Архіўны экспертны змест і сур’ёзная рызыка: артыкул захоўвае гістарычны апісанне ўстойлівасці схілаў, сімвалы, формулы і дыяграмы з арыгінальнага тэксту. Гэта не геатэхнічнае даследаванне, праект раскопак або насыпу, разлік устойлівасці, план дрэнажу, ацэнка апоўзня або працоўныя інструкцыі. Няўстойлівы схіл можа раптам пахаваць людзей, будынкі і дарогі; заўважаныя расколіны, выпукласці, каламутная вада, раптоўнае прасяданне або зрушэнне павінны разглядацца як прычына для выдалення з небяспечнай зоны і тэрміновай прафесійнай ацэнкі.
Savo Kusić сёння факусуюць на драўляных вокнах, дрэва-алюмініевых вокнах, вокнах на заказ, дзвярах і запытах цытаты. Гэты артыкул застаецца ў якасці тэхнічнага архіва і не з’яўляецца прапановай геатэхнічнага праектавання, нагляду або выканання земляных работ.
Для пабудаваных земляных работ, такіх як выемкі, насыпы і каналы, канчатковыя схілы часам абвальваюцца. А натуральны схіл, без штучных работ, можа рухацца раптоўна і з вялікай сілай або вельмі павольна. Гэтыя з’явы даўно з’яўляюцца прадметам геалагічных і геамеханічных даследаванняў з мэтай ацэнкі стабільнасці на падставе фізічных характарыстык глебы і ўмоў кожнага асобнага выпадку.
Прычыны руху зямных мас
Умовай устойлівасці любой глебы, незалежна ад таго, штучны земляны аб’ект ці натуральная глеба, заключаецца ў наяўнасці балансу паміж знешнімі сіламі і ўнутраным супраціўленнем глебы. Знешнія сілы - гэта ў першую чаргу ўласная вага глебы, якая звычайна з’яўляецца адзінай знешняй сілай, а затым любая іншая знешняя нагрузка, якая дзейнічае на схіл, пастаянная або рухомая. Унутранае супраціўленне складаецца з кагезіі і трэння ў звязанай глебе і толькі трэння ў незвязанай глебе.
Мал. 1. Ухіл насыпу з рыхлага грунту
Калі мы назіраем насып вышынёй h, зроблены з цалкам рыхлага грунту, напрыклад, сухога ўтрамбаванага пяску, мы вызначым, што схіл гэтага насыпу нахілены пад вуглом β да гарызанталі (мал. 1). Памер вугла β залежыць ад некалькіх фактараў, такіх як памер зерня, форма зерня і ўшчыльненне. Калі мы павялічваем вышыню насыпу h да h1, h2 і г.д. з тым жа нязвязаным матэрыялам аднолькавага ўшчыльнення, вугал β не зменіцца, ухіл насыпу застанецца на тым жа ўхіле да неабмежаванай вышыні h. Для дадзенай друзлай глебы натуральны вугал схілу β не залежыць ад вышыні схілу h. Велічыня вугла β для незвязанай глебы залежыць ад вугла ўнутранага трэння глебы φ і лічыцца крыху меншай за яго або роўнай яму, β ≤ φ.
Мал. 2. Зрэзны схіл у звязанай глебе
Калі мы назіраем разрэз, зроблены ў звязанай глебе, мы выявім, што нахіл разрэзу захоўваецца пад больш моцным нахілам 1:m, г.зн. пад большым вуглом β з-за таго, што ўнутранае супраціўленне звязанай глебы павялічваецца за кошт згуртавання, якога няма ў сухім пяску (мал. 2). У некаторых тыпах глеб, такіх як сухі лёс, згуртаванасць можа павялічыць унутраны супраціў да такой ступені, што глебу можна ўтрымліваць вертыкальна зрэзаным бокам, г.зн. пад вуглом β = 90°. Аднак, калі мы павялічваем вышыню зрэзу h у звязанай глебе да h1, h2 і г.д., вугал нахілу схілу зрэзу β павінен быць зменшаны, каб падтрымліваць схіл у стабільнасці. Для кожнага вугла нахілу β схілу ўрэзу ў дадзенай абмежаванай глебе існуе адна крытычная вышыня hc. Калі мы перавышаем гэтую вышыню, схіл AB не будзе ўтрымлівацца ў раўнавазе, і ён будзе слізгаць па слізгальнай паверхні CD (мал. 3). Спаўзанне адбылося з-за парушэння раўнавагі паміж знешняй сілай, уласнай вагой зямной масы і ўнутраным супраціўленнем, якога ўжо не было дастаткова, каб супрацьстаяць павялічанай знешняй сіле, г.зн. павялічанай вазе масы глебы, выкліканай павелічэннем вышыні схілу h.
Мал. 3. Спаўзанне схілу ў сувязным грунце
З вышэйсказанага вынікае, што вугал натуральнага ўхілу глебы не можа быць прыняты ў якасці пастаяннай велічыні для дадзенай глебы, паколькі яго значэнне ва ўсіх іншых умовах залежыць ад вышыні ўхілу і памяншаецца з павелічэннем гэтай вышыні. Аднак яго часта прымаюць для схілаў невялікіх вышынь як пастаянную велічыню, якая залежыць ад вугла ўнутранага трэння глебы φ.
Парушэнне раўнавагі можа адбыцца і без павелічэння вышыні зрэзу h, напрыклад, калі памяншаецца ўнутранае супраціўленне глебы. Элементы ўнутранага супраціву звязанай глебы, згуртаванасць і трэнне, вельмі зменлівыя і залежаць ад колькасці вады ў глебе. Такім чынам, у многіх выпадках прычынай спаўзання з’яўляецца перанасычэнне звязанай вадой глебы, якое можа быць настолькі вялікім, што глеба ўжо не ў стане падтрымліваць сябе ні пад якім схілам, але спаўзае з-за ўласнай вагі.
Мал. 4. Спаўзанне глебы з-за ўтварэння паверхняў слізгацення
Існуюць розныя выпадкі спаўзання глебы з-за памяншэння ўнутранага супраціўлення, з якіх мы згадаем тут некалькі характэрных.
Адукацыя паверхняў слізгацення
Калі на схіле ніжэй павярхоўнага пласта водапранікальнай глебы ёсць непранікальны пласт гліны (мал. 4a), або калі ў пласце гліны ёсць нахілены пласт пяску (мал. 4b), у які можа патрапіць атмасферная або паверхневая вада (напрыклад, з занядбанай дрэнажнай канавы), могуць адбыцца апоўзні. Большая колькасць вады праходзіць праз пранікальны пласт у пласт гліны, які яна моцна змочвае, памяншаючы яго супраціўленне на паверхні, дзе верхні пласт спаўзае.
Парушэнне раўнавагі ў выніку парэзу
Высечка разрэзаў пры будаўніцтве чыгунак і дарог парушае ранейшы стан раўнавагі, таму што ў профілі разрэзу глеба застаецца без апоры і імкнецца рухацца ўніз пад дзеяннем сілы цяжару. Стан раўнавагі можа падтрымлівацца, калі ўнутранае супраціўленне глебы дастаткова вялікае, каб супрацьстаяць гэтай тэндэнцыі, што таксама магчыма, калі зрэзаная глеба складаецца з моцна нахіленых у бок зрэзу слаёў.
Мал. 5. Спаўзанне мясцовасці з-за рэзкі слаістай глебы
Аднак, калі пласты водапранікальнай і водапранікальнай глебы разразаюцца па чарзе (мал. 5), існуе верагоднасць вымывання водапранікальнай глебы і намакання непранікальнай глебы, што можа адбыцца саслізгванне.
Неаднастайнасць глебы
Тонкія пласты непранікальнага матэрыялу ў насыпе з водапранікальнай глебы, так званыя гліністыя лінзы (мал. 6), таксама могуць выклікаць слізгаценне, калі вялікая колькасць вады дасягае іх і ўтварае паверхню слізгацення.
Мал. 6. Выпадак спаўзання насыпу з-за неаднароднага складу
Эфект марозу
Пад дзеяннем марозу вада назапашваецца ў павярхоўным слоі ў выглядзе ледзяных лінзаў. Пры адтаванні лінзы лёду ператвараюцца ў ваду, якая перанасычае глебу да глыбіні дзеяння маразоў, у выніку чаго яна ператвараецца ў вадкую масу і губляе ўстойлівасць.
Гэты выпадак сустракаецца толькі ў марозанебяспечнай глебе і пры большай працягласці замаразкаў, таму што для ўтварэння ледзяных лінз патрабуецца шмат часу.
Зніжэнне ўзроўню грунтовых вод
Калі ўзровень грунтовых вод пастаянна паніжаецца, напрыклад, з-за земляных работ, глеба перасыхае і, калі гэта гліна, якая мае моцнае набраканне, з’яўляюцца расколіны. Большая колькасць паверхневай і атмасфернай вады трапляе ў іх, змочваючы глебу і памяншаючы яе ўнутранае супраціўленне, што таксама можа прывесці да апоўзняў.
Існуе таксама шмат іншых выпадкаў спаўзання рэльефу, таму можна лічыць, што любы сувязны грунт можа пры пэўных абставінах у большай ці меншай ступені страціць свой унутраны супраціў і пад уздзеяннем знешніх сіл можа быць прыведзены ў рух.
Незвязны грунт устойлівы, пакуль вугал нахілу схілу меншы за вугал унутранага трэння грунту. Пры гэтым тыпе грунту слізгаценне адбываецца толькі ў тым выпадку, калі кут нахілу больш кута ўнутранага трэння. Аднак, калі насып зроблены з нязвязанага матэрыялу на гліністай глебе, гліністая глеба можа спаўзці і насып абваліцца, і неабходна праверыць устойлівасць.
Выпрабаванне ўстойлівасці земляных схілаў
Форма паверхні слізгацення
Умова раўнавагі паміж знешнімі сіламі і ўнутраным супрацівам глебы была ўстаноўлена Кулонам з дапамогай яго ўраўнення
τ ≤ c + σ tgϕ
, дзе τ — напружанне зруху глебы, c — кагезія, σ — нармальнае напружанне на паверхні слізгацення, ϕ — вугал унутранага трэння.
Калі ўнутранага супраціву глебы, згуртаванасці c і трэння σ tgϕ недастаткова, каб супрацьстаяць напружанню зруху глебы, адбываецца слізгаценне па паверхні слізгацення ўнутры глебы. Існуюць розныя формы паверхняў слізгацення, якія залежаць ад фізічных уласцівасцей глебы, стратыфікацыі, вільготнасці, знешняй нагрузкі і іншых фактараў.
Наступныя тыповыя рассоўныя карпусы адрозніваюцца ў залежнасці ад становішча:
Мал. 7. Тыповыя выпадкі апоўзняў
a) Слізганне вертыкальных бакоў разрэзу. У выпадку каналаў для водазабеспячэння, каналізацыі і г.д., якія выкопваюцца з вертыкальнымі бакамі (мал. 7a), калі крытычная вышыня hc, якая залежыць ад фізічных уласцівасцей глебы, перавышана, адбываецца слізгаценне па паверхні ADC. Гэтыя спаўзанні звычайна не па ўсёй даўжыні рэчышча, а лакалізаваныя, што тлумачыцца нераўнамернай трываласцю грунта на зрух.
b) Частковае спаўзанне схілу (мал. 7b). Гэтыя спаўзанні часта з’яўляюцца вясной на чыгуначных і аўтамабільных высечках і з’яўляюцца вынікам перанасычэння глебы вадой.
c) Спаўзанне схілу ўначы (мал. 7c). Гэта слізгаценне ўсяго схілу ўрэзкі або насыпу да адрэзка C.
d) Слізганне схілу пад нагамі (мал. 7d). Гэта спаўзанне ўсяго схілу ўрэзкі або насыпу і грунту пад падмуркам. Гэтую горку таксама называюць пераломам грунтавога грунту або шведскім пераломам у гонар шведаў, якія ўпершыню яго апісалі.
Што тычыцца формы паверхні слізгацення, можна толькі сцвярджаць, што паверхня слізгацення ў звязанай глебе не з’яўляецца прамой, а крывой. Некаторыя аўтары прымаюць дугу акружнасці (Фелленіус), лагарыфмічную спіраль (Рэндуліч) або камбінацыю гэтых выгнутых ліній (Брынч Хансен) у якасці формы паверхні слізгацення.
Уплыў фільтрацыі вады на ўстойлівасць схілу
Калі перад схілам знаходзіцца знешняя вада з узроўнем N1 (мал. 8), у глебе за схілам узнікае цячэнне вады, якое выклікае ўнутраны ціск вады ў порах, у выніку чаго трэнне паміж цвёрдымі часціцамі памяншаецца і напружанне зруху ў глебе павялічваецца.
Калі ўзровень вады N1 перад схілам пастаянны, слуп вады H*γW выклікае ціск вады ў порах глебы, што памяншае трэнне паміж цвёрдымі часцінкамі, у выніку чаго павялічваецца небяспека спаўзання схілу. Аднак калі ўзровень N1 пастаянны, ціск слупа вады H*γW выштурхвае цвёрдыя часціцы ўглыб глебы, дзякуючы чаму небяспека спаўзання схілаў у некаторай ступені зніжаецца. У гэтым выпадку пры сталым узроўні вады N1 перад схілам існуе небяспека спаўзання схілу ўніз па плыні, таму што дзеянне фільтрацыі вады ў глебе прыводзіць да таго, што цвёрдыя часціцы выштурхваюцца да вонкавага боку схілу ўніз па цячэнні.
Мал. 8. Уплыў фільтрацыі на ўстойлівасць глебавага схілу
Калі знешні ўзровень вады рэзка падае ад узроўню N1 да N2, то ўстойлівасць схілу вышэй па плыні знаходзіцца пад пагрозай. У такім выпадку ўнутраная вада цячэ ў порах да вонкавага боку схілу ўверх па цячэнні, штурхаючы цвёрдыя часціцы да гэтага боку.
З-за ўсяго гэтага, калі схіл глебы пагружаны ў ваду, пры праверцы ўстойлівасці схілу таксама трэба ўлічваць эфект фільтрацыі вады.
Уплыў фільтрацыі вады ў глебе залежыць ад некалькіх фактараў, найбольш важнымі з якіх з’яўляюцца пранікальнасць глебы, гідрастатычны ціск знешняй вады, хуткасць зніжэння ўзроўню знешняй вады і аднастайнасць глебы.
Калі дапусціць, што насып на мал. 8 аднастайна ізатропнай масы, пад уздзеяннем гідрастатычнага ціску знешняй вады ўзроўню N1, вада будзе цячы ў порах насыпу ў напрамку схілу ўніз па цячэнні, у выніку чаго ўзровень грунтовых вод у насыпе будзе зніжацца з працягласцю дарогі. Калі мы ўвядзем у насып п’езаметрычныя трубы AA’, BB’ і CC’ (мал. 9), то поравая вада пад уздзеяннем гідрастатычнага ціску будзе паступаць у гэтыя трубы і падымацца да ўзроўню N1, які можа быць аднолькавым ва ўсіх трубах, калі кропкі A, B і C выбраны так, што вышыні вады слупкі ў трубах h1, h2 і h3.
Мал. 9. Эквіпатэнцыяльныя і токавыя лініі
Калі мы абазначым праз h вышыню ўзроўню вады N1 адносна некаторай адвольна абранай плоскасці O-O, то патэнцыял h для ўсіх пунктаў 3, A, B і C аднолькавы. Лінія, якая злучае гэтыя тры кропкі, з’яўляецца эквіпатэнцыяльнай лініяй. Грунтавыя воды ў глебе не могуць цячы ўздоўж гэтай лініі, а толькі ў напрамку кропак з меншым патэнцыялам.
Аналагічным чынам мы можам выбраць у той жа масе пункты D, E і F з меншым патэнцыялам h ― Δh. Лінія, якая злучае гэтыя тры кропкі, з’яўляецца эквіпатэнцыяльнай лініяй патэнцыялу h ― Δh. Плынь вады ад пункта A эквіпатэнцыяльнай лініі ABC да некаторага бясконца блізкага пункта D эквіпатэнцыяльнай лініі DEF будзе існаваць у напрамку найбольшага гідраўлічнага перападу imax, гэта значыць у напрамку найменшай адлегласці Δlmin = AD. Гэта азначае, што лінія AD, па якой цячэ вада, перпендыкулярная абедзвюм эквітэнцыяльным лініям, таму што
imax = Δh / Δlmin
, дзе Δlmin з’яўляецца нармальнай да абедзвюх эквітэнцыяльных ліній. Гэтыя нармалі да эквітэнцыяльных ліній з’яўляюцца напрамкамі плыні вады ў пранікальнай масе і называюцца лініямі току. Супольнасць эквіпатэнцыяльных і токавых ліній, узаемна перпендыкулярных адна да адной, утварае сетку патокаў.
Сеткі патоку маюць розныя формы ў залежнасці ад масавай пранікальнасці. Найбольш распаўсюджаным выпадкам з’яўляецца насып з водапранікальнай масы на непранікальнай глебе, г.зн. на глебе, якую можна зрабіць непранікальнай (мал. 10). У гэтым выпадку, калі знешні ўзровень вады пастаянны, лініі току знаходзяцца ў сваёй сярэдняй частцы парабалы.
Мал. 10. Праточная сетка ў водапранікальнай насыпе на непранікальнай глебе
На схіле ўверх па плыні парабалы злучаюцца з лініямі, перпендыкулярнымі да схілу, што ўяўляе сабой эквітэнцыяльную лінію, таму што пры нязменным узроўні N1 вада не цячэ па схіле. Пры схіле ўніз па плыні парабалы заканчваюцца па датычнай да схілу, які не з’яўляецца ні эквіпатэнцыяльнай лініяй, ні лініяй току. Паверхня воданепранікальнай глебы пад насыпам уяўляе сабой лінію абтоку, таму што вада на дне насыпу цячэ паралельна гэтай паверхні. У верхняй частцы сетка цячэння заканчваецца асноўнай парабалай, званай лініяй прасочвання, якая ўяўляе сабой мяжу глебы пад дзеяннем фільтрацыі. Ніжэй гэтай мяжы глеба знаходзіцца пад дзеяннем фільтрацыі з-за гідрастатычнага ціску знешняй вады H*γW, а ў глебе вышэй фільтрацыі няма. Лінія прасочвання таксама называецца лініяй насычэння, паколькі мяркуецца, што глеба пад ёй цалкам насычана вадой, а над ёй яна часткова насычана.
Фактычная ацэнка схілу павінна ўключаць даследаванне, стратыфікацыю, параметры трываласці, грунтавыя і паверхневыя воды, змены ўзроўню, дрэнаж, сейсміку, этапы земляных работ або засыпкі, прылеглыя збудаванні і часовыя ўмовы. Раскопкі без належнай абароны і ўваходжанне ў зону магчымага апоўзня небяспечныя зыходзячы з агульнага тэксту або формы самога схілу.