Arkiston asiantuntijasisältö ja vakava riski: artikkeli säilyttää historiallisen kaltevuuden vakauden, symbolit, kaavat ja kaaviot alkuperäisestä tekstistä. Se ei ole geotekninen selvitys, louhinta- tai pengerprojekti, vakavuuslaskelma, kuivatussuunnitelma, maanvyörymien arviointi tai työohje. Epävakaa rinne voi yhtäkkiä hautaa ihmisiä, rakennuksia ja teitä; havaittuja halkeamia, pullistumia, sameaa vettä, äkillistä vajoamista tai siirtymää on pidettävä syynä poistumiseen vaara-alueelta ja kiireellisestä ammatillisesta arvioinnista.
Nykyään Savo Kusić keskittyy puisiin ikkunoihin, puu-alumiini-ikkunat, muokatut ikkunat, ovi ja tarjouspyynnöt. Tämä artikkeli säilyy teknisenä arkistona, eikä se edusta geoteknisen suunnittelun, valvonnan tai maanrakennustöiden toteuttamista koskevaa tarjousta.
Rakennetuissa maanrakennustöissä, kuten leikkauksissa, penkeissä ja kanavissa, lopulliset rinteet joskus sortuvat. Ja luonnollinen rinne, ilman keinotekoisia töitä, voi liikkua yhtäkkiä ja suurella voimalla tai hyvin hitaasti. Näistä ilmiöistä on jo pitkään tehty geologisia ja geomekaanisia tutkimuksia, joiden tavoitteena on arvioida vakautta maaperän fysikaalisten ominaisuuksien ja kunkin yksittäistapauksen olosuhteiden perusteella.
Maan massojen liikkumisen syyt
Edellytys minkä tahansa maaperän, olipa se keinotekoinen maa- tai luonnonmaaperä, stabiiliudelle, on tasapaino ulkoisten voimien ja maaperän sisäisen vastuksen välillä. Ulkoiset voimat ovat ensisijaisesti maaperän omaa painoa, joka on yleensä ainoa ulkoinen voima, jota seuraa muu rinteeseen vaikuttava ulkoinen kuormitus, pysyvä tai liikkuva. Sisäinen vastus koostuu koheesiosta ja kitkasta sitoutuneessa maaperässä ja vain kitkasta sitoutumattomassa maaperässä.
Kuva. 1. Löysän maaperän kaltevuus
Jos havaitsemme täysin irtonaisesta maaperästä, esimerkiksi kuivasta tiivistetystä hiekasta, korkeudeltaan h olevaa penkerettä, määritämme, että penkereen kaltevuus on kulmassa β vaakatasoon nähden (kuva 1). Kulman β koko riippuu useista tekijöistä, kuten raekoosta, raemuodosta ja tiivistymisestä. Jos lisäämme pengerryksen korkeutta h arvoon h1, h2 jne. samalla sitoutumattomalla materiaalilla, jolla on sama tiivistys, kulma β ei muutu, pengerrin kaltevuus pysyy samassa kaltevuustasossa rajoittamattomaan korkeuteen h. Tietyllä löysällä maaperällä luonnollinen kaltevuuskulma β on riippumaton rinteen korkeudesta h. Kulman β koko sitoutumattomalle maaperälle riippuu maan sisäisen kitkakulmasta φ ja sen oletetaan olevan hieman sitä pienempi tai yhtä suuri, β ≤ φ.
Kuva. 2. Leikkauskaltevuus sidottuun maaperään
Jos katsomme sidottuun maahan tehtyä leikkausta, huomaamme, että leikkauksen kaltevuus pysyy vahvemman kaltevuuden alla1:m eli suuremmassa kulmassa β johtuen siitä, että sidotun maan sisäistä vastusta lisää koheesio, jota kuivassa hiekassa ei ole (kuva 1).2). Tietyissä maaperätyypeissä, kuten kuivassa lössissä, koheesio voi lisätä sisäistä vastusta niin paljon, että maata voidaan pitää pystysuoraan leikatulla puolella, eli kulmassa β =90°. Kuitenkin, jos nostamme leikkuukorkeuden h sitoutuneessa maaperässä arvoon h1, h2 jne., leikkauksen viisteen kaltevuuskulmaa β on pienennettävä, jotta viiste pysyy vakaana. Jokaiselle tietyssä rajatussa maaperässä olevan leikkauksen kaltevuuden kaltevuuskulmalle β on yksi kriittinen korkeus hc. Jos ylitämme tämän korkeuden, kaltevuus AB ei pysy tasapainossa ja se liukuu liukuvalla pinnalla CD (kuva 1).3). Liukuminen johtui ulkoisen voiman, maamassan oman painon ja sisäisen vastuksen välisen tasapainon häiriöstä, joka ei enää riittänyt vastustamaan lisääntynyttä ulkoista voimaa, eli rinteen h korkeuden nousun aiheuttamaa maamassan lisääntynyttä painoa.
Sl.3. Leikkauksen kaltevuus yhtenäisessä maaperässä
Edellä olevasta seuraa, että maaperän luonnollisen kaltevuuden kulmaa ei voida ottaa vakioarvoksi tietylle maaperälle, koska sen arvo kaikissa muissa olosuhteissa riippuu rinteen korkeudesta ja pienenee tämän korkeuden kasvaessa. Sitä käytetään kuitenkin usein pienikorkuisille rinteille vakioarvona, joka riippuu maan sisäisen kitkan kulmasta φ.
Tasapainohäiriötä voi esiintyä myös ilman leikkuukorkeuden h lisäämistä, esimerkiksi kun sisäinen maaperävastus pienenee. Sitoutuneen maaperän sisäisen vastuksen elementit, koheesio ja kitka, vaihtelevat suuresti ja riippuvat maaperän vesimäärästä. Siksi liukumisen syynä on monissa tapauksissa veteen sitoutuneen maan ylikyllästyminen, joka voi olla niin suurta, että maa ei enää kestä itseään minkään rinteen alla, vaan liukuu oman painonsa vuoksi.
Kuva. 4. Maaperän liukuminen liukupintojen muodostumisen vuoksi
Sisäisen vastuksen alentumisesta johtuvia maaperän liukumistapauksia on useita, joista mainitaan tässä muutamia tunnusomaisia tapauksia.
Liukupintojen koulutus
Jos läpäisevän maaperän pintakerroksen alapuolella rinteessä on läpäisemätön savikerros (kuva 4a) tai jos savikerroksessa on kalteva hiekkakerros (kuva 4b), johon ilmakehän tai esimerkiksi pintaveden tunkeutuu jätetty pois. esiintyä. Suurempi määrä vettä kulkeutuu läpäisevän kerroksen läpi savikerrokseen, jonka se kastelee voimakkaasti vähentäen sen vastustuskykyä pinnalla, jossa ylempi kerros liukuu.
Tasapainon häiriö leikkaamalla leikkaus
Rautateiden ja teiden rakentamisen aikana tehdyt leikkaukset häiritsevät aiempaa tasapainotilaa, koska leikatussa profiilissa maaperä jää ilman tukea ja pyrkii liikkumaan alaspäin painovoiman vaikutuksesta. Tasapainotila voidaan ylläpitää, jos maaperän sisäinen vastus on riittävän suuri vastustaakseen tätä taipumusta, mikä on mahdollista myös silloin, kun leikattu maa koostuu voimakkaasti leikkausta kohti vinoista kerroksista.
Kuva. 5. Maaston liukuminen kerrosmaaperän leikkaamisen vuoksi
Kuitenkin, jos läpäisemättömän ja läpäisevän maan kerroksia leikataan vuorotellen (kuva 5), on mahdollista, että läpäisevä maaperä huuhtoutuu ja läpäisemätön maaperä kastuu, jolloin voi tapahtua liukumista.
Maaperän epähomogeenisuus
Läpäisevästä maaperästä tehdyssä penkereessä olevat ohuet läpäisemättömän materiaalin kerrokset, ns. savilinssit (kuva 6), voivat myös aiheuttaa liukastumista, jos niihin pääsee suuri määrä vettä ja muodostaa liukupinnan.
Kuva. 6. Tapaus penkereen liukumisesta epähomogeenisen koostumuksen vuoksi
Pakkasen vaikutus
Pakkasen vaikutuksesta vesi kerääntyy pintakerrokseen jäälinssien muodossa. Sulatuksen aikana jäälinssit muuttuvat vedeksi, mikä ylikyllästää maaperän routavaikutuksen syvyyteen asti, minkä seurauksena se muuttuu nestemäiseksi massaksi ja menettää stabiilisuutensa.
Tämä tapaus esiintyy vain pakkasvaarallisessa maaperässä ja pakkaskesto on pidempi, koska jäälinssien muodostuminen vie paljon aikaa.
Pohjaveden tason lasku
Kun pohjaveden tasoa lasketaan pysyvästi, esim. maassa tehtyjen töiden takia, maaperä kuivuu ja jos se on savea, jossa on paljon turvotusta, syntyy halkeamia. Niihin pääsee suurempia määriä pinta- ja ilmavettä, mikä kostuttaa maaperän ja vähentää sen sisäistä vastusta, mikä voi myös johtaa maanvyörymiin.
Maaston liukumista on myös monia muita tapauksia, joten voidaan katsoa, että mikä tahansa koherentti maaperä voi tietyissä olosuhteissa menettää sisäisen vastustuskykynsä enemmän tai vähemmän ja lähteä liikkeelle ulkoisten voimien vaikutuksesta.
Epäkoherentti maaperä on vakaa niin kauan kuin kaltevuuden kulma on pienempi kuin maan sisäkitkakulma. Tämäntyyppisellä maaperällä liukuminen tapahtuu vain, jos kaltevuuskulma on suurempi kuin sisäisen kitkan kulma. Kuitenkin, jos penkere on tehty sitoutumattomasta materiaalista savimaalla, savimaa voi liukua ja penkere romahtaa, minkä vuoksi vakavuus on tarkistettava.
Maan rinteiden vakauden testaus
Liukuva pinnan muoto
Ulkoisten voimien ja sisäisen maaperän vastuksen välisen tasapainon ehdon asetti Coulomb yhtälöillään
τ ≤ c + σ tgϕ
jossa τ on maan leikkausjännitys, c on koheesio, σ on normaalijännitys liukupinnassa, ϕ on sisäkitkakulma.
Jos maaperän sisäinen vastus, koheesio c ja kitka σ tgϕ eivät riitä vastustamaan maaperän leikkausjännitystä, tapahtuu liukumista maan sisällä olevalla liukupinnalla. Liukupintoja on erilaisia, ja ne riippuvat maaperän fysikaalisista ominaisuuksista, kerrostumisesta, kosteudesta, ulkoisesta kuormituksesta ja muista tekijöistä.
Seuraavat tyypilliset liukukotelot vaihtelevat sijainnin mukaan:
Kuva. 7. Tyypilliset maanvyörymät
a) Leikkauksen pystysuorien sivujen liu’uttaminen. Vesihuolto-, viemäröinti- yms. kanavissa, jotka on kaivettu pystysivuilla (kuva 7a), jos maaperän fysikaalisista ominaisuuksista riippuva kriittinen korkeus hc ylittyy, tapahtuu pinnalla liukumista ADC. Nämä luisumat eivät yleensä ole koko kanavan pituudelta, vaan ovat paikallisia, mikä selittyy maaperän epätasaisella leikkauslujuudella.
b) Osittaiset kaltevuuden luistot (kuva 7b). Näitä lipsahduksia esiintyy usein keväällä rautatie- ja tiehakkuissa, ja ne ovat seurausta maaperän ylikyllästymisestä vedellä.
c) Rinteen liukuminen yöllä (kuva 7c). Se on leikkauksen tai penkereen koko kaltevuuden liukumista jalkaan C.
d) Jalkan alle liukuva kaltevuus (kuva 7d). Se on leikkauksen tai penkereen koko kaltevuuden ja jalustan alla olevan maan liukumista. Tätä liukumäkeä kutsutaan myös pohjakerroksen murtumaksi tai ruotsalaiseksi murtumaksi sen ensimmäisenä kuvaaneiden ruotsalaisten mukaan.
Liukupinnan muodon osalta voidaan vain väittää, että sidotun maan liukupinta ei ole suora, vaan se on kaareva pinta. Tietyt kirjoittajat ottavat liukupinnan muodoksi ympyränkaaren (Fellenius), logaritmisen spiraalin (Rendulić) tai näiden kaarevien viivojen yhdistelmän (Brinch Hansen).
Veden suodatuksen vaikutus rinteen vakauteen
Jos rinteen edessä on ulkopuolista vettä, jonka taso on N1 (kuva.8), rinteen takana maaperässä tapahtuu veden virtausta, mikä aiheuttaa sisäistä vedenpainetta huokosissa, minkä seurauksena kiinteiden hiukkasten välinen kitka vähenee ja leikkausjännitys maaperässä kasvaa.
Jos taso on N1 vettä rinteen edessä jatkuva, vesipatsas H*γW aiheuttaa vedenpainetta maahuokosissa, mikä vähentää kiinteiden hiukkasten välistä kitkaa, minkä seurauksena rinteen liukumisen vaara kasvaa. Kuitenkin, kun taso on N1 vakiona vesipatsaan paine H*γW työntää kiintoainehiukkasia kohti maaperän sisäosia, minkä vuoksi rinteen liukumisen vaara pienenee jossain määrin. Tässä tapauksessa tasaisella vedenkorkeudella N1 rinteen edessä on alavirran rinteen liukumisvaara, koska maaperän veden suodattumisen vaikutus aiheuttaa kiinteiden hiukkasten työntymisen alavirran rinteen ulkopuolen suuntaan.
Sl.8. Suodattamisen vaikutus maaperän rinteen vakauteen
Jos ulkoinen vedenpinta laskee jyrkästi tasolta N1 N2 silloin ylävirran rinteen vakaus on uhattuna. Tässä tapauksessa sisähuokosvesi virtaa ylävirran rinteen ulkopuolta kohti työntäen kiinteät hiukkaset sitä puolta kohti.
Kaiken tämän vuoksi, jos maan rinne on upotettu veteen, tulee myös veden suodatuksen vaikutus ottaa huomioon rinteen pysyvyyttä testattaessa.
Veden suodatuksen vaikutus maaperässä riippuu useista tekijöistä, joista tärkeimmät ovat maaperän läpäisevyys, ulkovesien hydrostaattinen paine, ulkovesitason laskunopeus ja maaperän homogeenisuus.
Jos oletetaan, että pengerri kuvassa 8 homogeenisen isotrooppisen massan N1 ulkoisen veden hydrostaattisen paineen vaikutuksesta vesi virtaa penkereen huokosissa alavirran rinteen suuntaan, jolloin pohjaveden taso penkereessä laskee kuljetetun tien pituuden myötä. Jos pengerriin viedään pietsometriputket AA’, BB’ ja CC’ (kuva 9), huokosvesi tulee hydrostaattisen paineen vaikutuksesta näihin putkiin ja nousee tasolle N1, joka voi olla sama kaikissa putkissa, jos pisteet __B_A ja vesi on valittu siten, että _B_A. putkien sarakkeet ovat h1, h2 ja h3.
Kuva. 9. Potentiaali- ja virtajohdot
Jos merkitsemme h vedenpinnan korkeutta N1 suhteessa johonkin mielivaltaisesti valittuun tasoon O-O, niin kaikkien 3-pisteiden, A, B ja C potentiaali h on sama. Nämä kolme pistettä yhdistävä suora on ekvipotentiaaliviiva. Pohjavesi maaperässä ei voi virrata tätä linjaa pitkin, vaan vain pienempien potentiaalisten pisteiden suuntaan.
Samalla tavalla voimme valita samassa massassa pisteet D, E ja F, joiden potentiaali on pienempi h ― Δh. Nämä kolme pistettä yhdistävä viiva on potentiaalin ekvipotentiaaliviiva h ― Δh. Veden virtaus ekvipotentiaaliviivan ABC pisteestä A johonkin äärettömän läheiseen pisteeseen D ekvipotentiaaliviivalla DEF tulee olemaan suurimman hydraulisen pudotuksen suunnassa imaxl pienimmän etäisyyden _Δ suunnassa _. AD. Tämä tarkoittaa, että linja AD, jota pitkin vesi virtaa, on kohtisuorassa molempiin potentiaalintasauslinjoihin nähden, koska
imax = Δh / Δlmin
jossa Δlmin on normaali molemmille potentiaalintasauslinjoille. Nämä ekvipotentiaalilinjojen normaalit ovat veden virtaussuuntia läpäisevässä massassa ja niitä kutsutaan virtaviivoiksi. Potentiaali- ja virtalinjojen yhteisö, jotka ovat keskenään kohtisuorassa, muodostavat virtausverkon.
Virtausverkot ovat muodoltaan erilaisia massaläpäisevyyden mukaan. Yleisin tapaus on läpäisemättömästä massasta tehty penkere läpäisemättömälle maaperälle eli maaperälle, joka voidaan tehdä läpäisemättömäksi (kuva 10). Tässä tapauksessa, jos ulkoinen vedenkorkeus on vakio, virtaviivat ovat paraabelin keskiosassa.
Kuva. 10. Virtausverkko läpäisevässä penkereessä läpäisemättömällä maaperällä
Ylävirran rinteessä paraabelit yhdistyvät rinteeseen nähden kohtisuorassa oleviin linjoihin, jotka edustavat potentiaalintasausta, koska vakiotasolla N1 vesi ei virtaa alas rinnettä. Alavirran rinteessä paraabelit päättyvät tangentiaalisesti rinteeseen, joka ei ole potentiaalitasauslinja eikä virtaviiva. Penkereen alla olevan läpäisemättömän maan pinta on virtaviivainen, koska penkereen pohjalla oleva vesi virtaa samansuuntaisesti tämän pinnan kanssa. Yläosassa virtausverkosto päättyy perusparaabeliin nimeltä vuotoviiva, joka edustaa maaperän rajaa suodatuksen vaikutuksesta. Tämän rajan alapuolella maaperä on suodatuksen vaikutuksen alaisena ulkoisen veden hydrostaattisen paineen H*γW vuoksi, kun taas sen yläpuolella maaperässä ei ole suodatusta. Tihkuviivaa kutsutaan myös kyllästysviivaksi, koska oletetaan, että sen alapuolella oleva maaperä on täysin kyllästynyt vedellä, kun taas sen yläpuolella se on osittain kyllästynyt.
Todellisen kaltevuuden arvioinnin tulee sisältää tutkimus, kerrostuminen, lujuusparametrit, pohja- ja pintavesi, pinnanpinnan muutokset, kuivatus, seisminen, louhinta- tai täyttövaiheet, viereiset rakenteet ja tilapäiset olosuhteet. Kaivaminen ilman asianmukaista suojaa ja pääsy mahdollisen maanvyörymän alueelle eivät ole turvallisia yleisen tekstin tai itse rinteen muodon perusteella.