Saineolas cartlainne agus riosca tromchúiseach: caomhnaítear san alt an cuntas stairiúil ar chobhsaíocht an fhána, siombailí, foirmlí agus léaráidí ón mbuntéacs. Ní staidéar geoiteicniúil, tionscadal tochailte nó claífoirt, ríomh cobhsaíochta, plean draenála, measúnú sciorrtha talún nó treoracha oibre é. Is féidir le fána éagobhsaí daoine, foirgnimh agus bóithre a adhlacadh go tobann; ba cheart déileáil le scoilteanna breathnaithe, bulges, uisce scamallach, turnamh tobann nó díláithriú mar chúis le bogadh ar shiúl ón gcrios contúirte agus meastóireacht phráinneach ghairmiúil.
Inniu, tá Savo Kusić dírithe ar fuinneoga adhmaid, fuinneoga adhmaid-alúmanam, fuinneoga saincheaptha, doras agus iarratais ar luachan. Is cartlann theicniúil fós an t-alt seo agus ní thairgeann sé dearadh geoiteicniúil, maoirseacht nó cur i gcrích créfoirt.
I gcás créfoirt tógtha amhail gearrthacha, claífoirt agus canálacha, titeann na fánaí deiridh uaireanta. Agus is féidir le fána nádúrtha, gan oibreacha saorga, bogadh go tobann agus le fórsa mór nó go han-mhall. Tá na feiniméin seo ina n-ábhar staidéir gheolaíochta agus gheomeicniúla le fada, agus é mar aidhm acu cobhsaíocht ó shaintréithe fisiceacha na hithreach agus coinníollacha gach cáis aonair a mheas.
Cúiseanna le gluaiseacht maiseanna talún
Is é an coinníoll maidir le cobhsaíocht aon ithreach, cibé acu is réad cré shaorga nó ithir nádúrtha, ná go bhfuil cothromaíocht idir fórsaí seachtracha agus friotaíocht inmheánach na hithreach. Is iad fórsaí seachtracha go príomha meáchan na hithreach féin, arb é an t-aon fhórsa seachtrach é de ghnáth, agus ina dhiaidh sin aon ualach seachtrach eile ag gníomhú ar an bhfána, buan nó gluaiseacht. Is éard atá sa fhriotaíocht inmheánach ná comhtháthú agus cuimilte in ithir faoi cheangal, agus gan ach cuimilte in ithir neamhcheangailte.
Fíor. 1. Fána chlaífort ithreach scaoilte
Má bhreathnaímid ar chlaífort ar airde h déanta as ithir scaoilte go hiomlán, mar shampla gaineamh tirim dhlúthaithe, cinnfimid go bhfuil fána an chlaífoirt sin claonta ag uillinn β leis an gcothromán (fig. 1). Braitheann méid na huillinne β ar roinnt fachtóirí cosúil le méid gráin, cruth gráin agus dhlúthú. Má mhéadaímid airde an chlaífoirt h go h1, h2, etc. leis an ábhar céanna gan cheangal den dhlúthú céanna, ní athróidh an uillinn β, fanfaidh fána an chlaífoirt ag an bhfána céanna suas go dtí airde gan teorainn h. I gcás ithir scaoilte ar leith, tá an uillinn fána nádúrtha β neamhspleách ar airde na fána h. Braitheann méid na huillinne β d’ithir neamhcheangailte ar uillinn cuimilte inmheánach na hithreach φ agus glactar leis go bhfuil sé beagán níos lú ná é, nó comhionann leis, β ≤ φ.
Fíor. 2. Fána a ghearradh san ithir faoi cheangal
Má fhéachann muid ar ghearradh déanta in ithir faoi cheangal, feicfimid go gcoimeádtar fána an ghearrtha faoi fhána níos láidre1:m, i.e. ag uillinn níos mó β mar gheall ar an bhfíric go bhfuil méadú ar fhriotaíocht inmheánach na hithreach faoi cheangal ag comhtháthú, nach bhfuil ann i gaineamh tirim (fig.2). I gcineálacha áirithe ithreach, mar loess tirim, is féidir le comhtháthú an fhriotaíocht inmheánach a mhéadú chomh mór agus is féidir an ithir a choinneáil le taobh gearrtha ingearach, i.e. ag uillinn β =90°. Mar sin féin, má mhéadaímid an airde gearrtha h san ithir faoi cheangal go h1, h2 etc., ní mór uillinn claonta bevel an ghearrtha β a laghdú chun an bevel a choinneáil i gcobhsaíocht. I gcás gach uillinn fhána β d’fhána an ghearrtha in ithir teorannaithe tugtha tá airde chriticiúil amháin hc. Má sháraítear an airde seo, ní choimeádfar an fána AB ar comhardú agus sleamhnóidh sé ar dhromchla sleamhnáin CD (fig.3). Tharla an sleamhnáin mar gheall ar shuaitheadh ar an gcothromaíocht idir an fórsa seachtrach, meáchan féin an mhais talún agus an fhriotaíocht inmheánach, nach raibh go leor a thuilleadh chun cur i gcoinne an fhórsa méadaithe seachtrach, i.e. meáchan méadaithe na maise ithreach de bharr méadú ar airde na fána h.
Sl.3. Fána gearrtha in ithir chomhtháite
Ón méid thuas, leanann sé nach féidir uillinn fána nádúrtha na hithreach a ghlacadh mar luach leanúnach don ithir a thugtar, toisc go mbraitheann a luach faoi na coinníollacha eile go léir ar airde na fána agus go laghdaítear leis an méadú ar an airde seo. Mar sin féin, is minic a ghlactar é le haghaidh fánaí ar airde beag mar luach tairiseach, ag brath ar uillinn cuimilte inmheánach na hithreach φ.
Is féidir le suaitheadh cothromaíochta tarlú freisin gan an airde gearrtha h a mhéadú, mar shampla nuair a laghdaíonn friotaíocht inmheánach na hithreach. Tá na heilimintí a bhaineann le friotaíocht inmheánach na hithreach faoi cheangal, comhtháthú agus cuimilte, an-athraitheach agus ag brath ar an méid uisce san ithir. Mar sin, i go leor cásanna, is é an chúis atá le sleamhnáin ná ró-sháithiú na hithreach atá faoi cheangal uisce, rud a d’fhéadfadh a bheith chomh mór sin nach bhfuil an ithir in ann í féin a chothú a thuilleadh faoi aon fhána, ach go sleamhnaíonn sí mar gheall ar a meáchan féin.
Fíor. 4. Sleamhnú ithreach mar gheall ar fhoirmiú dromchlaí sleamhnáin
Tá cásanna éagsúla de shleamhnú ithreach mar gheall ar laghdú ar fhriotaíocht inmheánach, a luafaimid anseo roinnt saintréithe.
Oideachas faoi dhromchlaí sleamhnáin
Má tá ciseal neamh-thréscaoilteach de chré ar fhána faoi bhun an chiseal dromchla d’ithir tréscaoilteach (fig. 4a), nó má tá ciseal claonta gainimh sa chiseal cré (fig. 4b), ina bhfuil atmaisféarach nó uisce dromchla in ann sroicheann tailte a ndearnadh faillí orthu (mar shampla draenáil). Téann méid níos mó uisce tríd an gciseal tréscaoilteach go dtí an ciseal cré, a fhliuchann sé go láidir, ag laghdú a fhriotaíochta ar an dromchla, áit a sleamhnaíonn an ciseal uachtarach.
Cuir isteach ar chothromaíocht trí ghearradh a ghearradh
Cuireann gearrthacha gearrtha le linn tógáil iarnróid agus bóithre isteach ar an staid chothromaíochta roimhe seo, mar go bhfuil an ithir fós gan tacaíocht sa phróifíl gearrtha agus bíonn claonadh ann bogadh síos mar gheall ar dhomhantarraingt. Is féidir staid chothromaíochta a choinneáil má tá friotaíocht inmheánach na hithreach mór go leor chun dul i ngleic leis an gclaonadh seo, rud is féidir freisin nuair a bhíonn sraitheanna claonta go láidir i dtreo an ghearrtha san ithir ghearrtha.
Fíor. 5. Sleamhnú an tír-raon mar gheall ar ghearradh in ithir cisealta
Mar sin féin, má ghearrtar sraitheanna d’ithir neamh-thréscaoilteach agus tréscaoilteach faoi seach (Fíor 5), d’fhéadfaí an ithir tréscaoilteach a láisteadh agus an ithir neamh-thréscaoilteach a fhliuchadh, ar féidir le sciorradh uirthi tarlú.
Neamhaonchineálacht ithreach
Sraitheanna tanaí d’ábhar neamh-thréscaoilteach i gclaífort déanta as ithir tréscaoilteach, is féidir leis na lionsaí cré mar a thugtar orthu (fig. 6), sciorradh a chur faoi deara freisin má shroicheann cuid mhór uisce iad agus go ndéanann siad dromchla sleamhnáin.
Fíor. 6. Cás sleamhnú claífoirt mar gheall ar chomhdhéanamh neamhchineálach
Éifeacht sioca
Faoi éifeacht sioc, carnann uisce sa chiseal dromchla i bhfoirm lionsaí oighir. Le linn leá, casann na lionsaí oighir isteach in uisce, rud a shársháithíonn an ithir go dtí doimhneacht ghníomhaíocht na sioc, agus mar thoradh air sin déantar mais leachtach di agus a chailleann a chobhsaíocht.
Tarlaíonn an cás seo ach amháin in ithir sioc-chontúirteach agus le ré níos faide de sioc, mar a thógann sé go leor ama le haghaidh foirmiú lionsaí oighir.
Leibhéal screamhuisce á ísliú
Nuair a íslítear leibhéal an screamhuisce go buan, mar shampla mar gheall ar obair a dhéanamh sa talamh, triomaíonn an ithir agus, más cré é a bhfuil swelling mór air, feictear scoilteanna. Téann méideanna níos mó uisce dromchla agus uisce atmaisféarach isteach iontu, ag fliuchadh na hithreach agus ag laghdú a friotaíocht inmheánach, rud a d’fhéadfadh sciorrthaí talún a bheith mar thoradh air freisin.
Tá go leor cásanna eile de shleamhnú tír-raon ann freisin, mar sin is féidir a mheas go bhféadfadh aon ithir comhleanúnach, faoi imthosca áirithe, a friotaíocht inmheánach a chailleadh go pointe níos mó nó níos lú agus, faoi thionchar fórsaí seachtracha, a shocrú i tairiscint.
Tá ithir neamhchomhleanúnach cobhsaí chomh fada agus a bhíonn uillinn claonta an fhána níos lú ná uillinn frithchuimilte inmheánach na hithreach. Leis an gcineál seo ithreach, ní tharlaíonn sleamhnáin ach amháin má tá an uillinn fána níos mó ná an uillinn cuimilte inmheánaigh. Mar sin féin, má dhéantar claífort d’ábhar neamhcheangailte ar ithir clayey, féadfaidh an ithir clayey sleamhnú agus an claífort titim, agus is gá an chobhsaíocht a sheiceáil.
Cobhsaíocht na bhfánaí talún á thástáil
Cruth dromchla sleamhnáin
Shocraigh Coulomb an riocht cothromaíochta idir fórsaí seachtracha agus friotaíocht inmheánach ithreach lena chothromóid
τ ≤ c + σ tgϕ
áit a bhfuil τ an strus lomadh ithreach, is é c an comhtháthú, is é σ an gnáth-strus ar an dromchla sleamhnáin, is é ϕ an uillinn cuimilte inmheánaigh.
Mura leor friotaíocht inmheánach na hithreach, comhtháthú c agus cuimilte σ tgϕ chun cur i gcoinne strus lomadh na hithreach, tarlaíonn sleamhnáin ar dhromchla sleamhnáin taobh istigh den ithir. Tá cineálacha éagsúla dromchlaí sleamhnáin ann, atá ag brath ar airíonna fisiceacha na hithreach, srathú, taise, ualach seachtrach agus fachtóirí eile.
Tá difríocht idir na cásanna sleamhnáin tipiciúla seo a leanas de réir suímh:
Fíor. 7. Gnáthchásanna sciorrtha talún
a) Sleamhnáin ingearacha an ghearrtha. I gcás bealaí le haghaidh soláthar uisce, séarachais, etc., a thochailt le taobhanna ingearacha (fig. 7a), má sháraítear an airde ríthábhachtach hc, atá ag brath ar airíonna fisiceacha na hithreach, tarlaíonn sleamhnáin ar an dromchla ADC. De ghnáth ní bhíonn na duillíní seo feadh fad iomlán an chainéil, ach tá siad logánta, rud a mhínítear le neart lomadh míchothrom na hithreach.
b) Sleamhnáin fána pháirtigh (fig. 7b). Is minic a bhíonn na duillíní seo le feiceáil san earrach ar ghearrthacha iarnróid agus bóithre agus is toradh iad ar rósháithiú na hithreach le huisce.
c) Fána ag sleamhnú san oíche (fig. 7c). Is é atá ann ná fána iomlán na gearrtha nó an chlaífoirt go dtí an cos C.
d) Fána ag sleamhnú faoi chois (Fíor 7d). Is é atá ann ná sleamhnú fána iomlán an ghearrtha nó an chlaífoirt agus an ithir faoin mbunús. Tugtar bristeadh subgrade nó briste Sualainnis ar an sleamhnán seo freisin, tar éis na Sualainnigh a chuir síos air ar dtús.
Maidir le cruth an dromchla sleamhnáin, ní féidir a éileamh ach nach bhfuil an dromchla sleamhnáin in ithir faoi cheangal díreach, ach gur dromchla cuartha é. Glacann údair áirithe stua ciorclach (Fellenius), bís logartamach (Rendolić) nó meascán de na línte cuartha seo (Brinch Hansen) mar chruth an dromchla sleamhnáin.
Éifeacht scagacháin uisce ar chobhsaíocht fána
Má tá uisce seachtrach os comhair an fhána le leibhéal N1 (fig.8), tarlaíonn sreabhadh uisce san ithir taobh thiar den fhána, rud a fhágann brú uisce inmheánach sna pores, agus mar thoradh air sin laghdaítear an frithchuimilt idir cáithníní soladacha agus méaduithe ar an strus lomadh san ithir.
Más é N an leibhéal1 uisce os comhair an fhána colún uisce tairiseach H*γW is cúis le brú uisce sna pores ithreach, rud a laghdaíonn an frithchuimilt idir cáithníní soladacha, agus mar thoradh air sin méadaíonn an baol fána sleamhnáin. Mar sin féin, nuair a bhíonn an leibhéal N1 tairiseach, brúnn brú an cholúin uisce H*γW na cáithníní soladacha i dtreo an taobh istigh den ithir, rud a laghdaítear go pointe áirithe ar chontúirt an fhána sleamhnáin. Sa chás seo, ag leibhéal an uisce tairiseach N1 os comhair an fhána, tá an baol ann go sleamhnaítear an fána anuas, toisc go n-eascraíonn éifeacht scagacháin uisce san ithir na cáithníní soladacha a bhrú i dtreo an taobh amuigh den fhána anuas.
Sl.8. Tionchar an scagacháin ar chobhsaíocht an fhána ithreach
Má thiteann an leibhéal seachtrach uisce go géar ón leibhéal N1 ar N2 ansin tá cobhsaíocht an fhána in aghaidh an tsrutha i mbaol. Sa chás seo, sreabhann an t-uisce pore inmheánach i dtreo an taobh amuigh den fhána in aghaidh an tsrutha, ag brú na gcáithníní soladacha i dtreo an taobh sin.
Mar gheall air seo go léir, má tá fána na hithreach báite in uisce, ba cheart éifeacht scagacháin uisce a chur san áireamh freisin nuair a bhíonn cobhsaíocht an fhána á thástáil.
Braitheann éifeacht scagachán uisce san ithir ar roinnt fachtóirí, agus is iad na cinn is tábhachtaí ná tréscaoilteacht na hithreach, brú _hidrstatach an uisce sheachtraigh, ráta laghdaithe leibhéal an uisce sheachtraigh agus aonchineálacht na hithreach.
Má ghlacaimid leis go bhfuil an claífort i bhfíor. 8 mais aonchineálach isotrópach, faoi éifeacht brú hidreastatach uisce seachtrach leibhéal N1, beidh uisce ag sreabhadh i bpiocháin an chlaífoirt i dtreo an fhána le sruth, rud a laghdóidh leibhéal an screamhuisce sa chlaífort le fad an bhóthair a thaistil. Má thugaimid isteach píopaí piezometer AA’, BB’ agus CC’ isteach sa chlaífort (fig. 9), cuirfidh an t-uisce pore faoi éifeacht brú hidreastatach isteach na píopaí seo agus ardóidh sé go dtí an leibhéal N1, is féidir a bheith mar an gcéanna i ngach píopa, má roghnaítear na pointí A agus an colún _B mar sin airde an uisce, _B. tá píopaí h1, h2 agus h3.
Fíor. 9. Línte cothromais agus reatha
Má luaimid le h ingearchló leibhéal an uisce N1 maidir le plána éigin a roghnaítear go treallach O-O, ansin is ionann an poitéinseal h do gach pointe 3, A, B agus C. Is í an líne a nascann na trí phointe seo ná an líne equipotential. Ní féidir le screamhuisce san ithir sileadh feadh na líne sin, ach i dtreo na bpointí le poitéinseal níos ísle amháin.
Ar an gcaoi chéanna is féidir linn na pointí D, E agus F a bhfuil poitéinseal níos ísle acu h ― Δh a roghnú sa mhais chéanna. Is í an líne a cheanglaíonn na trí phointe seo ná an líne chomhchumhachtach poitéinsil h ― Δh. Sreabhadh an uisce ó phointe A den líne equipotential ABC go pointe D éiginnte den líne chomhchothrom DEF a bheidh ann i dtreo an titim hiodrálach is mó imax, i.elmin_ an t-achar is lú imax, i.elmin_ sa treo is lú. Ciallaíonn sé seo go bhfuil an líne AD a sreabhann uisce feadh an dá líne chomhchothrom, toisc
imax = Δh / Δlmin
áit a bhfuil Δlmin gnáth don dá líne chomhchothrom. Is iad na normanna sin do na línte comhchothroma ná treo an tsreafa uisce sa mhais thréscaoilteach agus tugtar línte srutha orthu. Cruthaíonn pobal na línte comhchothroma agus srutha, atá ingearach lena chéile, líonra sreafa.
Tá cruthanna éagsúla ag líonraí sreafa de réir mais tréscaoilteachta. Is é an cás is coitianta ná claífort déanta de mhais tréscaoilteach ar ithir neamh-thréscaoilteach, i.e. ar ithir is féidir a dhéanamh neamh-thréscaoilteach (fig. 10). Sa chás seo, má tá an leibhéal seachtrach uisce tairiseach, tá na sruthlínte ina gcuid lár den paraból.
Fíor. 10. Sreabhadh líonra i gclaífort tréscaoilteach ar ithir neamh-thréscaoilteach
Ag an bhfána in aghaidh an tsrutha, nascann na parabóil leis na línte ingearach leis an bhfána, rud a sheasann don líne equipotential, mar ag leibhéal tairiseach N1 ní shreabhann uisce síos an fhána. Leis an bhfána le sruth, críochnaíonn na parabóil go tadhlaíoch leis an bhfána, nach líne chomhchothrom ná líne reatha í. Is sruthlíne é dromchla na hithreach neamh-thréscaoilteach faoi bhun an chlaífoirt, toisc go sreabhann an t-uisce ag bun an chlaífoirt comhthreomhar leis an dromchla seo. Sa chuid uachtarach, críochnaíonn an líonra sreafa le paraból bunúsach ar a dtugtar an seepage line, a léiríonn teorainn na hithreach faoin ngníomh scagacháin. Faoi bhun na teorann seo, tá an ithir faoi éifeacht scagacháin mar gheall ar bhrú hidreastatach an uisce sheachtraigh H*γW, cé nach bhfuil aon scagachán san ithir os a chionn. Tugtar an líne sáithiúcháin ar an líne púscadh freisin, mar glactar leis go bhfuil an ithir thíos sáithithe go hiomlán le huisce, agus os a chionn go bhfuil sé sáithithe go páirteach.
Ní mór imscrúdú, srathú, paraiméadair neart, screamhuisce agus uisce dromchla, athruithe leibhéil, draenáil, seismeach, tochailt nó líonadh, struchtúir in aice láimhe agus coinníollacha sealadacha a áireamh sa mheasúnú fána iarbhír. Níl an tochailt gan chosaint chuí agus dul isteach sa chrios sciorrtha talún féideartha sábháilte bunaithe ar an téacs ginearálta nó ar chruth na fána féin.