Эгер бириккен топурактан цилиндр кесип алып, аны нормалдуу басым P таасирине койсок (сүр. 1), цилиндрде жаңы чыңалуулар пайда болот, тактап айтканда тик кысуу чыңалуусу σ жана горизонталдык кесүү чыңалуусу . Эгер P басымын акырындык менен көбөйтсөк, бир аз убакыттан кийин цилиндрде кыйгач жаракалар пайда болот, анан дароо цилиндр бузулат. Бузулуу учурунда цилиндр P басымдын таасири астында жана эң аз каршылык көрсөтүүчү N-N кесүүчү жазыктык боюнча жылат.
Сүр. 1. Когезиялуу топурактан алынган цилиндрге басымдын таасири
Жакынган учурда P күчүнүн таасирине каршы валик көрсөткөн топурактын каршылыгы топурактын жылышууга каршылыгы деп аталат, ал эми эң аз каршылык тегиздигинин горизонтко карата α жантайыш бурчу топурактын жылышууга эң аз каршылык тегиздигинин бурчу деп аталат.
Байланган топурактын кыркылууга каршылыгы эки элементардык каршылыктан турат: катуу бөлүкчөлөр ортосундагы ички сүрүлүүдөн жана катуу бөлүкчөлөрдү бириктирип турган когезиядан. Топурактын кыркылуу бекемдиги бузулуу учурундагы эң чоң кыркылуу чыңалуусуна барабар деп алынат жана теңдеме менен туюнтулат
τf = c + σ tg_φ_
мында: τf — топурактын кесилүү бекемдиги [kp/cm2],
c топурактын коезиясы [kp/cm3],
σ топурактын нормалдуу чыңалуусу [kp/cm3],
φ топурактын ички сүрүлүү бурчу.
Жогорудагы формуланы француз Coulomb 1785-ж. сунуш кылган. Бул формулага ылайык, берилген топурак үчүн бирикме c туруктуу болуп, нормалдуу басымдан көз каранды эмес, ал эми сүрүлүү каршылыгы σ tg_ϕ_ чыңалуу σ менен түз пропорционалдуу. Чындыгында бирикме e берилген топурак үчүн туруктуу эмес, ал да белгилүү бир деңгээлде нормалдык чыңалуу _σ_га көз каранды, анткени ошол басымдын таасири менен катуу бөлүкчөлөрдү курчап турган суу пленкасынын калыңдыгы азаят да, ошону менен бирикме көбөйөт. Coulomb формуласы өткөрүмдүү топурактарга тиешелүү, аларда нормалдуу басымдын таасири менен тешикчелердеги суу каршылыксыз сүрүлүп чыгат; бул шагылдуу жана кумдуу топуракка мүнөздүү, бирок байланышкан топуракка мүнөздүү эмес, анткени ал начар өткөрүмдүү болгондуктан, тешикчелердеги суу кыйын сүрүлүп чыгат жана P жүктөмүнүн таасири астында чыңалган пордук суу катары калып калат.
Топурактагы натыйжалуу жана нейтралдуу чыңалуулар
Сүр. 2. Топурактагы натыйжалуу жана нейтралдуу чыңалуу
Эгер идиштин түбүнө топурактын үлгүсүн, мисалы, кургак кумду, салып, ага кандайдыр бир масса менен, мисалы, салмагы W болгон коргошун чокусу менен жүк жүктөсөк, бул салмактын бүткүл жүгүн топурактын катуу бөлүкчөлөрү кабыл алат. Үлгүнүн бетине болгон өзгөчө басым p0 = W/A kp/cm3 түрүндө, мында A — үлгүнүн кесилиш аянты, үлгүнүн отуруусун, башкача айтканда анын көзөкөйлүүлүгүнүн азайышын шарттайт, бирок ошол эле учурда үлгүнүн башка физикалык касиеттеринде да өзгөрүүлөрдү пайда кылат, мисалы, кесилиштик бекемдигинин жогорулашы, кысылуучулук модулунун жогорулашы жана башкалар. Бөлүкчөлөрдүн ортосундагы контакт беттеринде өкүм сүргөн басым эффективдүү же интергранулярдык басым σ’ деп аталат. Консолидацияга жетишилгенде, башкача айтканда, үлгү p0 жүктөмүнүн астында отуруудан токтогондо, эффективдүү басым топурак каралып жаткан тереңдиктеги жалпы өзгөчө басымга барабар болот. Бул учурда үлгүнүн бетинен төмөн тереңдикте, сүр. 2 боюнча σ’ = W/A + hzγ болот, мында γ — үлгүнүн көлөмдүк салмагы.
Бирок эгер идиштеги үлгүнү коргошун бышыгынын ордуна h бийиктикке чейин суу менен жүктөсөк, ал үлгүнүн бардык тешикчелерин толтурган шартта, үлгүнүн үстүндөгү суу мамысынын басымы hγw, мында γw — суунун көлөмдүк салмагы, үлгүнүн отуруусун жана анын көзөнөктүүлүгүнүн азайышын шарттабайт, ошондой эле анын кесүүчү чыңдалышын жана кысылуучулук модулун да көбөйтпөйт. Ошондуктан гидростатикалык басым hγw «нейтралдуу басым» деп аталат. u менен белгиленген нейтралдуу басым үлгү аркылуу бардык багыттарда бирдей күч менен берилет. Бул басым кесүүчү чыңдалыштын көбөйүшүн шарттабайт, анткени суунун өзүндө эч кандай кесүүчү чыңдалыш жок.
Демек, эффективдүү басым σ’ топурактын катуу бөлүкчөлөрүнүн ортосундагы тийишүү беттери аркылуу берилет, ал эми нейтралдуу басым u тешикчелердеги суу аркылуу берилет. Эгер идиштин төмөнкү бөлүгү көлөмдүк салмагы γz болгон суу менен каныккан топурак үлгүсү менен толтурулса, ал эми үлгүнүн бетинен N деңгээлине чейин идиштин ичине көлөмдүк салмагы γw болгон суу толтурулса, анда үлгүнүн кайсы болбосун чекитиндеги жалпы басым σ = σ’ + u. болот.
hz тереңдикте, үлгүнүн бетинин астында эффективдүү басым σ = σ’ - u болот
мында σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Демек, σ’ = hz γ’ болот
γ’ — сууга чөккөн топурактын көлөмдүк салмагы.
Топурактын жылма туруктуулугунун жалпы теңдемеси
Эгерде байланышкан топуракты P жүгү менен жүктөсөк, бул жүк топурактын отуруусун пайда кылат жана эң биринчи анын таасири менен тешикчелерден аба сүрүлүп чыгат, ошентип жакында тешикчелерде суу гана калат. Байланышкан топурактын суу өткөрүмдүүлүгү төмөн болгондуктан суу дароо сүрүлүп чыга албайт, ошондуктан ал тешикчелерде чыңалган суу болуп калат жана башында P тышкы жүктүн баарын кабыл алат. Андан кийинки убакытта P жүгүнүн таасири астында тешикчелерден суу сүрүлүп чыга баштайт жана катуу бөлүкчөлөрдүн жакындашуусу пайда болот, алар эми P жүгүнүн бир бөлүгүн кабыл алат. Анда τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ болот, мында σ — P жүгүнөн болгон жалпы кысым, u — тешик суусунун басымы.
Тешик суусунун басымы бир нече фактордон көз каранды, мисалы, консолидациянын убакыт өтүшү, топурактын өткөрүмдүүлүгү, топурак жүгүнүн көлөмү ж.б. Топурактын кыркылуу бекемдиги тешик суусунун басымынан көз каранды жана ал эң жогору u=0 болгондо болот, ошол учурда топурактын консолидациясы жүрөт.
Топурактын коллоиддик активдүүлүгү
Топурактын ички каршылыгынын кохезия жана сүрүлүү элементтери ар түрдүү болушу мүмкүн жана топурактын катуу бөлүкчөлөрүнүн ири-майдалугуна жана анын пластикалык касиеттерине чоң өлчөмдө көз каранды. Бириккен топурактын ички сүрүлүүгө каршылыгына салыштырмалуу кохезиянын таасирин аныктоо максатында, Скемптон топурактын коллоиддик активдүүлүгү _K_P түшүнүгүн киргизген, ал пластиктик көрсөткүч IPтин бүт массанын салмагына карата 0,002 mmден кичине бөлүкчөлөрдүн көлөмүнө болгон катышы менен берилет. Бул учурда төмөнкү критерий кабыл алынган (сүр. 3):
Сүр. 3. Топурактын коллоиддик активдүүлүгү
KP < 0,75 болгондо чополор активдүү эмес,
KP = 0,75 – 1,25 үчүн нормалдуу чополор,
Kp > 1,25 активдүү чопо үчүн.
KP жогорулаган сайын, когезиянын таасири когеренттүү топурактын ички сүрүлүшүнө салыштырмалуу өсөт.
Топурактын сезимталдыгы
Эгер бириккен топурактан диаметри 3—3,4 cm жана бийиктиги ~ 5 cm болгон цилиндрди алып, ага нормалдуу жүк салсак, цилиндр сынып кеткен учурда бузулбаган абалдагы топурактын кысуу бекемдигин σ__ₙ: алабыз
σn = P/A kp/cm2 менен,
мында A цилиндрдин туурасынан кесилиши болуп саналат.
Сыноо аяктагандан кийин талкаланган үлгүнү жылдырып, ошол эле цилиндр-форма аркылуу, ошол эле өлчөмдөрдө цилиндрди кайра жасайбыз, анын нымдуулугу мурунку сыноодогу бойдон калуусу шарт. Андан кийин кайра жасалган цилиндр даяр болгондон кийин дароо аны менен сыноо кайталанат, ошентип бузулган абалдагы топурактын кысылууга бекемдиги σ__ₚ алынат.
Сезимталдык (сезитивдүүлүк) S__ₜ — бузулбаган абалдагы кысуу бекемдигинин бузулган абалдагы кысуу бекемдигине болгон катышы: St = σn/σp,
Бир критерий боюнча S__ₜ сезгичтиги төмөнкүчө бааланат:
- үчүн S__ₜ = 1 — 2 болгондо чопонун сезимталдуулугу төмөн болот,
- S__ₜ = 2 — 4 болгондо чопонун орточо сезимталдыгы,
- үчүн S__ₜ = 4 — 8 чопонун жогорку сезгичтиги байкалат,
- S__ₜ > 8 болгондо сезимтал чопо болуп саналат.
Табиятта механикалык таасирдин, мисалы, жер титирөөнүн натыйжасында чопо топурак капыстан өзүнүн бекемдигин жоготуп, андан кийин тынч абалда кайра калыбына келери болот. Бул касиет топурактын тиксотропиясы деп аталат. Көптөгөн чополордо белгилүү бир деңгээлде тиксотропдук касиеттер бар. Норвегияда, Швецияда жана Финляндияда тиксотропдук чопонун агып чыгышынан улам кесилмелердин капталдарынын жылып кетүү учурлары белгилүү, анда текшерүү аркылуу бул процесстин жүрүшүндө чопонун нымдуулугу өзгөрбөгөнү, башкача айтканда, агып чыгууга чейин жана андан кийин нымдуулук туруктуу болгону аныкталган.