ნიადაგის შეკუმშვის განსაზღვრა

მნიშვნელოვანი ექსპერტის შენიშვნა: ეს სტატია არის საარქივო საგანმანათლებლო მიმოხილვა და არ არის გეოტექნიკური კვლევა, მოქმედი ლაბორატორიული სტანდარტი, საძირკვლის გაანგარიშება ან ინსტრუქციის სახელმძღვანელო. ორიგინალური ტერმინები, პროცედურები, საზომი ერთეულები, მნიშვნელობები, კლასიფიკაციები და მითითებები “ჩვენს რეგულაციებზე” გადაეცა მოქმედ სტანდარტებთან და რეგულაციებთან შესაბამისობის შემოწმების გარეშე. ნიადაგის ტესტირება, მეთოდის არჩევა, შედეგების ინტერპრეტაცია და საპროექტო გადაწყვეტილებები უნდა ჩატარდეს უფლებამოსილი გეოტექნიკური ექსპერტებისა და კონკრეტული ობიექტისა და ადგილმდებარეობის შესაბამისი ლაბორატორიის მიერ.

ნიადაგის შეკუმშვის თემა არ არის Savo Kusić-ის ახალი საჯარო შეთავაზების ნაწილი. წარმოების ამჟამინდელი ფოკუსი შედგება ხის ფანჯრებისგან, ხის-ალუმინის ფანჯრებისგან და მორგებული კარები. კონკრეტული ფანჯრის ან კარის პროექტისთვის შეგიძლიათ გაგზავნოთ ციტატის მოთხოვნა.

ედომეტრის ტესტის საფუძველი

მიწის შეკუმშვის უნარი განისაზღვრება შეკუმშვის ტესტით აცილებული გვერდითი გაფართოებით, რომელსაც ასევე უწოდებენ ოოდომეტრიან ტესტს ან კონსოლიდაციის ტესტს.

ტესტი ტარდება დაუბრკოლებელი ნიმუშებით, ზოგიერთ შემთხვევაში კი დარღვეული ნიმუშებით. პირველ შემთხვევაში, საცდელი ნიმუში აღებულია მეტალის რგოლების დაჭერით უფრო დიდ, დაუბრკოლებელ ნიმუშში, რომელიც შემდეგ იკვებება აპარატში რგოლთან ერთად ზედმეტი ნიმუშის ამოჭრისა და მისი ზედაპირების ცილინდრის კიდეებით გასწორების შემდეგ. მეორე შემთხვევაში, რგოლი ივსება ნიმუშით კონსისტენციის მდგომარეობით მოსავლიან წერტილში და ამ მდგომარეობაში შეჰყავთ ოედომეტრში.

ტესტი ტარდება იმ აპარატის გამოყენებით, რომელიც პირველად აშენდა ტერზაღის მიერ და ეწოდებოდა ოედომეტრი. დღეს ამ აპარატის რამდენიმე განსხვავებული კონსტრუქცია არსებობს, მაგრამ ისინი ყველა ერთსა და იმავე პრინციპზეა დაფუძნებული, ამოწმებენ ნიადაგის ნიმუშის შეკუმშვას დატვირთვის ქვეშ, თავიდან აცილებული გვერდითი გაფართოებით.

ოდომეტრი: მოწყობილობის აღწერა

ნახ. 1. ოდომეტრი

ოედომეტრი შედგება ლითონის ცილინდრისგან, რომელშიც ნიმუში მდებარეობს ორ ფილტრის ქვას შორის (ნახ.1). ნიმუში შეჰყავთ აპარატში დიამეტრის ლითონის რგოლში7-10 cm, სიმაღლე1-4 cm. დატვირთვა P გადადის ნიმუშზე ზედა ფილტრის ქვის მეშვეობით. ქვედა ფილტრის ქვის ქვემოთ ცილინდრის ძირში არის არხები ნიმუშიდან კაპილარულ მილში წყლის გადინებისთვის, აგრეთვე წყალმომარაგებისთვის. ვინაიდან ნიმუშის შეკუმშვა ხდება ფორების ხარჯზე, რადგან ნიადაგის მყარი ნაწილაკები და ფორებში წყალი პრაქტიკულად შეკუმშვადია, ტესტის დროს აუცილებელია წყლის გადინება სინჯიდან, რაც შესაძლებელია ფილტრის ქვის, არხის და კაპილარული მილის საშუალებით.

მოწყობილობის მარცხენა მხარეს არის წყალმომარაგების მილი ცილინდრის წინ ონკანით, ხოლო მარჯვენა მხარეს არის კაპილარული მილი, ცილინდრის უკან ონკანით. კაპილარული მილი ასევე ემსახურება ნიადაგის გამტარიანობის კოეფიციენტის k-ს განსაზღვრას.

ტესტირება

როდესაც ნიმუში მოთავსებულია ცილინდრში და აპარატი აწყობილია, დახურეთ მარცხენა ონკანი, წყლის მიწოდება და გახსენით მარჯვენა ონკანი, რათა წყალი ჩაედინება კაპილარულ მილში. შემდეგ უახლოვდება ნიმუშის დატვირთვას, რომელიც გამოიყენება თანდათანობით. ჩვეულებრივ გამოიყენება შემდეგი დატვირთვები:0,50;1,00;2,00;4,00;6,00კპ/სმ2და შენობის ქვეშ მოსალოდნელი ნიადაგის მაქსიმალურ დატვირთვამდე, ზოგადად მდე10კპ/სმ2, და კაშხლებით ეს შეიძლება იყოს კიდევ უფრო მეტი20კპ/სმ2. დატვირთვის თითოეულ დონეზე, მისი გამოყენების მომენტში, წამზომი იწყება და გარკვეული დროის ინტერვალებით15“,30“,1’,2’,5’,15’,45’,2თ5თ24თ, შემდეგ ყოველი შემდგომი24თ, ამ დატვირთვის დონის ქვეშ ნიმუშის კონსოლიდაციამდე, შესაბამისი განსახლება მილიმეტრის მეათასედებში იკითხება შედარებზე და ჩაიწერება ჩანაწერში. ვარაუდობენ, რომ კონსოლიდაცია მიღწეულია, თუ ნიმუშის დასახლება არის Δh ≤0,02 mmდროისთვის24საათი. კონსოლიდაციის მიღწევის შემდეგ გამოიყენება დატვირთვის შემდეგი დონე და მთელი პროცედურა მეორდება იმავე გზით და ასე გრძელდება დატვირთვის საბოლოო დონემდე.

კონსოლიდაციის ტესტი აღკვეთილი გვერდითი გაფართოებით ტარდება დატვირთვა-გადმოტვირთვისას, ნიადაგის დრეკადობის თვისებების დასადგენად. ნიმუშის გარკვეული ხარისხით ჩატვირთვის შემდეგ, ჩვენ ვტვირთავთ მას იმავე თანდათანობით, როგორც ჩავტვირთეთ. რელიეფი ჩვეულებრივ კეთდება შემდეგ2,0კპ/სმ2,4,0კპ/სმ2და6,0კპ/სმ2.

როგორც წესი, ტესტირება ტარდება ნიმუშით წყლის ქვეშ, რომელიც ინახება აპარატში ნიმუშის ზედა ზედაპირის სიმაღლეზე მარცხენა მინის მილზე. წყლის თანდასწრებით ნიმუშის შეკუმშვის ტესტირება ხდება ამ მიზეზით, რადგან გამოცდას დიდი დრო სჭირდება და ნიმუში ამ დროს შრება, რის შედეგადაც ნიმუშის შეკუმშვა იქნება დაბალი, ვიდრე ნიადაგის ფაქტობრივი შეკუმშვა ბუნებრივ ტენიან მდგომარეობაში. გარდა ამისა, ნიადაგის ბუნებრივი ტენიანობა შეიძლება იყოს უფრო მაღალი, ვიდრე იყო სინჯის აღების დროს, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც მიწისქვეშა წყლების დონე იზრდება, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს მნიშვნელოვანი გადახრა ნიადაგის რეალური შეკუმშვისგან წყლის მაღალი დონის პერიოდში.

ტესტის შედეგები გამოიყენება სამი ტიპის დიაგრამაზე, კერძოდ, ფარდობითი შეკუმშვის დიაგრამაზე, ფორიანობის კოეფიციენტის ცვლილების დიაგრამაზე და დროის დასახლების დიაგრამაზე.

შედარებითი შეკუმშვის დიაგრამა

ეს დიაგრამა მიიღება, როდესაც ნიმუშზე ნორმალური წნევა გამოიყენება აბსცისის ღერძზე σ = P/A, სადაც P არის დატვირთვა, რომელიც მოქმედებს ნიმუშზე ზედა ფილტრის ქვის მეშვეობით kp/cm2, A არის განივი კვეთის ზონაში ან მოწყობილობის ფარდობითი ზონა. შეკუმშვა Δh/h სადაც Δh არის ნიმუშის განლაგება დატვირთვის ქვეშ Δσ კონსოლიდაციის დროს, h ნიმუშის სიმაღლე ჩატვირთვამდე (ნახ. 2).

ნახ. 2. _ ფარდობითი შეკუმშვის დიაგრამა_

ჩატვირთვისას მიიღება _ პირველადი შეკუმშვის დიაგრამა a.

გადმოტვირთვისას, თუ ჩართულია წყლის შეუფერხებელი მიღება ისე, რომ ნიმუში დარჩეს წყლის ქვეშ გადმოტვირთვისას, ის უბრუნდება პირვანდელ მდგომარეობას, ანუ შეშუპებას. თუმცა ნიმუში არ უბრუნდება საწყის მდგომარეობას, რაც იმას ნიშნავს, რომ მას ელასტიურობის გარდა განიცადა პლასტიკური (მუდმივი) დეფორმაცია. ამიტომ ამ შემთხვევაში განტვირთვისას მიიღება შეშუპების დიაგრამა b. თუმცა, თუ ტესტი ჩატარდა წყლის მიღების გარეშე, შეშუპების დიაგრამის ნაცვლად ე.წ. ელასტიურობის დიაგრამა.

თუ განტვირთვის შემდეგ ნიმუში კვლავ ჩაიტვირთება, მიიღება მეორადი შეკუმშვის დიაგრამა c. შეშუპების დიაგრამა და მეორადი შეკუმშვის დიაგრამა c ქმნის ჰისტერეზისის მარყუჟს მათ შორის. თიხაში ჰისტერეზის მარყუჟები მნიშვნელოვანია და, შესაბამისად, დეფორმაცია შეშუპებისა და მეორადი შეკუმშვის არეში (დიაგრამები b და c) არ ითვლება ელასტიურად, მაგრამ შექცევადად, რადგან ისინი არ არიან დატვირთვის პროპორციული ჰუკის კანონის მიხედვით. დეფორმაციები პირველადი შეკუმშვის არეში (დიაგრამა ა) იმ ნაწილში, სადაც ისინი არ დაბრუნდნენ, მუდმივია (შეუქცევადი).

ნიადაგის შეკუმშვის მოდული

ფარდობითი შეკუმშვის დიაგრამიდან, ჰუკის კანონის მიხედვით ვიღებთ იუნგის ელასტიურობის მოდულს E ელასტიური მასალის ანალოგიურად, ნიადაგის შეკუმშვის მოდულს Ms

Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],

სადაც Δσ არის დატვირთვის მატება, Δh/h არის შესაბამისი ფარდობითი შეკუმშვა, რომელიც აღებულია პირველადი შეკუმშვის დიაგრამიდან a (ნახ. 2).

ნიადაგის შეკუმშვის მოდული Ms განსხვავდება დრეკადობის E მოდულისგან დრეკადობის მასალისგან, რადგან Ms არ არის მუდმივი ერთი და იგივე მასალისთვის, მაგრამ ცვალებადია და იზრდება ნორმალური დატვირთვით σ. ამრიგად, შეკუმშვის მოდულის Ms ერთი კონკრეტული მნიშვნელობა შეიძლება მიენიჭოს ნიადაგის ნორმალური დატვირთვის მხოლოდ ერთ ვიწრო ინტერვალს Δσ. თუ Ms მოდულის მნიშვნელობა უფრო მაღალია, ნიადაგის შეკუმშვა უფრო დაბალია და პირიქით. ჩვენი საძირკვლის რეგლამენტის მიხედვით, მიღებულია შემდეგი კრიტერიუმი ნიადაგის შეკუმშვის მოდულის ბუნებრივ მდგომარეობაში:

ქვემოთ მოცემული კლასიფიკაცია გადატანილია ორიგინალური ტექსტიდან, განმეორებითი ინტერვალის ჩათვლით 100-400 kp/cm2. ის არ არის შემოწმებული ან ჰარმონიზებული მოქმედ რეგულაციებთან.

Ms = 0 - 20 kp/cm2 უკიდურესად შეკუმშვადი ნიადაგი

Ms = 20 - 50 კპ/სმ2 ძალიან შეკუმშვადი ნიადაგი

Ms = 50 - 100 კპ/სმ2 საშუალო შეკუმშვადი ნიადაგი

Ms = 100 - 400 kp/cm2 ნაკლებად შეკუმშვადი ნიადაგი

Ms = 100 - 400 kp/cm2 ოდნავ შეკუმშვადი ნიადაგი

Ms = 400 - 1000 kp/cm2 ოდნავ შეკუმშვადი ნიადაგი

Ms > 1000         kp/cm2 ძალიან დაბალი შეკუმშვადი ნიადაგი.

ნიადაგის ელასტიურობის მოდული

ასევე ვიღებთ ნიადაგის ელასტიურობის მოდულს E:

E = Δσ / (Δh/h) [კპ/სმ2],

სადაც შეკუმშვის ფარდობითი ზრდა Δh/h აღებულია ნიადაგის ელასტიურობის დიაგრამიდან შესაბამისი ნორმალური წნევის მატებისთვის Δσ.

ნორმალური კონსოლიდირებული და ზედმეტად კონსოლიდირებული ნიადაგი

სლ.3. _ დარღვეული ნიადაგის ნიმუშის ფორიანობის კოეფიციენტის ცვლილების დიაგრამა _

თუ ოდეომეტრის ტესტს ჩავატარებთ დარღვეული ნიმუშით, რომელიც შევიყვანეთ აპარატში გამოსავლიან წერტილში, და ტესტის შედეგებს გამოვსახავთ ფორიანობის კოეფიციენტის ცვლილების დიაგრამაზე σ წნევის მიხედვით (ნახ.3) კონსოლიდაციის ნაკადი წარმოდგენილია დიაგრამებით 1 პირველადი დატვირთვისთვის, 2 განმუხტვისთვის, 3 მეორადი დატვირთვისთვის პირველადი დატვირთვის გაფართოების a ლიმიტამდე σa და 4 ამ ლიმიტის მიღმა.

რელიეფის დიაგრამა2და მეორადი შეკუმშვის დიაგრამა3ქმნის ჰისტერეზის მარყუჟს, რომლის უკან დიაგრამა4გრძელდება დიაგრამის გაფართოებაში1, მოტეხილობის გარეშე, თითქოს განტვირთვა და გადატვირთვა არ მომხდარა.

სლ.4. _ დაურღვეველი ნიადაგის ნიმუშის ფორიანობის კოეფიციენტის ცვლილების დიაგრამა _

თუმცა, თუ ოდომეტრის ტესტს ჩავატარებთ ისევე, როგორც ადრე, ნიადაგის გარკვეული სიღრმიდან აღებული დაუბრკოლებელი ნიმუშით (ნახ.4), დიაგრამა მეორადი დატვირთვისთვის3გამოჩნდება ერთ კონკრეტულ დატვირთვაზე σb მოტეხილობა b წერტილში, რის შემდეგაც დიაგრამა გაგრძელდება4აქვს უფრო მაღალი დახრილობა. ეს მოტეხილობა მოხდა იმის გამო, რომ ნიადაგი, საიდანაც ნიმუში იქნა აღებული, იყო უფრო დიდი დატვირთვის ქვეშ p=γt ვიდრე ნიმუშის σ დატვირთვა ოედომეტრში. უფრო მაღალი დატვირთვა p წარმოიქმნება ნიადაგის არსებული ზედა ფენების წონიდან რელიეფის ზედაპირზე, რომელსაც ჩვენ ვუწოდებთ ნიადაგის წნევას, ან ნიადაგის ადრინდელი ფენების დატვირთვისგან, რომელიც დროთა განმავლობაში გადატანილია ეროზიით ან მორენის ნიადაგიდან ან ყინულიდან, რომელსაც ჩვენ ვუწოდებთ წინასწარ დატვირთვას. ზედმეტად კონსოლიდაციის გამოჩენა განსაკუთრებით დამახასიათებელია თიხისთვის, სადაც განასხვავებენ ჩვეულებრივ კონსოლიდირებულ და ზედმეტად კონსოლიდირებულ თიხას.

ჩვეულებრივ კონსოლიდირებული თიხა

ჩვეულებრივ კონსოლიდირებული თიხა მდებარეობს მიწის ზედაპირის ქვემოთ უფრო მცირე სიღრმეზე, რომელიც ადრე არ იყო დაუცველი წინასწარ დატვირთვაზე. ამ თიხის ნიმუში, რომელიც დატვირთულია ოედომეტრში დატვირთვით, რომელიც აღემატება ზედა „ნიადაგის წნევის“ ფენების წონას, აჩვენებს კონსოლიდაციის უწყვეტ ნაკადს, შეკუმშვის ფარდობით დიაგრამაში ან ფორიანობის კოეფიციენტის ცვლილების დიაგრამაში შეფერხების გარეშე. ამ თიხის დასახლება ობიექტის დატვირთვის ქვეშ ნორმალურია, ანუ გარკვეული დატვირთვისას დროთა განმავლობაში დასახლება მცირდება.

ზედმეტად კონსოლიდირებული თიხა

ზედმეტად კონსოლიდირებული თიხა უფრო დიდ სიღრმეზეა ან ადრე ექვემდებარებოდა წინასწარ ჩატვირთვას. ნიადაგის წნევაზე ან წინასწარ დატვირთვაზე მეტი წნევით ოედომეტრში დატვირთული ამ თიხის ნიმუში გვიჩვენებს მოტეხილობას ფარდობით შეკუმშვის დიაგრამაზე ან ფორიანობის კოეფიციენტის ცვლილების დიაგრამაზე, ე.წ. _ გეოლოგიური მოტეხილობა g, _ მიმართულების ძლიერი ცვლილებით (ნახ.5ა). ამ თიხის დასახლება კონსტრუქციის ქვეშ მცირეა ნიადაგის წნევის ქვემოთ ან წინასწარ დატვირთვისთვის σ1, მაგრამ საგრძნობლად დიდი ხდება σ-ზე მაღლა დატვირთვისთვის1.

თუ გეოლოგიური შესვენება მკაფიოდ არ არის განსაზღვრული, მაშინ იგი განისაზღვრება დიაგრამაზე ტანგენტების გამოყენებით (ნახ.5ბ).

სლ.5. _ ზედმეტად კონსოლიდირებული თიხის ფორიანობის კოეფიციენტის ცვლილების დიაგრამა _

დროის ანგარიშსწორების დიაგრამა

ეს დიაგრამა, რომელსაც ასევე უწოდებენ კონსოლიდაციის დიაგრამას, მიიღება, როდესაც ნიმუშის ყოველი ხარისხის დატვირთვისთვის ოედომეტრში, დრო t საათებში გამოიყენება აბსცისის ღერძზე, ხოლო დასახლება მმ-ში ორდინატთა ღერძზე (ნახ.6ა) ან მთლიანი დასახლების პროცენტში (ნახ.6ბ).

სლ.6. _ დროის ანგარიშსწორების დიაგრამა _

შეუზღუდავი და შეკრული ნიადაგები განსხვავებულად იქცევიან დატვირთვის დროს. ფხვიერ ნიადაგებს, როგორიცაა ქვიშა, აქვთ დიდი ფორები, საიდანაც წყალი სწრაფად იწურება დატვირთვის ქვეშ, ისე, რომ ნიადაგი სწრაფად დნება, ყველაზე დიდი დასახლება ხდება დატვირთვის დასაწყისში და მიაღწევს საბოლოო დასახლებას მოცემულ დატვირთვაზე შედარებით მოკლე დროში. შეკრულ ნიადაგებს, როგორიცაა თიხა, აქვს მცირე ფორები, საიდანაც წყლის გამოწურვა რთულია დატვირთვის ქვეშ. დატკეპნილი ნიადაგის დასახლების დროის პროცესში ორი ეტაპია. პირველ ფაზაში, ნიადაგზე ტვირთის მიტანისთანავე, რადგან წყალი ფორებიდან ვერ გაედინება, ხდება სტრესის ქვეშ და იღებს მთელ მიყენებულ დატვირთვას. მეორე სტადიაზე დაძაბული ფოროვანი წყალი დატვირთვის გამო საკუთარი სტრესის ქვეშ იწყებს გამოდევნას, რომელიც თანდათან გადადის ნიადაგის მყარ ნაწილაკებზე. ამ მეორე ფაზაში ნაწილაკები ერთიანდებიან და ფორები იკუმშება. ჩაძირვის პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ წყლის წნევის ქვეშ მყოფი ფორებიდან არ გამოვა, ანუ სანამ ფორებში წყლის დაძაბული მდგომარეობა არ შეწყვეტს არსებობას. ამიტომ ნიადაგის კონსოლიდაცია უპირველეს ყოვლისა ჰიდროდინამიკური პრობლემაა, რომელიც დამოკიდებულია ნიადაგის გამტარიანობასა და ფორიანობაზე. თიხის შემთხვევაში, რომლის გამტარიანობაც დაბალია, კონსოლიდაციის პროცესს შეიძლება ძალიან დიდი დრო დასჭირდეს, გარდა ამისა, დასახლებები შეიძლება იყოს საგრძნობლად მეტი საერთო ფორიანობის გამო, ვიდრე ქვიშის შემთხვევაში. კონსოლიდაციის ტესტის საფუძველზე ანგარიშსწორების დროის კურსი შეიძლება გამოითვალოს კონსოლიდაციის მთელი ხანგრძლივობისა და ცალკეულ ფაზებში.