Arhiivinduse asjatundja sisu ja tõsine oht: artikkel säilitab algteksti ajaloolise kallaku stabiilsuse, sümbolid, valemid ja diagrammid. Tegemist ei ole geotehnilise uuringu, kaeve- ega muldkehaprojekti, püstuvusarvutuse, kuivendusplaani, varinguhinnangu ega tööjuhendiga. Ebastabiilne kalle võib ootamatult matta inimesed, hooned ja teed; täheldatud pragusid, punnid, hägune vesi, järsk vajumine või nihkumine tuleks käsitleda ohutsoonist eemaldumise ja kiireloomulise professionaalse hindamise põhjusena.
Tänapäeval on Savo Kusić keskendunud puitakendele, puit-alumiinium aknad, kohandatud aknad, uks ja hinnapakkumise taotlused. See artikkel jääb tehniliseks arhiiviks ega kujuta endast geotehnilise projekteerimise, järelevalve ega pinnasetööde teostamise pakkumist.
Ehitatud pinnasetööde (nt sisselõigete, muldkehade ja kanalite) puhul varisevad lõplikud nõlvad mõnikord kokku. Ja looduslik kalle ilma tehistöödeta võib liikuda järsult ja suure jõuga või väga aeglaselt. Neid nähtusi on pikka aega uuritud geoloogilistes ja geomehaanilistes uuringutes, mille eesmärk on hinnata stabiilsust pinnase füüsikaliste omaduste ja iga üksikjuhtumi tingimuste alusel.
Maa masside liikumise põhjused
Iga pinnase, olgu see tehismuldobjekt või looduslik pinnas, stabiilsuse tingimus on tasakaal välisjõudude ja pinnase sisemise takistuse vahel. Välisjõududeks on eeskätt pinnase enda kaal, mis on tavaliselt ainuke välisjõud, millele järgneb igasugune muu nõlvale mõjuv, püsiv või liikuv väliskoormus. Sisetakistus koosneb sidususest ja hõõrdumisest seotud pinnases ning ainult hõõrdumisest sidumata pinnases.
Joon. 1. kobeda pinnase muldkeha kalle
Kui vaatleme muldkeha kõrgusega h, mis on valmistatud täiesti lahtisest pinnasest, näiteks kuivast tihendatud liivast, siis teeme kindlaks, et selle muldkeha kalle on horisontaalse suhtes nurga β kaldega (joonis 1). Nurga β suurus sõltub mitmest tegurist, nagu tera suurus, tera kuju ja tihendus. Kui sama tihendusega sama sidumata materjaliga suurendada muldkeha kõrgust h kuni h1, h2 jne, siis nurk β ei muutu, muldkeha kalle jääb samale kaldele kuni piiramatu kõrguseni h. Antud lahtise pinnase loomulik kaldenurk β ei sõltu kalde kõrgusest h. Nurga β suurus sidumata pinnase puhul sõltub pinnase sisehõõrdenurgast φ ja eeldatakse, et see on sellest veidi väiksem või sellega võrdne, β ≤ φ.
Joon. 2. Raiekalle seotud pinnases
Kui vaatame seotud pinnasesse tehtud lõiget, siis leiame, et lõike kalle hoitakse tugevama kalde all1:m, st suurema nurga β all, kuna seotud pinnase sisetakistust suurendab kohesioon, mida kuivas liivas ei esine (joon.2). Teatud pinnasetüüpides, näiteks kuivas lössis, võib sidusus suurendada sisemist takistust sedavõrd, et mulda saab hoida vertikaalselt lõigatud küljega, st nurga all β =90°. Kui aga tõstame lõikekõrgust h seotud pinnases h-ni1, h2 jne, tuleb lõike kaldenurga β kaldenurka vähendada, et säilitada kalde stabiilsus. Iga lõike kalde kaldenurga β kohta antud piiritletud pinnases on üks kriitiline kõrgus hc. Kui me ületame selle kõrguse, siis kalle AB ei püsi tasakaalus ja see libiseb libiseval pinnal CD (joon.3). Libisemine tekkis välisjõu, maamassi omaraskuse ja sisetakistuse vahelise tasakaalu häire tõttu, mis ei olnud enam piisav, et seista vastu suurenenud välisjõule, s.o kalde h kõrguse suurenemisest tingitud pinnase massi suurenemisele.
Sl.3. Lõike kalle sidusas pinnases
Eeltoodust järeldub, et pinnase loomuliku kalde nurka ei saa antud pinnase puhul võtta konstantseks väärtuseks, kuna selle väärtus kõikidel muudel tingimustel sõltub kalde kõrgusest ja väheneb selle kõrguse kasvades. Siiski kasutatakse seda sageli väikese kõrgusega nõlvade puhul konstantse väärtusena, mis sõltub pinnase sisehõõrdenurgast φ.
Tasakaaluhäire võib tekkida ka lõikekõrgust h suurendamata, näiteks kui sisemine pinnasetakistus väheneb. Seotud pinnase sisetakistuse elemendid, kohesioon ja hõõrdumine, on väga varieeruvad ja sõltuvad pinnase vee hulgast. Seetõttu on paljudel juhtudel libisemise põhjuseks veega seotud pinnase üleküllastumine, mis võib olla nii suur, et pinnas ei suuda end enam ühegi kalde all toetada, vaid libiseb oma raskuse tõttu.
Joon. 4. Pulla libisemine libisevate pindade moodustumise tõttu
Sisetakistuse vähenemisest tingitud pinnase libisemise juhtumeid on erinevaid, millest siinkohal nimetame mõned iseloomulikud.
Liugpindade õpe
Kui läbilaskva pinnase pinnakihi all asuval nõlval on vett mitteläbilaskev savikiht (joonis 4a) või kui savikihis on kaldus liivakiht (joonis 4b), millesse ulatub õhu- või näiteks pinnavee äravooluava kiht (joonis 4b). esineda. Läbi läbilaskva kihi liigub suurem kogus vett savikihti, mida see tugevalt niisutab, vähendades selle vastupanuvõimet pinnal, kus ülemine kiht libiseb.
Tasakaalu rikkumine lõike lõikamisel
Raudtee ja maanteede ehitamisel tehtavad lõikehaavad rikuvad senise tasakaaluseisundi, sest lõigatud profiilis jääb pinnas ilma toetuseta ja kipub raskusjõu toimel allapoole liikuma. Tasakaaluseisundit saab säilitada, kui pinnase sisetakistus on piisavalt suur, et seda tendentsi neutraliseerida, mis on võimalik ka siis, kui lõigatud pinnas koosneb lõike suunas tugevalt kallutatud kihtidest.
Joon. 5. Maastiku libisemine kihilise pinnase lõikamise tõttu
Kui aga lõigatakse vaheldumisi vett mitteläbilaskva pinnase kihte (joonis 5), on võimalik läbilaskva pinnase leostumine ja läbilaskva pinnase märgumine, mille peale võib tekkida libisemine.
Mulla ebahomogeensus
Läbilaskvast pinnasest muldkehas olevad õhukesed mitteläbilaskva materjali kihid ehk nn saviläätsed (joon. 6) võivad samuti põhjustada libisemist, kui nendeni jõuab ja moodustab libiseva pinna.
Joon. 6. Ebahomogeense koostise tõttu muldkeha libisemise juhtum
Külma mõju
Külma mõjul koguneb vesi jääläätsede kujul pinnakihti. Sulamisel muutuvad jääläätsed veeks, mis üleküllastab pinnase külma mõju sügavuseni, mille tulemusena muutub see vedelaks massiks ja kaotab oma stabiilsuse.
See juhtum esineb ainult külmaohtlikus pinnases ja pikema pakasega, kuna jääläätsede teke võtab palju aega.
Põhjavee taseme alandamine
Põhjaveetaseme püsival langetamisel, näiteks maapinnas töötamise tõttu, kuivab pinnas ära ja kui tegemist on suure paisumisega saviga, tekivad praod. Neisse satub suuremas koguses pinna- ja atmosfäärivett, niisutades pinnast ja vähendades selle sisemist takistust, mis võib samuti viia maalihketeni.
On ka palju muid maastiku libisemise juhtumeid, mistõttu võib arvata, et igasugune koherentne pinnas võib teatud asjaoludel kaotada suuremal või vähemal määral sisemise vastupanuvõime ja välisjõudude mõjul liikuma hakata.
Ebaühtlane pinnas on stabiilne seni, kuni kalde kaldenurk on väiksem kui pinnase sisehõõrdenurk. Seda tüüpi pinnase puhul toimub libisemine ainult siis, kui kaldenurk on suurem kui sisehõõrdenurk. Kui aga savisel pinnasel tehakse muldkeha sidumata materjalist, võib savine pinnas libiseda ja muldkeha kokku kukkuda ning selle stabiilsust on vaja kontrollida.
Maa nõlvade stabiilsuse testimine
Liugpinna kuju
Väliste jõudude ja pinnase sisemise takistuse vahelise tasakaalu tingimuse seadis Coulomb oma võrrandiga
τ ≤ c + σ tgϕ
kus τ on pinnase nihkepinge, c on kohesioon, σ on normaalne pinge libiseval pinnal, ϕ on sisehõõrdenurk.
Kui pinnase sisetakistus, kohesioon c ja hõõrdumine σ tgϕ ei ole piisavad mulla nihkepingele vastu seismiseks, toimub libisemine pinnase sees oleval libiseval pinnal. Libisevaid pindu on erinevaid vorme, mis sõltuvad pinnase füüsikalistest omadustest, kihistumisest, niiskusest, väliskoormusest ja muudest teguritest.
Järgmised tüüpilised liugjuhtumid erinevad olenevalt asendist:
Joon. 7. Tüüpilised maalihete juhtumid
a) Lõike vertikaalsete külgede libisemine. Vertikaalsete külgedega kaevatud veevarustuse, kanalisatsiooni jms kanalite puhul (joon. 7a) tekib pinnase füüsikalistest omadustest sõltuva kriitilise kõrguse hc ületamisel pinnal libisemine ADC. Need libisemised ei ole tavaliselt kogu kanali pikkuses, vaid on lokaalsed, mis on seletatav pinnase ebaühtlase nihketugevusega.
b) Osalised kalde libisemised (joonis 7b). Need libedused tekivad sageli kevadel raudtee- ja maanteelõikustel ning on tingitud pinnase üleküllastumisest veega.
c) Nõlvade libisemine öösel (joonis 7c). See on kogu lõike või muldkeha kalde libisemine jalani C.
d) Kalle libiseb jala all (joonis 7d). See on kogu lõike või muldkeha kalde ja tallaaluse pinnase libisemine. Seda slaidi nimetatakse ka aluspõhja murruks või rootsi murruks, seda esimest korda kirjeldanud rootslaste järgi.
Liugpinna kuju kohta saab vaid väita, et libisemispind seotud pinnases ei ole sirge, vaid tegemist on kõvera pinnaga. Teatud autorid kasutavad libiseva pinna kujuna ringikujulist kaare (Fellenius), logaritmilist spiraali (Rendulić) või nende kõverate joonte kombinatsiooni (Brinch Hansen).
Vee filtreerimise mõju nõlva stabiilsusele
Kui nõlva ees on väline vesi, mille tase on N1 (joon.8), tekib nõlva taga pinnases veevool, mis põhjustab poorides sisemise veesurve, mille tulemusena väheneb tahkete osakeste vaheline hõõrdumine ja suureneb nihkepinge pinnases.
Kui tase on N1 veest nõlva ees konstantne veesammas H*γW põhjustab pinnase poorides veesurvet, mis vähendab tahkete osakeste vahelist hõõrdumist, mille tulemusena suureneb nõlva libisemise oht. Kui aga tase on N1 konstantne, surub veesamba rõhk H*γW tahked osakesed pinnase sisemuse poole, mistõttu kallaku libisemise oht väheneb mingil määral. Sel juhul konstantsel veetasemel N1 nõlva ees on allavoolu nõlva libisemise oht, kuna pinnases vee filtreerimise mõju põhjustab tahkete osakeste surumist allavoolu nõlva väliskülje suunas.
Sl.8. Filtreerimise mõju pinnase kalde stabiilsusele
Kui välisveetase langeb järsult N tasemest1 N2 siis on ohus ülesvoolu nõlva stabiilsus. Sel juhul voolab sisepooride vesi ülesvoolu nõlva väliskülje poole, surudes tahked osakesed selle külje poole.
Kõige selle tõttu, kui pinnase kalle on vette uputatud, tuleks nõlva püsivuse testimisel arvestada ka vee filtreerimise mõjuga.
Vee filtreerimise mõju pinnases sõltub mitmest tegurist, millest olulisemad on pinnase läbilaskvus, välisvee hüdrostaatiline rõhk, välise veetaseme languse kiirus ja pinnase homogeensus.
Kui eeldame, et muldkeha joonisel fig. 8 homogeenselt isotroopse massiga N1 taseme välisvee hüdrostaatilise rõhu mõjul voolab vesi muldkeha poorides allavoolu nõlva suunas, mistõttu põhjavee tase muldkehas väheneb koos läbitava tee pikkusega. Kui sisestada muldkehasse piesomeetri torud AA’, BB’ ja CC’ (joonis 9), siis siseneb hüdrostaatilise rõhu mõjul poorivesi nendesse torudesse ja tõuseb tasemeni N1, mis võib olla kõigis torudes sama, kui punktide __B_A ja punktide _B_A kõrgus on valitud nii. torude veerud on h1, h2 ja h3.
Joon. 9. Potentsiaali- ja vooluliinid
Kui tähistame h-ga veetaseme N1 tõusu mingi suvaliselt valitud tasandi O-O suhtes, siis on potentsiaal h kõigi 3 punktide, A, B ja C jaoks sama. Neid kolme punkti ühendav joon on ekvipotentsiaalijoon. Pinnases olev põhjavesi ei saa voolata mööda seda joont, vaid ainult madalama potentsiaaliga punktide suunas.
Sarnasel viisil saame valida samas massis väiksema potentsiaaliga h ― Δh punkte D, E ja F. Neid kolme punkti ühendav joon on potentsiaali ekvipotentsiaalijoon h ― Δh. Vee vool ekvipotentsiaalijoone ABC punktist A mõnda lõpmata lähedal asuvasse punkti D ekvipotentsiaaljoonel DEF eksisteerib suurima hüdraulilise languse imaxl suunas, maxlmin, suunda = i. AD. See tähendab, et joon AD, mida mööda vesi voolab, on risti mõlema potentsiaalivõrdsusjoonega, kuna
imax = Δh / Δlmin
kus Δlmin on mõlema potentsiaalivõrdsusliini normaalne. Need ekvipotentsiaaljoonte normaaljooned on veevoolu suunad läbilaskvas massis ja neid nimetatakse voolujoonteks. Potentsiaali- ja vooluliinide kogukond, mis on üksteisega risti, moodustab vooluvõrgu.
Vooluvõrgud on erineva kujuga vastavalt massi läbilaskvusele. Levinuim juhtum on läbilaskvast massist muldkeha mitteläbilaskval pinnasel, s.o pinnasel, mida saab veekindlaks muuta (joon. 10). Sel juhul, kui väline veetase on konstantne, on voolujooned parabooli keskosas.
Joon. 10. Vooluvõrk läbilaskvas muldkehas mitteläbilaskval pinnasel
Ülesvoolu nõlval ühenduvad paraboolid nõlvaga risti olevate joontega, mis tähistab potentsiaaliühtlustusjoont, kuna konstantsel tasemel N1 vesi nõlvast alla ei voola. Allavoolu nõlva korral lõpevad paraboolid tangentsiaalselt nõlvaga, mis ei ole potentsiaaliühtlustus ega voolujoon. Muldkeha all olev läbitungimatu pinnase pind on voolujooneline, sest muldkeha põhjas voolab vesi paralleelselt selle pinnaga. Ülemises osas lõpeb vooluvõrk põhiparabooliga, mida nimetatakse imbumisjooneks, mis tähistab pinnase piiri filtreerimise mõjul. Sellest piirist allpool on pinnas filtratsiooni mõjul välisvee hüdrostaatilise rõhu tõttu H*γW, samas kui selle kohal pinnases filtratsiooni ei toimu. Imbumisjoont nimetatakse ka küllastusjooneks, kuna eeldatakse, et selle all olev pinnas on täielikult veega küllastunud, selle kohal aga osaliselt.
Tegelik kalde hindamine peab hõlmama uurimist, kihistumist, tugevusparameetreid, põhja- ja pinnavett, taseme muutusi, drenaaži, seismilisi, kaeve- või täitefaase, külgnevaid konstruktsioone ja ajutisi tingimusi. Kaevetööd ilma nõuetekohase kaitseta ja võimaliku maalihke tsooni sisenemine ei ole üldise teksti ega nõlva enda kuju põhjal ohutud.