8 üçün həddindən artıq həssas gildır.
Təbiətdə belə olur ki, məsələn, zəlzələ kimi mexaniki təsir nəticəsində gil torpaq birdən-birə möhkəmliyini itirir və sonra sakit vəziyyətdə yenidən onu qazanır. Bu xassə torpağın tiksotropiyası adlanır. Bir çox gillərdə müəyyən dərəcədə tiksotrop xassələr vardır. Norveçdə, İsveçdə və Finlandiyada tiksotrop gilın axması nəticəsində qazma yamaclarının sürüşməsi halları məlumdur; tədqiqatlar göstərmişdir ki, bu proses zamanı gilın rütubətində dəyişiklik olmamışdır, yəni gilın rütubəti axmadan əvvəl və sonra sabit qalmışdır.