Innhald skjalasérfræðinga og alvarleg áhætta: Greinin varðveitir sögulega frásögn af hallastöðugleika, táknum, formúlum og skýringarmyndum úr upprunalega textanum. Ekki er um jarðtæknirannsókn, efnistöku eða fyllingarverkefni, stöðugleikaútreikning, frárennslisáætlun, skriðumat eða verkleiðbeiningar að ræða. Óstöðug brekka getur skyndilega grafið fólk, byggingar og vegi; Skoða skal sprungur, bungur, skýjað vatn, skyndilegt landsig eða tilfærslur sem ástæðu fyrir brottflutningi frá hættusvæði og brýnt faglegt mat.
Í dag einbeitir Savo Kusić sér að viðargluggum, viðar-ál gluggar, sérsniðnir gluggar, hurð og tilboðsbeiðnir. Þessi grein er áfram sem tækniskjalasafn og felur ekki í sér tilboð um jarðtæknilega hönnun, eftirlit eða framkvæmd jarðvinnu.
Fyrir smíðaðar jarðvinnu eins og sker, fyllingar og skurði, hrynja endanleg brekkur stundum. Og náttúrulegur halli, án gerviverka, getur hreyfst skyndilega og af miklum krafti eða mjög hægt. Þessi fyrirbæri hafa lengi verið viðfangsefni jarðfræðilegra og jarðmekanískra rannsókna, með það að markmiði að meta stöðugleika út frá eðliseiginleikum jarðvegsins og aðstæðum hvers einstaks tilviks.
Orsakir hreyfingar jarðmassa
Skilyrði fyrir stöðugleika hvers konar jarðvegs, hvort sem er gervimold hlutur eða náttúrulegur jarðvegur, er að jafnvægi sé á milli ytri krafta og innra viðnáms jarðvegsins. Ytri kraftar eru fyrst og fremst eigin þyngd jarðvegsins, sem er venjulega eini ytri krafturinn, á eftir öðru ytra álagi sem verkar á brekkuna, varanlegt eða á hreyfingu. Innra viðnámið samanstendur af samheldni og núningi í bundnum jarðvegi og aðeins núningi í óbundnum jarðvegi.
Mynd. 1. Haldi lausrar jarðvegsfyllingar
Ef við fylgjumst með hæðarbakka h úr algjörlega lausum jarðvegi, til dæmis þurrum þjöppuðum sandi, munum við ákvarða að halli þeirrar fyllingar hallast í horn β að láréttu (mynd 1). Stærð hornsins β fer eftir nokkrum þáttum eins og kornastærð, kornaformi og þjöppun. Ef við aukum fyllingarhæðina h í h1, h2 o.s.frv. með sama óbundnu efni af sömu þjöppun breytist hornið β ekki, fyllingarhallinn verður áfram í sömu halla upp í ótakmarkaða hæð h. Fyrir tiltekinn lausan jarðveg er náttúrulegt hallahorn β óháð hallahæðinni h. Stærð hornsins β fyrir óbundinn jarðveg fer eftir horninu á innri jarðvegsnúningi φ og er gert ráð fyrir að það sé aðeins minna en það, eða jafnt því, β ≤ φ.
Mynd. 2. Sláttuhalli í bundnum jarðvegi
Ef við skoðum skurð sem gerður er í bundnum jarðvegi, munum við komast að því að halla skurðarinnar er haldið undir sterkari halla1:m, þ.e. í stærra horni β vegna þess að innra viðnám bundins jarðvegs eykst með samheldni, sem er ekki til í þurrum sandi (mynd.2). Í ákveðnum tegundum jarðvegs, eins og þurrt laus, getur samheldni aukið innra viðnám svo mikið að hægt er að halda jarðveginum með lóðrétt skorinni hlið, þ.e.a.s. í horn β =90°. Hins vegar, ef við aukum skurðhæðina h í bundinni jarðvegi í h1, h2 o.s.frv., verður að minnka hallahornið á skáskornum β til að viðhalda stöðugleika skáhallarinnar. Fyrir hvert hallahorn β af halla skurðarinnar í tilteknum afmörkuðum jarðvegi er ein mikilvæg hæð hc. Ef við förum yfir þessa hæð mun hallinn AB ekki haldast í jafnvægi og hún mun renna á rennandi yfirborði CD (mynd.3). Skriðan varð vegna röskunar á jafnvægi milli ytra krafts, eigin þyngdar jarðmassans og innra viðnáms, sem dugði ekki lengur til að standa gegn auknum ytri krafti, þ.e.
Sl.3. skurðarhalli í samloðnum jarðvegi
Af ofangreindu leiðir að horn náttúrulegs halla jarðvegsins er ekki hægt að taka upp sem fast gildi fyrir tiltekinn jarðveg, þar sem gildi hans við allar aðrar aðstæður er háð hallahæðinni og minnkar með aukningu þessarar hæðar. Hins vegar er það oft notað fyrir halla af litlum hæðum sem fast gildi, háð horninu á innri jarðvegsnúningi φ.
Jafnvægisröskun getur einnig átt sér stað án þess að auka skurðhæð h, til dæmis þegar innri jarðvegsþol minnkar. Innri viðnám bundins jarðvegs, samheldni og núning, eru mjög breytileg og háð magni vatns í jarðveginum. Því er orsök skriðunnar í mörgum tilfellum ofmettun vatnsbundins jarðvegs sem getur verið svo mikil að jarðvegurinn nær ekki lengur að standa undir sér undir hvaða halla sem er, heldur rennur af vegna eigin þunga.
Mynd. 4. Jarðvegsskrið vegna myndunar renniflata
Það eru ýmis tilvik þar sem jarðvegur rennur út vegna minnkunar á innri mótstöðu, þar af verður minnst á nokkur einkenni.
Fræðsla á renniflötum
Ef ógegndræpt leirlag er í brekku undir yfirborðslagi gegndræprar jarðvegs (mynd 4a), eða ef hallað lag er af sandi í leirlaginu (mynd 4b), sem vatn getur teygt sig út í (t.d. vatnsrennsli), t.d. skriðuföll geta orðið. Stærra magn af vatni fer í gegnum gegndræpa lagið í leirlagið sem það vætir mjög og dregur úr viðnám þess á yfirborðinu þar sem efra lagið rennur.
Truflun á jafnvægi með því að klippa skurð
Að skera niður við byggingu járnbrauta og vega raskar fyrra jafnvægisástandi, vegna þess að í niðurskurðarsniðinu er jarðvegurinn án stuðnings og hefur tilhneigingu til að færast niður vegna þyngdaraflsins. Hægt er að viðhalda jafnvægi ef innra viðnám jarðvegsins er nógu mikið til að vinna gegn þessari tilhneigingu, sem er einnig mögulegt þegar skorinn jarðvegur samanstendur af mjög hallandi lögum í átt að skerinu.
Mynd. 5. Hrun landslags vegna skurðar í lagskiptum jarðvegi
Hins vegar, ef lög af ógegndræpum og gegndræpum jarðvegi eru skorin til skiptis (Mynd 5), er möguleiki á útskolun á gegndræpum jarðvegi og bleyta á ógegndræpum jarðvegi, sem getur skriðið á.
Jarðvegsósamkvæmni
Þunn lög af ógegndræpi efni í fyllingu úr gegndræpum jarðvegi, svokallaðar leirlinsur (mynd 6), geta einnig valdið skriði ef mikið magn vatns berst til þeirra og myndar renniflöt.
Mynd. 6. Tilfelli um skriðna á fyllingu vegna ósamstæðrar samsetningar
Áhrif frosts
Undir áhrifum frosts safnast vatn fyrir í yfirborðslaginu í formi íslinsa. Við þíðingu breytast íslinsurnar í vatn, sem ofmettar jarðveginn niður í frostdýpt, sem leiðir til þess að hann verður að fljótandi massa og missir stöðugleika.
Þetta tilfelli kemur aðeins fyrir í frosthættulegum jarðvegi og með lengri frosti, því það tekur mikinn tíma að mynda íslinsur.
Lækkun grunnvatnsborðs
Þegar grunnvatnsstaðan er varanlega lækkuð, td vegna vinnu í jörðu, þornar jarðvegurinn og ef um er að ræða leir sem hefur mikla bólgu myndast sprungur. Stærra magn yfirborðs- og andrúmsloftsvatns berst í þau, bleytir jarðveginn og dregur úr innri mótstöðu hans, sem getur einnig leitt til skriðufalla.
Það eru líka mörg önnur tilvik um landslagsskriðnun og því má telja að sérhver samhangandi jarðvegur geti undir vissum kringumstæðum misst innra viðnám sitt að meira eða minna leyti og undir áhrifum ytri krafta komist af stað.
Ósamhangandi jarðvegur er stöðugur svo lengi sem hallahorn brekkunnar er minna en innra núningshorn jarðvegsins. Með þessari tegund jarðvegs á sér stað renna aðeins ef hallahornið er stærra en innra núningshornið. Hins vegar ef fylling er úr óbundnu efni á leirkenndum jarðvegi getur leirkenndur jarðvegur runnið og fyllingin hrunið og þarf að athuga stöðugleikann.
Prófun á stöðugleika jarðhalla
Form renniflöts
Skilyrði jafnvægis milli ytri krafta og innri jarðvegsmótstöðu var sett af Coulomb með jöfnu sinni
τ ≤ c + σ tgϕ
þar sem τ er jarðvegsskurðspenna, c er samheldni, σ er eðlilegt álag á renniflötinn, ϕ er innri núningshorn.
Ef innra viðnám jarðvegs, samheldni c og núning σ tgϕ nægir ekki til að standa gegn skurðálagi jarðvegsins, þá á sér stað renna á rennandi yfirborði inni í jarðveginum. Það eru mismunandi gerðir af renniflötum, sem eru háð eðliseiginleikum jarðvegsins, lagskiptingu, raka, ytra álagi og öðrum þáttum.
Eftirfarandi dæmigerð rennihylki eru mismunandi eftir staðsetningu:
Mynd. 7. Dæmigert tilvik skriðufalla
a) Rennibraut á lóðréttum hliðum skurðarins. Þegar um er að ræða rásir fyrir vatnsveitu, fráveitu o.s.frv., sem grafnar eru með lóðréttum hliðum (mynd 7a), ef farið er yfir gagnrýna hæð hc, sem fer eftir eðliseiginleikum jarðvegs, verður rennun á yfirborðinu ADC. Þessir skriður eru yfirleitt ekki eftir allri endilöngu rásinni, heldur staðbundnir, sem skýrist af ójöfnum skurðstyrk jarðvegsins.
b) Hlutabrekkur (mynd 7b). Þessi hálka kemur oft fram á vorin á járnbrautar- og vegaskurðum og er afleiðing ofmettunar jarðvegs með vatni.
c) Hlíðarskriður á nóttunni (mynd 7c). Það er að renna allri halla skersins eða fyllingarinnar að fótleggnum C.
d) Halla renna undir fótum (Mynd 7d). Það er að renna allri halla skurðarins eða fyllingarinnar og jarðveginn undir fótinn. Þessi rennibraut er einnig kölluð undirlagsbrot eða sænskt brot, eftir Svíum sem fyrst lýstu því.
Varðandi lögun rennifletsins er ekki hægt að fullyrða annað en að renniflöturinn í bundinni jarðvegi sé ekki beint heldur er um bogið yfirborð að ræða. Sumir höfundar tileinka sér hringboga (Fellenius), lógaritmískan spíral (Rendulić) eða blöndu af þessum bogadregnu línum (Brinch Hansen) sem lögun rennifletsins.
Áhrif vatnssíunar á hallastöðugleika
Ef ytra vatn er fyrir framan brekkuna með N1 (mynd.8), vatnsrennsli á sér stað í jarðveginum fyrir aftan brekkuna sem veldur innri vatnsþrýstingi í svitaholunum sem veldur því að núningur milli fastra agna minnkar og klippiálagið í jarðveginum eykst.
Ef stigið er N1 af vatni fyrir framan brekkuna veldur stöðugur, vatnssúla H*γW vatnsþrýsting í jarðvegsholum, sem dregur úr núningi milli fastra agna, þar af leiðandi eykst hættan á hallaskriðnun. Hins vegar, þegar stigið er N1 stöðugur, þrýstingur vatnssúlunnar H*γW ýtir föstu ögnunum í átt að innri jarðveginum, af þeim sökum minnkar hættan á hallaskriðnun að einhverju leyti. Í þessu tilviki, við stöðugt vatnsborð N1 framan við brekkuna er hætta á að hlíðinni skriði niður, vegna þess að áhrif vatnssíunar í jarðvegi valda því að fastar agnir þrýstist í átt að ytri hlið hlíðarinnar.
Sl.8. Áhrif síunar á stöðugleika jarðvegshalla
Ef ytra vatnsborðið lækkar verulega frá N stigi1 á N2 þá er stöðugleika uppstreymisbrekkunnar ógnað. Í þessu tilviki rennur innra svitaholavatnið í átt að ytri hlið uppstreymishlíðarinnar og ýtir föstu ögnunum í átt að þeirri hlið.
Vegna alls þessa, ef jarðvegshallinn er á kafi í vatni, ætti einnig að taka tillit til áhrifa vatnssíunar þegar stöðugleiki hallans er prófaður.
Áhrif vatnssíunar í jarðvegi eru háð nokkrum þáttum, þar sem mikilvægastir eru gegndræpi jarðvegs, vökvastöðuþrýstingur ytra vatns, hraði hnignunar ytra vatnsborðs og jafnvægi jarðvegs.
Ef við gerum ráð fyrir að fyllingin á mynd. 8 af einsleitum jafntrópskum massa, undir áhrifum vatnsstöðuþrýstings ytra vatns af stigi N1, mun vatn renna í svitaholur fyllingarinnar í átt að halla niðurstreymis, þar sem grunnvatnshæð í fyllingunni mun minnka með lengd vegarins. Ef við tökum píómælalögn AA’, BB’ og CC’ inn í fyllinguna (mynd 9), mun holavatnið undir áhrifum vatnsstöðuþrýstings fara inn í þessar pípur og hækka í stig N1, sem getur verið það sama í öllum pípum, ef punktarnir B_A eru valdir B_A, þannig að B_A punktarnir B_A eru valdir í pípunum eru h1, h2 og h3.
Mynd. 9. Jöfnunar- og straumlínur
Ef við táknum með h hækkun vatnsborðs N1 í tengslum við einhverja geðþótta valið plan O-O, þá er möguleikinn h fyrir alla 3 punkta, A, B og C sá sami. Línan sem tengir þessa þrjá punkta er jafnvægislínan. Grunnvatn í jarðvegi getur ekki flætt eftir þeirri línu, heldur aðeins í átt að punktum með minni möguleika.
Á svipaðan hátt getum við valið í sama massa punktana D, E og F með minni möguleika h ― Δh. Línan sem sameinar þessa þrjá punkta er jafnmöguleikalínan h ― Δh. Vatnsrennsli frá punkti A á jöfnunarlínunni ABC að einhverjum óendanlega nálægum punkti D á jöfnunarlínunni DEF mun vera í átt að mesta vökvafallinu i.emax. Δlmin = AD. Þetta þýðir að línan AD sem vatn rennur eftir er hornrétt á báðar jafngildislínurnar, því
imax = Δh / Δlmin
þar sem Δlmin er eðlilegt fyrir báðar jafnmöguleikalínur. Þessir viðmiðunarjafnvægislínur eru stefnur vatnsflæðis í gegndræpi massanum og eru kallaðar straumlínur. Samfélag jafnmöguleika- og straumlína, gagnkvæmt hornrétt hvor á aðra, myndar núverandi net.
Flæðisnet hafa mismunandi lögun eftir massa gegndræpi. Algengasta tilvikið er fylling úr gegndræpum massa á gegndræpum jarðvegi, þ.e.a.s. á jarðvegi sem hægt er að gera ógegndræp (mynd 10). Í þessu tilviki, ef ytra vatnsborðið er stöðugt, eru straumlínurnar í miðhluta fleygbogans.
Mynd. 10. Flæðinet í gegndræpum fyllingum á ógegndræpum jarðvegi
Í uppstreymishlíðinni tengjast fleygbogarnir línunum sem eru hornrétt á brekkuna, sem táknar jöfnunarlínuna, vegna þess að á föstu stigi N1 rennur vatn ekki niður brekkuna. Með niðurstreymishallanum enda fleygbogarnir snertiflöt við hallann, sem er hvorki jafnmöguleikalína né straumlína. Yfirborð ógegndræpa jarðvegsins undir fyllingunni er straumlína, því vatnið í botni fyllingarinnar rennur samsíða þessu yfirborði. Í efri hlutanum endar flæðinetið með grunnfleygboga sem kallast siglína, sem táknar mörk jarðvegsins undir áhrifum síunar. Undir þessum mörkum er jarðvegurinn undir áhrifum síunar vegna vatnsstöðuþrýstings ytra vatnsins H*γW á meðan engin síun er í jarðveginum fyrir ofan það. Siglínan er einnig kölluð mettunarlína, þar sem gert er ráð fyrir að jarðvegurinn fyrir neðan hana sé alveg mettaður af vatni en fyrir ofan hana að hluta til mettuð.
Raunverulegt hallamat verður að fela í sér rannsókn, lagskiptingu, styrkleikabreytur, jarð- og yfirborðsvatn, hæðarbreytingar, frárennsli, jarðskjálfta, uppgröft eða fyllingaráfanga, aðliggjandi mannvirki og tímabundnar aðstæður. Uppgröftur án viðeigandi verndar og farið inn á svæði hugsanlegrar skriðufalls er ekki öruggt miðað við almennan texta eða lögun brekkunnar sjálfrar.