पृथ्वी ढलानों की स्थिरता

अभिलेख विशेषज्ञ सामग्री और गंभीर जोखिम: लेख मूल पाठ से ढलान स्थिरता, प्रतीकों, सूत्रों और आरेखों के ऐतिहासिक खाते को संरक्षित करता है। यह कोई भू-तकनीकी अध्ययन, उत्खनन या तटबंध परियोजना, स्थिरता गणना, जल निकासी योजना, भूस्खलन मूल्यांकन या कार्य निर्देश नहीं है। एक अस्थिर ढलान अचानक लोगों, इमारतों और सड़कों को दफना सकता है; देखी गई दरारें, उभार, गंदा पानी, अचानक धंसाव या विस्थापन को खतरे के क्षेत्र से दूर जाने का एक कारण माना जाना चाहिए और एक तत्काल पेशेवर मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

Savo Kusić आज लकड़ी की खिड़कियां, लकड़ी-एल्यूमीनियम खिड़कियां, कस्टम खिड़कियां, दरवाजे और उद्धरण के लिए अनुरोध पर ध्यान केंद्रित करता है। यह लेख एक तकनीकी संग्रह के रूप में बना हुआ है और भू-तकनीकी डिजाइन, पर्यवेक्षण या मिट्टी के कार्यों के निष्पादन की पेशकश का प्रतिनिधित्व नहीं करता है।

कटौती, तटबंधों और नहरों जैसे निर्मित मिट्टी के कामों के लिए, अंतिम ढलान कभी-कभी ढह जाते हैं। और एक प्राकृतिक ढलान, कृत्रिम कार्यों के बिना, अचानक और बड़ी ताकत से या बहुत धीमी गति से आगे बढ़ सकती है। मिट्टी की भौतिक विशेषताओं और प्रत्येक व्यक्तिगत मामले की स्थितियों से स्थिरता का मूल्यांकन करने के उद्देश्य से, ये घटनाएं लंबे समय से भूवैज्ञानिक और भू-यांत्रिक अध्ययन का विषय रही हैं।

पृथ्वी द्रव्यमान की गति के कारण

किसी भी मिट्टी, चाहे वह कृत्रिम मिट्टी की वस्तु हो या प्राकृतिक मिट्टी, की स्थिरता के लिए शर्त यह है कि मिट्टी की बाहरी ताकतों और आंतरिक प्रतिरोध के बीच संतुलन हो। बाहरी बल मुख्य रूप से मिट्टी का अपना भार होता है, जो आमतौर पर एकमात्र बाहरी बल होता है, जिसके बाद ढलान पर स्थायी या गतिशील कोई अन्य बाहरी भार कार्य करता है। आंतरिक प्रतिरोध में बंधी हुई मिट्टी में सामंजस्य और घर्षण होता है, और अनबाउंड मिट्टी में केवल घर्षण होता है।

चित्र। 1. ढीली मिट्टी के तटबंध का ढलान

यदि हम पूरी तरह से ढीली मिट्टी से बने h ऊंचाई के एक तटबंध का निरीक्षण करते हैं, उदाहरण के लिए सूखी जमा हुई रेत, तो हम यह निर्धारित करेंगे कि उस तटबंध का ढलान क्षैतिज से कोण β पर झुका हुआ है (चित्र। 1)। कोण β का आकार कई कारकों पर निर्भर करता है जैसे अनाज का आकार, अनाज का आकार और संघनन। यदि हम समान संघनन की समान अनबाउंड सामग्री के साथ तटबंध की ऊंचाई h से h1, h2 आदि बढ़ाते हैं, तो कोण β नहीं बदलेगा, तटबंध का ढलान असीमित ऊंचाई h तक एक ही ढलान पर रहेगा। किसी दी गई ढीली मिट्टी के लिए, प्राकृतिक ढलान कोण β ढलान की ऊंचाई h से स्वतंत्र है। अनबाउंड मिट्टी के लिए कोण β का आकार आंतरिक मिट्टी घर्षण φ के कोण पर निर्भर करता है और इसे इससे थोड़ा छोटा या इसके बराबर माना जाता है, β ≤ φ.

चित्र। 2. बंधी हुई मिट्टी में ढलान काटना

यदि हम बंधी हुई मिट्टी में किए गए कट को देखें, तो हम पाएंगे कि कट का ढलान एक मजबूत ढलान के नीचे रखा गया है1:m, यानी बड़े कोण पर β इस तथ्य के कारण कि बंधी हुई मिट्टी का आंतरिक प्रतिरोध सामंजस्य से बढ़ जाता है, जो सूखी रेत में मौजूद नहीं है (चित्र)।2). कुछ प्रकार की मिट्टी में, जैसे सूखी लोस, सामंजस्य आंतरिक प्रतिरोध को इस हद तक बढ़ा सकता है कि मिट्टी को लंबवत कटे हुए हिस्से से, यानी कोण β = पर रखा जा सकता है।90°. हालाँकि, यदि हम बंधी हुई मिट्टी में काटने की ऊँचाई h को h तक बढ़ा देते हैं1, एच2 आदि, बेवल को स्थिरता में बनाए रखने के लिए कट β के बेवल के झुकाव के कोण को कम किया जाना चाहिए। किसी दी गई घिरी हुई मिट्टी में कट के ढलान के प्रत्येक ढलान कोण β के लिए एक महत्वपूर्ण ऊंचाई hc होती है। यदि हम इस ऊंचाई को पार कर जाते हैं, तो ढलान AB को संतुलन में नहीं रखा जाएगा और यह एक स्लाइडिंग सतह CD पर फिसल जाएगा (चित्र)।3). फिसलन बाहरी बल, पृथ्वी द्रव्यमान के स्वयं के वजन और आंतरिक प्रतिरोध के बीच संतुलन में गड़बड़ी के कारण हुई, जो अब बढ़े हुए बाहरी बल का विरोध करने के लिए पर्याप्त नहीं था, यानी ढलान की ऊंचाई में वृद्धि के कारण मिट्टी के द्रव्यमान में वृद्धि हुई।

क्र.सं.3. संयुक्त मिट्टी में कट का ढलान

उपरोक्त से, यह निष्कर्ष निकलता है कि मिट्टी के प्राकृतिक ढलान के कोण को दी गई मिट्टी के लिए स्थिर मान के रूप में नहीं अपनाया जा सकता है, क्योंकि अन्य सभी परिस्थितियों में इसका मूल्य ढलान की ऊंचाई पर निर्भर करता है और इस ऊंचाई के बढ़ने के साथ घटता जाता है। हालाँकि, इसे अक्सर छोटी ऊँचाई की ढलानों के लिए एक स्थिर मान के रूप में अपनाया जाता है, जो आंतरिक मिट्टी के घर्षण के कोण पर निर्भर करता है।

संतुलन गड़बड़ी कट ऊंचाई h को बढ़ाए बिना भी हो सकती है, उदाहरण के लिए जब आंतरिक मिट्टी प्रतिरोध कम हो जाता है। बंधी हुई मिट्टी के आंतरिक प्रतिरोध, सामंजस्य और घर्षण के तत्व अत्यधिक परिवर्तनशील होते हैं और मिट्टी में पानी की मात्रा पर निर्भर होते हैं। इसलिए, कई मामलों में, फिसलन का कारण पानी से घिरी मिट्टी की अतिसंतृप्ति है, जो इतनी अधिक हो सकती है कि मिट्टी अब किसी भी ढलान के नीचे खुद को सहारा देने में सक्षम नहीं है, लेकिन अपने वजन के कारण फिसलती है।

चित्र। 4. स्लिपिंग सतहों के निर्माण के कारण मिट्टी का खिसकना

आंतरिक प्रतिरोध में कमी के कारण मिट्टी के खिसकने के कई मामले हैं, जिनमें से हम यहां कुछ विशिष्टताओं का उल्लेख करेंगे।

फिसलने वाली सतहों की शिक्षा

यदि पारगम्य मिट्टी की सतह परत के नीचे ढलान पर मिट्टी की एक अभेद्य परत है (चित्र। 4a), या यदि मिट्टी की परत में रेत की एक झुकी हुई परत है (चित्र। 4b), जिसमें वायुमंडलीय या सतही पानी पहुँच सकता है (उदाहरण के लिए एक उपेक्षित जल निकासी खाई से), भूस्खलन हो सकता है। पानी की एक बड़ी मात्रा पारगम्य परत से होकर मिट्टी की परत में चली जाती है, जिसे यह दृढ़ता से गीला कर देती है, जिससे सतह पर इसका प्रतिरोध कम हो जाता है, जहां ऊपरी परत खिसक जाती है।

कट लगने से संतुलन बिगड़ना

रेलवे और सड़कों के निर्माण के दौरान कट काटने से संतुलन की पिछली स्थिति गड़बड़ा जाती है, क्योंकि कट प्रोफाइल में मिट्टी बिना सहारे के रह जाती है और गुरुत्वाकर्षण के कारण नीचे की ओर खिसक जाती है। यदि मिट्टी का आंतरिक प्रतिरोध इस प्रवृत्ति का प्रतिकार करने के लिए पर्याप्त बड़ा हो तो संतुलन की स्थिति बनाए रखी जा सकती है, जो तब भी संभव है जब कटी हुई मिट्टी में कटी हुई परतों की ओर दृढ़ता से झुकी हुई परतें हों।

क्र.सं.5. स्तरित मिट्टी में कटाई के कारण भू-भाग का खिसकना

हालाँकि, यदि अभेद्य और पारगम्य मिट्टी की परतों को बारी-बारी से काटा जाता है (चित्र)।5), पारगम्य मिट्टी के लीचिंग और अभेद्य मिट्टी के गीले होने की संभावना है, जिस पर फिसलन हो सकती है।

मिट्टी की विषमता

पारगम्य मिट्टी से बने तटबंध में अभेद्य सामग्री की पतली परतें, तथाकथित। मिट्टी के लेंस (अंजीर)6), अगर बड़ी मात्रा में पानी उन तक पहुंचता है और एक फिसलने वाली सतह बनाता है तो फिसलन का कारण भी बन सकता है।

क्र.सं.6. अमानवीय संरचना के कारण तटबंध खिसकने का मामला

पाले का असर

पाले के प्रभाव में पानी बर्फ के लेंस के रूप में सतह परत में जमा हो जाता है। विगलन के दौरान, बर्फ के लेंस पानी में बदल जाते हैं, जो मिट्टी को ठंढ की क्रिया की गहराई तक सुपरसैचुरेटेड कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप यह एक तरल द्रव्यमान बन जाता है और अपनी स्थिरता खो देता है।

यह मामला केवल ठंढ-खतरनाक मिट्टी और ठंढ की लंबी अवधि के साथ होता है, क्योंकि बर्फ के लेंस के निर्माण में बहुत समय लगता है।

भूजल स्तर का कम होना

जब भूजल स्तर स्थायी रूप से कम हो जाता है, उदाहरण के लिए जमीन में काम करने के कारण, मिट्टी सूख जाती है और, यदि यह मिट्टी है जिसमें बड़ी सूजन है, तो दरारें दिखाई देती हैं। बड़ी मात्रा में सतही और वायुमंडलीय पानी उनमें प्रवेश करता है, जिससे मिट्टी गीली हो जाती है और उसका आंतरिक प्रतिरोध कम हो जाता है, जिससे भूस्खलन भी हो सकता है।

इलाके के खिसकने के कई अन्य मामले भी हैं, इसलिए यह माना जा सकता है कि कोई भी सुसंगत मिट्टी, कुछ परिस्थितियों में, अधिक या कम हद तक अपना आंतरिक प्रतिरोध खो सकती है और, बाहरी ताकतों के प्रभाव में, गति में सेट हो सकती है।

असंगत मिट्टी तब तक स्थिर रहती है जब तक ढलान के झुकाव का कोण मिट्टी के आंतरिक घर्षण के कोण से छोटा होता है। इस प्रकार की मिट्टी में फिसलन तभी होती है जब ढलान का कोण आंतरिक घर्षण के कोण से अधिक हो। हालाँकि, यदि तटबंध चिकनी मिट्टी पर अनबाउंड सामग्री से बना है, तो चिकनी मिट्टी खिसक सकती है और तटबंध ढह सकता है, और स्थिरता की जाँच करना आवश्यक है।

पृथ्वी ढलानों की स्थिरता का परीक्षण

फिसलने वाली सतह का आकार

बाहरी बलों और आंतरिक मिट्टी प्रतिरोध के बीच संतुलन की स्थिति कूलम्ब ने अपने समीकरण

τ ≤ c + σ tgϕ

जहां τ मिट्टी का कतरनी तनाव है, c सामंजस्य है, σ फिसलने वाली सतह पर सामान्य तनाव है, ϕ आंतरिक घर्षण का कोण है।

यदि मिट्टी का आंतरिक प्रतिरोध, सामंजस्य c और घर्षण σ tgϕ मिट्टी के कतरनी तनाव का विरोध करने के लिए पर्याप्त नहीं है, तो मिट्टी के अंदर एक फिसलने वाली सतह पर फिसलन होती है। फिसलने वाली सतहों के विभिन्न रूप होते हैं, जो मिट्टी के भौतिक गुणों, स्तरीकरण, आर्द्रता, बाहरी भार और अन्य कारकों पर निर्भर करते हैं।

निम्नलिखित विशिष्ट स्लाइडिंग मामले स्थिति के अनुसार भिन्न होते हैं:

चित्र। 7. भूस्खलन के विशिष्ट मामले

a) कट के ऊर्ध्वाधर पक्षों का फिसलना। पानी की आपूर्ति, सीवरेज आदि के लिए चैनलों के मामले में, जो ऊर्ध्वाधर पक्षों से खोदे जाते हैं (चित्र 7a), यदि महत्वपूर्ण ऊंचाई hc, जो मिट्टी के भौतिक गुणों पर निर्भर करती है, पार हो जाती है, तो सतह पर फिसलन ADC होती है। ये स्लिप आमतौर पर चैनल की पूरी लंबाई के साथ नहीं होती हैं, लेकिन स्थानीयकृत होती हैं, जिसे मिट्टी की असमान कतरनी ताकत द्वारा समझाया जाता है।

b) आंशिक ढलान फिसलन (चित्र। 7b)। ये फिसलनें अक्सर वसंत ऋतु में रेलवे और सड़क कटिंग पर दिखाई देती हैं और पानी के साथ मिट्टी की अधिक संतृप्ति का परिणाम होती हैं।

c) रात में ढलान का खिसकना (चित्र। 7c)। यह कट या तटबंध के पूरे ढलान का लेग C तक खिसकना है।

d) पैर के नीचे फिसलती हुई ढलान (चित्र 7d)। यह कटाव या तटबंध की पूरी ढलान और आधार के नीचे की मिट्टी का खिसकना है। इस स्लाइड को स्वीडन के लोगों के नाम पर सबग्रेड फ्रैक्चर या स्वीडिश फ्रैक्चर भी कहा जाता है, जिन्होंने सबसे पहले इसका वर्णन किया था।

स्लाइडिंग सतह के आकार के संबंध में, यह केवल दावा किया जा सकता है कि बंधी हुई मिट्टी में स्लाइडिंग सतह सीधी नहीं है, बल्कि यह एक घुमावदार सतह है। कुछ लेखक स्लाइडिंग सतह के आकार के रूप में एक गोलाकार चाप (फ़ेलेनियस), एक लघुगणकीय सर्पिल (रेंदुलिक) या इन घुमावदार रेखाओं (ब्रिंच हैनसेन) के संयोजन को अपनाते हैं।

ढलान स्थिरता पर जल निस्पंदन का प्रभाव

यदि ढलान के सामने N1 (अंजीर 8) स्तर वाला बाहरी पानी है, तो ढलान के पीछे की मिट्टी में पानी का प्रवाह होता है, जिससे छिद्रों में पानी का आंतरिक दबाव होता है, जिसके परिणामस्वरूप ठोस कणों के बीच घर्षण कम हो जाता है और मिट्टी में कतरनी तनाव बढ़ जाता है।

यदि ढलान के सामने जल स्तर N1 स्थिर है, तो जल स्तंभ H*γW मिट्टी के छिद्रों में पानी का दबाव पैदा करता है, जिससे ठोस कणों के बीच घर्षण कम हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप ढलान के खिसकने का खतरा बढ़ जाता है। हालाँकि, जब स्तर N1 स्थिर होता है, तो पानी के स्तंभ H*γW का दबाव ठोस कणों को मिट्टी के अंदरूनी हिस्से की ओर धकेलता है, जिससे ढलान के खिसकने का खतरा कुछ हद तक कम हो जाता है। इस मामले में, ढलान के सामने स्थिर जल स्तर N1 के साथ, डाउनस्ट्रीम ढलान के खिसकने का खतरा होता है, क्योंकि मिट्टी में जल निस्पंदन की क्रिया के कारण ठोस कण डाउनस्ट्रीम ढलान के बाहर की ओर धकेले जाते हैं।

चित्र। 8. मिट्टी के ढलान की स्थिरता पर निस्पंदन का प्रभाव

यदि बाहरी जल स्तर N1 के स्तर से N2 तक तेजी से गिरता है तो अपस्ट्रीम ढलान की स्थिरता को खतरा होता है। उस स्थिति में, आंतरिक पानी छिद्रों में ऊपरी ढलान के बाहरी तरफ बहता है, ठोस कणों को उस तरफ धकेलता है।

इन सबके कारण, यदि मिट्टी का ढलान पानी में डूबा हुआ है, तो ढलान की स्थिरता का परीक्षण करते समय जल निस्पंदन के प्रभाव को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए।

मिट्टी में जल निस्पंदन का प्रभाव कई कारकों पर निर्भर करता है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण हैं मिट्टी की पारगम्यता, बाहरी पानी का हाइड्रोस्टेटिक दबाव, बाहरी पानी के स्तर में गिरावट की दर और मिट्टी की एकरूपता।

अगर हम मान लें कि अंजीर में तटबंध। समरूप रूप से आइसोट्रोपिक द्रव्यमान के 8, स्तर N1 के बाहरी पानी के हाइड्रोस्टेटिक दबाव के तहत, पानी तटबंध के छिद्रों में नीचे की ओर ढलान की दिशा में बहेगा, जिससे तटबंध में भूजल का स्तर यात्रा की गई सड़क की लंबाई के साथ कम हो जाएगा। यदि हम पीजोमीटर पाइप AA’, BB’ और CC’ को तटबंध में डालते हैं (चित्र। 9), हाइड्रोस्टैटिक दबाव के प्रभाव में छिद्रित पानी इन पाइपों में प्रवेश करेगा और स्तर N1 तक बढ़ जाएगा, जो सभी पाइपों में समान हो सकता है, यदि बिंदु A, B और C का चयन किया जाता है ताकि पाइपों में पानी के स्तंभ की ऊंचाई हो h1, h2 और h3.

चित्र। 9. समविभव और वर्तमान लाइनें

यदि हम कुछ मनमाने ढंग से चुने गए विमान O-O के संबंध में जल स्तर N1 की ऊंचाई को h से निरूपित करते हैं, तो सभी 3 बिंदुओं, A, B और C के लिए क्षमता h समान है। इन तीन बिंदुओं को जोड़ने वाली रेखा समविभव रेखा है। मिट्टी में भूजल उस रेखा के साथ नहीं बह सकता, बल्कि केवल कम क्षमता वाले बिंदुओं की दिशा में बह सकता है।

इसी तरह हम समान द्रव्यमान में कम क्षमता वाले बिंदु D, E और ‍_F_ का चयन कर सकते हैं h ― Δh। इन तीन बिंदुओं को जोड़ने वाली रेखा विभव h - _Δh की समविभव रेखा है। समविभव रेखा ABC के बिंदु A से समविभव रेखा DEF के कुछ असीम रूप से निकट बिंदु D तक पानी का प्रवाह सबसे बड़े हाइड्रोलिक ड्रॉप imax की दिशा में मौजूद होगा, अर्थात सबसे छोटी दूरी Δlmin = AD की दिशा में। इसका मतलब यह है कि रेखा AD जिसके साथ पानी बहता है, दोनों समविभव रेखाओं के लंबवत है, क्योंकि

imax = Δh / Δlmin

जहां Δlmin दोनों समविभव रेखाओं के लिए सामान्य है। समविभव रेखाओं के वे मानक पारगम्य द्रव्यमान में जल प्रवाह की दिशाएँ हैं और उन्हें वर्तमान रेखाएँ कहा जाता है। समविभव और धारा रेखाओं का समुदाय, एक दूसरे के परस्पर लंबवत, एक प्रवाह नेटवर्क बनाता है।

प्रवाह नेटवर्क में द्रव्यमान पारगम्यता के अनुसार अलग-अलग आकार होते हैं। सबसे आम मामला अभेद्य मिट्टी पर पारगम्य द्रव्यमान से बना तटबंध है, यानी ऐसी मिट्टी पर जिसे अभेद्य बनाया जा सकता है (चित्र 10)। इस मामले में, यदि बाहरी जल स्तर स्थिर है, तो धारारेखाएं परवलय के मध्य भाग में होती हैं।

चित्र। 10. अभेद्य मिट्टी पर पारगम्य तटबंध में प्रवाह नेटवर्क

अपस्ट्रीम ढलान पर, परवलय ढलान के लंबवत रेखाओं से जुड़ते हैं, जो समविभव रेखा का प्रतिनिधित्व करता है, क्योंकि स्थिर स्तर N1 पर पानी ढलान से नीचे नहीं बहता है। डाउनस्ट्रीम ढलान के साथ, परवलय ढलान पर स्पर्शरेखीय रूप से समाप्त होते हैं, जो न तो एक समविभव रेखा है और न ही एक वर्तमान रेखा है। तटबंध के नीचे की अभेद्य मिट्टी की सतह एक धारारेखा है, क्योंकि तटबंध के नीचे का पानी इस सतह के समानांतर बहता है। ऊपरी भाग में, प्रवाह नेटवर्क एक मूल परवलय के साथ समाप्त होता है जिसे सीपेज लाइन कहा जाता है, जो निस्पंदन की क्रिया के तहत मिट्टी की सीमा का प्रतिनिधित्व करता है। इस सीमा के नीचे, मिट्टी बाहरी पानी H*γW के हाइड्रोस्टेटिक दबाव के कारण निस्पंदन के प्रभाव में होती है, जबकि इसके ऊपर की मिट्टी में कोई निस्पंदन नहीं होता है। रिसाव रेखा को संतृप्ति रेखा भी कहा जाता है, क्योंकि यह माना जाता है कि इसके नीचे की मिट्टी पूरी तरह से पानी से संतृप्त है, जबकि इसके ऊपर यह आंशिक रूप से संतृप्त है।

वास्तविक ढलान मूल्यांकन में जांच, स्तरीकरण, ताकत पैरामीटर, जमीन और सतही पानी, स्तर में बदलाव, जल निकासी, भूकंपीय, खुदाई या भरने के चरण, आसन्न संरचनाएं और अस्थायी स्थितियां शामिल होनी चाहिए। उचित सुरक्षा के बिना उत्खनन और संभावित भूस्खलन के क्षेत्र में प्रवेश करना सामान्य पाठ या ढलान के आकार के आधार पर सुरक्षित नहीं है।