Archyvinio eksperto turinys ir rimta rizika: straipsnyje išsaugoma istorinė šlaito stabilumo istorija, simboliai, formulės ir diagramos iš originalaus teksto. Tai nėra geotechninės studijos, kasimo ar pylimo projektas, stabilumo skaičiavimas, drenažo planas, nuošliaužų įvertinimas ar darbo instrukcijos. Nestabilus šlaitas gali staiga palaidoti žmones, pastatus ir kelius; pastebėti įtrūkimai, iškilimai, drumstas vanduo, staigus nusėdimas ar poslinkis turėtų būti traktuojami kaip priežastis pasitraukti iš pavojaus zonos ir skubiai įvertinti specialistą.
Šiandien Savo Kusić daugiausia dėmesio skiria mediniams langams, mediniai-aliuminio langai, priskirti langai, durys ir prašymai pateikti citatą. Šis straipsnis lieka techniniu archyvu ir nėra geotechninio projektavimo, priežiūros ar žemės darbų vykdymo pasiūlymas.
Pastatytiems žemės darbams, tokiems kaip plyšiai, pylimai ir kanalai, galutiniai šlaitai kartais įgriūva. O natūralus šlaitas be dirbtinių darbų gali judėti staiga ir su didele jėga arba labai lėtai. Šie reiškiniai jau seniai buvo geologinių ir geomechaninių tyrimų objektas, siekiant įvertinti stabilumą pagal fizines dirvožemio charakteristikas ir kiekvieno atvejo sąlygas.
Žemės masių judėjimo priežastys
Bet kokio dirvožemio, nesvarbu, ar tai būtų dirbtinis žemės objektas, ar natūralus dirvožemis, stabilumo sąlyga yra išorinių jėgų ir vidinio dirvožemio pasipriešinimo pusiausvyra. Išorinės jėgos visų pirma yra paties dirvožemio svoris, kuris paprastai yra vienintelė išorinė jėga, o po to atsiranda bet kokia kita išorinė apkrova, veikianti šlaitą, nuolatinė ar judanti. Vidinė varža susideda iš sanglaudos ir trinties surištame dirvožemyje, o tik iš trinties nesurištame dirvožemyje.
pav. 1. Bilaus grunto pylimo nuolydis
Jei stebėsime h aukščio pylimą iš visiškai puraus grunto, pavyzdžiui, sauso suspausto smėlio, nustatysime, kad to pylimo nuolydis yra pasviręs kampu β į horizontalę (1 pav.). Kampo β dydis priklauso nuo kelių veiksnių, tokių kaip grūdelių dydis, grūdelių forma ir tankinimas. Padidinus pylimo aukštį h iki h1, h2 ir tt su ta pačia nesurišta to paties tankinimo medžiaga kampas β nepasikeis, pylimo nuolydis išliks tame pačiame nuolydžiu iki neriboto aukščio h. Tam tikro puraus dirvožemio natūralus nuolydžio kampas β nepriklauso nuo šlaito aukščio h. Kampo β dydis nesurištam dirvožemiui priklauso nuo vidinės dirvožemio trinties kampo φ ir yra laikomas šiek tiek mažesniu už jį arba jam lygus, β ≤ φ.
pav. 2. Pjovimo nuolydis surištoje dirvoje
Jei pažvelgsime į pjūvį, padarytą surištame dirvožemyje, pamatysime, kad pjūvio nuolydis išlaikomas po stipresniu nuolydžiu1:m, t.y. didesniu kampu β dėl to, kad surišto grunto vidinį pasipriešinimą padidina sanglauda, kurios nėra sausame smėlyje (pav.2). Tam tikrų tipų dirvožemyje, pavyzdžiui, sausame liose, sanglauda gali padidinti vidinį atsparumą tiek, kad dirvožemį būtų galima laikyti vertikaliai nupjauta puse, t. y. kampu β =90°. Tačiau jei padidinsime pjovimo aukštį h surištoje dirvoje iki h1, h2 ir tt, pjūvio nuožulnios nuolydžio kampas β turi būti sumažintas, kad būtų išlaikytas kampo stabilumas. Kiekvienam pjūvio nuolydžio kampui β tam tikrame ribotame grunte yra vienas kritinis aukštis hc. Jei viršysime šį aukštį, nuolydis AB nebus subalansuotas ir slys ant slydimo paviršiaus CD (pav.3). Slydimas įvyko dėl pusiausvyros tarp išorinės jėgos, žemės masės masės ir vidinio pasipriešinimo sutrikimo, kurio nebepakako pasipriešinti padidėjusiai išorinei jėgai, t.
Sl.3. Pjovimo nuolydis vientisoje dirvoje
Iš to, kas išdėstyta pirmiau, darytina išvada, kad natūralaus dirvožemio nuolydžio kampas negali būti priimtas kaip pastovi tam tikro dirvožemio vertė, nes jo vertė visomis kitomis sąlygomis priklauso nuo šlaito aukščio ir mažėja didėjant šiam aukščiui. Tačiau jis dažnai naudojamas mažo aukščio šlaituose kaip pastovi vertė, kuri priklauso nuo vidinės dirvožemio trinties kampo φ.
Pusiausvyra gali sutrikti ir nedidinant pjovimo aukščio h, pavyzdžiui, kai sumažėja vidinis grunto pasipriešinimas. Surišto dirvožemio vidinės varžos, sanglaudos ir trinties elementai yra labai įvairūs ir priklauso nuo vandens kiekio dirvožemyje. Todėl daugeliu atvejų slydimo priežastis yra vandens surišto dirvožemio perpildymas, kuris gali būti toks didelis, kad dirvožemis nebepajėgia išsilaikyti po jokiu šlaitu, o slysta dėl savo svorio.
pav. 4. Dirvožemio slydimas dėl slydimo paviršių susidarymo
Yra įvairių dirvožemio slydimo atvejų dėl vidinio pasipriešinimo sumažėjimo, iš kurių čia paminėsime keletą būdingų.
Slydimo paviršių mokymas
Jei ant šlaito po paviršiniu pralaidžio dirvožemio sluoksniu yra nepralaidus molio sluoksnis (4a pav.) arba jei molio sluoksnyje yra nuožulnus smėlio sluoksnis (4b pav.), į kurį patenka atmosferos arba paviršinio vandens nutekėjimas (pav. atsirasti. Per pralaidų sluoksnį didesnis vandens kiekis patenka į molio sluoksnį, kurį jis stipriai sušlapina, sumažindamas jo atsparumą paviršiuje, kur nuslysta viršutinis sluoksnis.
Pusiausvyros sutrikimas pjaunant pjūvį
Pjaunant pjūvius tiesiant geležinkelius ir kelius, sutrinka ankstesnė pusiausvyros būsena, nes pjaunamame profilyje gruntas lieka be atramos ir dėl gravitacijos linkęs judėti žemyn. Pusiausvyros būsena gali būti palaikoma, jei vidinis dirvožemio pasipriešinimas yra pakankamai didelis, kad atremtų šią tendenciją, o tai taip pat įmanoma, kai nupjautas dirvožemis susideda iš stipriai pasvirusių pjūvio link.
pav. 5. Reljefo slydimas dėl pjovimo sluoksniuotoje dirvoje
Tačiau pakaitomis pjaunant nelaidaus ir pralaidžio grunto sluoksnius (5 pav.), yra galimybė pralaidžiam gruntui išplauti ir sušlapti nepralaidus gruntas, ant kurio gali praslysti.
Dirvožemio nehomogeniškumas
Ploni nepralaidžios medžiagos sluoksniai pylime iš pralaidžio grunto, vadinamieji molio lęšiai (6 pav.), taip pat gali sukelti slydimą, jei juos pasiekia didelis vandens kiekis ir susidaro slydimas.
pav. 6. _ Pylimo slydimo atvejis dėl nehomogeninės sudėties_
Šalčio poveikis
Šalčiui veikiamas vanduo kaupiasi paviršiniame sluoksnyje ledo lęšių pavidalu. Atitirpimo metu ledo lęšiai virsta vandeniu, kuris persotina dirvą iki šalčio veikimo gylio, dėl ko ji tampa skysta mase ir praranda stabilumą.
Šis atvejis pasitaiko tik šalčiui pavojingame dirvožemyje ir esant ilgesniam šalčiui, nes ledo lęšių susidarymas užima daug laiko.
Požeminio vandens lygio mažinimas
Nužeminus gruntinio vandens lygį visam laikui, pvz., dėl darbų žemėje, dirvožemis išdžiūsta, o jei tai molis su dideliu išsipūtimu, atsiranda įtrūkimų. Į juos patenka didesnis paviršinio ir atmosferinio vandens kiekis, drėkinantis dirvožemį ir sumažinantis jo vidinį pasipriešinimą, o tai taip pat gali sukelti nuošliaužas.
Yra ir daugybė kitų reljefo slydimo atvejų, todėl galima manyti, kad bet koks vientisas gruntas tam tikromis aplinkybėmis gali didesniu ar mažesniu mastu prarasti vidinį atsparumą ir, veikiamas išorinių jėgų, pajudėti.
Nenuoseklus dirvožemis yra stabilus tol, kol šlaito pasvirimo kampas yra mažesnis nei dirvožemio vidinės trinties kampas. Tokio tipo dirvožemyje slydimas vyksta tik tada, kai nuolydžio kampas yra didesnis nei vidinės trinties kampas. Tačiau jei pylimas iš nesurištos medžiagos ant molingo grunto, molingas gruntas gali slysti ir pylimas įgriūti, todėl būtina patikrinti stabilumą.
Žemės šlaitų stabilumo tikrinimas
Slydimo paviršiaus forma
Išorinių jėgų ir vidinio dirvožemio pasipriešinimo pusiausvyros sąlygą nustatė Kulonas savo lygtimi
τ ≤ c + σ tgϕ
kur τ – dirvožemio šlyties įtempis, c – sanglauda, σ – normalus slydimo paviršiaus įtempis, ϕ – vidinės trinties kampas.
Jei dirvožemio vidinė varža, sanglauda c ir trintis σ tgϕ nėra pakankami, kad būtų atsparūs dirvožemio šlyties įtempiams, slydimas vyksta slydimo paviršiuje dirvožemio viduje. Yra įvairių formų slydimo paviršių, kurie priklauso nuo fizinių dirvožemio savybių, stratifikacijos, drėgmės, išorinės apkrovos ir kitų veiksnių.
Šie tipiniai stumdomi atvejai skiriasi priklausomai nuo padėties:
Pav. 7. Tipiniai nuošliaužų atvejai
a) Vertikalių pjūvio kraštų slinkimas. Vandentiekio, kanalizacijos ir kt. kanalų, kurie iškasami vertikaliais kraštais (7a pav.), viršijus kritinį aukštį hc, kuris priklauso nuo grunto fizikinių savybių, atsiranda slydimas paviršiumi ADC. Šie slydimai dažniausiai būna ne per visą kanalo ilgį, bet yra lokalizuoti, o tai paaiškinama netolygiu grunto šlyties stipriu.
b) Daliniai nuolydžio slydimai (7b pav.). Šie įslinkimai dažnai atsiranda pavasarį ant geležinkelio ir kelių kirtimų ir atsiranda dėl per didelio dirvožemio prisotinimo vandeniu.
c) Šlaitas slysta naktį (7c pav.). Tai viso pjūvio arba pylimo nuolydžio slydimas iki kojos C.
d) Slydimas po kojomis (7d pav.). Tai viso kirtimo ar pylimo šlaito ir grunto po papėde nuslinkimas. Šis slydimas taip pat vadinamas pagrindo lūžiu arba švedų lūžiu pagal švedus, kurie pirmą kartą jį aprašė.
Dėl slydimo paviršiaus formos galima teigti, kad slydimo paviršius surištame grunte nėra tiesus, o yra lenktas paviršius. Kai kurie autoriai naudoja apskritimo lanką (Fellenius), logaritminę spiralę (Rendulić) arba šių lenktų linijų derinį (Brinch Hansen) kaip slydimo paviršiaus formą.
Vandens filtravimo poveikis šlaito stabilumui
Jei prieš šlaitą yra išorinis vanduo, kurio lygis N1 (pav.8), grunte už šlaito atsiranda vandens tėkmė, kuri sukelia vidinį vandens slėgį porose, dėl to mažėja trintis tarp kietųjų dalelių ir didėja šlyties įtempis dirvožemyje.
Jei lygis yra N1 vandens prieš šlaitą pastovus, vandens stulpelis H*γW sukelia vandens slėgį dirvožemio porose, dėl to sumažėja trintis tarp kietųjų dalelių, dėl to padidėja šlaito slydimo pavojus. Tačiau kai lygis yra N1 pastovus, vandens stulpelio slėgis H*γW stumia kietąsias daleles į grunto vidų, dėl to kažkiek sumažėja šlaito slydimo pavojus. Šiuo atveju esant pastoviam vandens lygiui N1 prieš šlaitą kyla pavojus pasroviui nuslysti, nes vandens filtracijos dirvožemyje poveikis sukelia kietųjų dalelių stūmimą pasroviui esančio šlaito išorinės pusės kryptimi.
Sl.8. Filtracijos įtaka grunto nuolydžio stabilumui
Jei išorinis vandens lygis smarkiai nukrenta nuo N lygio1 N2 tuomet kyla grėsmė aukštupio šlaito stabilumui. Šiuo atveju vidinių porų vanduo teka link išorinės priešsrovinio šlaito pusės, stumdamas kietąsias daleles į tą pusę.
Dėl viso to, jei grunto šlaitas paniręs į vandenį, tikrinant šlaito stabilumą reikėtų atsižvelgti ir į vandens filtravimo poveikį.
Vandens filtravimo dirvožemyje poveikis priklauso nuo kelių veiksnių, iš kurių svarbiausi yra dirvožemio pralaidumas, išorinio vandens hidrostatinis slėgis, išorinio vandens lygio kritimo greitis ir dirvožemio homogeniškumas.
Jei manysime, kad pylimas pav. 8 homogeninės izotropinės masės, veikiant N1 lygio išorinio vandens hidrostatiniam slėgiui, pylimo poromis vanduo tekės pasroviui esančio šlaito kryptimi, todėl pylimo gruntinio vandens lygis mažės ilgėjant kelio ilgiui. Jei į pylimą įvesime pjezometro vamzdžius AA’, BB’ ir CC’ (pav. 9), porų vanduo, veikiamas hidrostatinio slėgio, pateks į šiuos vamzdžius ir pakils iki lygio N1, kuris gali būti vienodas visuose vamzdžiuose, jei taškai __B_A ir vandens aukštis _B_A. stulpeliai vamzdžiuose yra h1, h2 ir h3.
pav. 9. Ekvipotencialų ir srovės linijos
Jei h žymėsime vandens lygio N1 pakilimą tam tikros savavališkai pasirinktos plokštumos O-O atžvilgiu, tai potencialas h visuose 3 taškuose, A, B ir C yra vienodas. Linija, jungianti šiuos tris taškus, yra ekvipotencialų linija. Gruntinis vanduo dirvožemyje negali tekėti ta linija, o tik mažesnio potencialo taškų kryptimi.
Panašiu būdu galime pasirinkti ta pačia mase taškus D, E ir F, kurių potencialas yra mažesnis h ― Δh. Tiesė, jungianti šiuos tris taškus, yra potencialo h ― Δh. ekvipotencialų linija. Vandens srautas iš ekvipotencialų linijos ABC taško A į kurį nors be galo artimą ekvipotencialų linijos DEF tašką D egzistuos didžiausio hidraulinio kritimo kryptimi imaxl, kryptimi _didžiausio atstumo maxl, i kryptimi. AD. Tai reiškia, kad linija AD, kuria teka vanduo, yra statmena abiem potencialų išlyginimo linijoms, nes
imax = Δh / Δlmin
kur Δlmin yra normalus abiem ekvipotencialioms linijoms. Tos ekvipotencialių linijų normalės yra vandens tekėjimo laidžioje masėje kryptys ir vadinamos srovės linijomis. Ekvipotencialų ir srovės linijų bendrija, viena kitai statmena, sudaro srauto tinklą.
Srauto tinklai yra skirtingų formų pagal masės pralaidumą. Dažniausias atvejis yra pylimas iš laidžios masės ant nepralaidžios dirvos, t. y. ant grunto, kurį galima padaryti nepralaidų (10 pav.). Šiuo atveju, jei išorinis vandens lygis yra pastovus, srovių linijos yra jų vidurinėje parabolės dalyje.
pav. 10. Srauto tinklas pralaidžiame pylime ant nepralaidaus grunto
Prie šlaito prieš srovę parabolės jungiasi su šlaitui statmenomis linijomis, kurios reiškia ekvipotencialų liniją, nes esant pastoviam N1 lygiui, vanduo šlaitu nenuteka. Esant pasroviui, parabolės baigiasi liestine link šlaito, kuris nėra nei potencialo išlyginimo, nei srovės linija. Nelaidaus grunto paviršius žemiau pylimo yra srautinis, nes pylimo dugne vanduo teka lygiagrečiai šiam paviršiui. Viršutinėje dalyje srauto tinklas baigiasi pagrindine parabole, vadinama išsiurbimo linija, kuri žymi grunto ribą veikiant filtravimui. Žemiau šios ribos dirvožemis yra filtruojamas dėl išorinio vandens hidrostatinio slėgio H*γW, o virš jo esančioje dirvoje filtracija nevyksta. Pratekėjimo linija taip pat vadinama prisotinimo linija, nes daroma prielaida, kad žemiau jos esantis dirvožemis yra visiškai prisotintas vandens, o virš jo - iš dalies.
Tikrasis nuolydžio įvertinimas turi apimti tyrimą, stratifikaciją, stiprumo parametrus, gruntinį ir paviršinį vandenį, lygio pokyčius, drenažo, seisminius, kasimo ar užpildymo fazes, gretimas konstrukcijas ir laikinąsias sąlygas. Kasimas be tinkamos apsaugos ir patekimas į galimos nuošliaužos zoną nėra saugus pagal bendrą tekstą ar paties šlaito formą.