Arhīvu ekspertu saturs un nopietns risks: rakstā ir saglabāts vēsturiskais slīpuma stabilitātes pārskats, simboli, formulas un diagrammas no oriģinālā teksta. Tā nav ģeotehniskā izpēte, rakšanas vai uzbēruma projekts, stabilitātes aprēķins, meliorācijas plāns, nogruvumu novērtējums vai darba instrukcija. Nestabila nogāze var pēkšņi aprakt cilvēkus, ēkas un ceļus; novērotās plaisas, izspiedumi, duļķains ūdens, pēkšņa iegrimšana vai pārvietošanās jāuzskata par iemeslu, lai pārvietotos no bīstamās zonas un steidzami veiktu profesionālu novērtējumu.
Mūsdienās Savo Kusić koncentrējas uz koka logiem, koka-alumīnija logi, pielāgoti logi, durvis un piedāvājuma pieprasījumi. Šis raksts paliek kā tehniskais arhīvs un neatspoguļo ģeotehniskās projektēšanas, uzraudzības vai zemes darbu veikšanas piedāvājumu.
Izbūvētiem zemes darbiem, piemēram, iecirtumiem, uzbērumiem un kanāliem, pēdējās nogāzes dažkārt sabrūk. Un dabisks slīpums bez mākslīgiem darbiem var kustēties pēkšņi un ar lielu spēku vai ļoti lēni. Šīs parādības jau sen ir ģeoloģisko un ģeomehānisko pētījumu priekšmets, lai novērtētu stabilitāti pēc augsnes fizikālajām īpašībām un katra atsevišķa gadījuma apstākļiem.
Zemes masu pārvietošanās cēloņi
Jebkuras augsnes stabilitātes nosacījums, neatkarīgi no tā, vai tas ir mākslīgs zemes objekts vai dabiska augsne, ir līdzsvars starp ārējiem spēkiem un augsnes iekšējo pretestību. Ārējie spēki galvenokārt ir pašas augsnes svars, kas parasti ir vienīgais ārējais spēks, kam seko jebkura cita ārējā slodze, kas iedarbojas uz nogāzi, pastāvīga vai kustīga. Iekšējā pretestība sastāv no kohēzijas un berzes saistītā augsnē un tikai no berzes nesaistītā augsnē.
att. 1. _ Irdenas augsnes uzbēruma slīpums_
Ja novērojam uzbērumu ar augstumu h, kas veidots no pilnīgi irdenas augsnes, piemēram, sausas sablīvētas smiltis, mēs noteiksim, ka šī uzbēruma slīpums ir slīps leņķī β pret horizontāli (1 att.). Leņķa β lielums ir atkarīgs no vairākiem faktoriem, piemēram, graudu izmēra, graudu formas un blīvējuma. Ja palielināsim uzbēruma augstumu h līdz h1, h2 utt. ar tādu pašu nesaistīto materiālu ar tādu pašu blīvējumu, leņķis β nemainīsies, uzbēruma slīpums saglabāsies tajā pašā slīpumā līdz neierobežotam augstumam h. Konkrētai irdenai augsnei dabiskais slīpuma leņķis β nav atkarīgs no slīpuma augstuma h. Leņķa β lielums nesaistītai augsnei ir atkarīgs no augsnes iekšējās berzes leņķa φ, un tiek pieņemts, ka tas ir nedaudz mazāks par to vai vienāds ar to, β ≤ φ.
att. 2. Zāģēšanas slīpums piesaistītā augsnē
Ja aplūkojam griezumu, kas veikts piesaistītā augsnē, mēs atklāsim, ka griezuma slīpums tiek saglabāts zem spēcīgāka slīpuma1:m, t.i., lielākā leņķī β tādēļ, ka saistītās augsnes iekšējo pretestību palielina kohēzija, kas sausās smiltīs nepastāv (att.2). Dažos augsnes veidos, piemēram, sausā lesā, kohēzija var palielināt iekšējo pretestību tiktāl, ka augsni var noturēt ar vertikāli nogrieztu malu, t.i., leņķī β =90°. Tomēr, ja mēs palielinām pļaušanas augstumu h saistītā augsnē līdz h1, h2 utt., griezuma slīpuma slīpuma leņķis β ir jāsamazina, lai saglabātu slīpuma stabilitāti. Katram griezuma slīpuma slīpuma leņķim β noteiktā ierobežotā augsnē ir viens kritiskais augstums hc. Ja pārsniegsim šo augstumu, slīpums AB netiks saglabāts līdzsvarā un slīdēs pa slīdvirsmu CD (att.3). Slīdēšana radās līdzsvara traucējumu dēļ starp ārējo spēku, zemes masas pašsvaru un iekšējo pretestību, kas vairs nebija pietiekama, lai pretotos palielinātajam ārējam spēkam, t.i., augsnes masas pieaugumam, ko izraisīja slīpuma h augstuma palielināšanās.
Sl.3. Griešanas slīpums saliedētā augsnē
No iepriekš minētā izriet, ka augsnes dabiskā slīpuma leņķi nevar pieņemt par konstantu vērtību konkrētai augsnei, jo tā vērtība visos citos apstākļos ir atkarīga no slīpuma augstuma un samazinās, palielinoties šim augstumam. Tomēr to bieži izmanto neliela augstuma nogāzēm kā nemainīgu vērtību, kas ir atkarīga no augsnes iekšējās berzes leņķa φ.
Līdzsvara traucējumi var rasties arī, nepalielinot pļaušanas augstumu h, piemēram, kad samazinās iekšējā augsnes pretestība. Saistītās augsnes iekšējās pretestības elementi, kohēzija un berze, ir ļoti mainīgi un atkarīgi no ūdens daudzuma augsnē. Tāpēc daudzos gadījumos slīdēšanas cēlonis ir ar ūdeni saistītās augsnes pārsātinājums, kas var būt tik liels, ka augsne vairs nespēj noturēties zem jebkuras nogāzes, bet slīd sava svara dēļ.
att. 4. Augsnes slīdēšana slīdvirsmu veidošanās dēļ
Ir dažādi augsnes slīdēšanas gadījumi iekšējās pretestības samazināšanās dēļ, no kuriem šeit minēsim dažus raksturīgos.
Bīdāmo virsmu izglītība
Ja uz nogāzes zem caurlaidīgas augsnes virsmas slāņa ir necaurlaidīgs māla slānis (att. 4a), vai ja māla slānī ir slīps smilšu slānis (4b att.), kurā nokļūst atmosfēras vai, piemēram, virszemes ūdeņu slāņa necaurlaidība (att. rasties. Lielāks ūdens daudzums caur caurlaidīgo slāni nonāk māla slānī, ko tas spēcīgi saslapina, samazinot tā pretestību uz virsmas, kur augšējais slānis noslīd.
Līdzsvara traucējumi, pārgriežot griezumu
Izcirtņi dzelzceļu un autoceļu būvniecības laikā izjauc iepriekšējo līdzsvara stāvokli, jo nogrieztajā profilā augsne paliek bez atbalsta un gravitācijas ietekmē mēdz virzīties uz leju. Līdzsvara stāvokli var uzturēt, ja augsnes iekšējā pretestība ir pietiekami liela, lai neitralizētu šo tendenci, kas ir iespējama arī tad, ja nopļautā augsne sastāv no stipri slīpiem slāņiem pret griezumu.
att. 5. Apvidus slīdēšana ciršanas dēļ slāņveida augsnē
Tomēr, ja necaurlaidīgas un necaurlaidīgas augsnes slāņi tiek griezti pārmaiņus (5 att.), ir iespējama caurlaidīgās augsnes izskalošanās un necaurlaidīgās augsnes saslapināšana, uz kuras var rasties slīdēšana.
Augsnes neviendabīgums
Plāni necaurlaidīga materiāla slāņi uzbērumā, kas veidots no caurlaidīgas augsnes, tā sauktās māla lēcas (6 att.), var izraisīt arī slīdēšanu, ja tās sasniedz un veido slīdošu virsmu lielam ūdens daudzumam.
att. 6. Neviendabīga sastāva dēļ uzbēruma slīdēšana
Sala ietekme
Sala ietekmē ūdens virsējā slānī uzkrājas ledus lēcu veidā. Atkausēšanas laikā ledus lēcas pārvēršas ūdenī, kas pārsātina augsni līdz sala iedarbības dziļumam, kā rezultātā tā kļūst par šķidru masu un zaudē savu stabilitāti.
Šis gadījums notiek tikai sala bīstamā augsnē un ar ilgāku sals ilgumu, jo ledus lēcu veidošanās aizņem daudz laika.
Gruntsūdens līmeņa pazemināšana
Pazeminoties gruntsūdens līmenim, piemēram, veicot darbus zemē, augsne izžūst un, ja tas ir māls ar lielu uzbriedumu, parādās plaisas. Tajos nokļūst lielāks daudzums virszemes un atmosfēras ūdens, mitrinot augsni un samazinot tās iekšējo pretestību, kas var izraisīt arī zemes nogruvumus.
Ir arī daudzi citi reljefa slīdēšanas gadījumi, tāpēc var uzskatīt, ka jebkura koherenta augsne noteiktos apstākļos var lielākā vai mazākā mērā zaudēt iekšējo pretestību un ārēju spēku ietekmē tikt iekustināta.
Nesakarīga augsne ir stabila, kamēr slīpuma slīpuma leņķis ir mazāks par augsnes iekšējās berzes leņķi. Ar šāda veida augsni slīdēšana notiek tikai tad, ja slīpuma leņķis ir lielāks par iekšējās berzes leņķi. Tomēr, ja uz mālaina grunts tiek veidots uzbērums no nesaistīta materiāla, mālaina augsne var slīdēt un uzbērums sabrukt, un ir nepieciešams pārbaudīt stabilitāti.
Zemes nogāžu stabilitātes pārbaude
Bīdāmās virsmas forma
Līdzsvara nosacījumu starp ārējiem spēkiem un iekšējo augsnes pretestību noteica Kulons ar savu vienādojumu
τ ≤ c + σ tgϕ
kur τ ir augsnes bīdes spriegums, c ir kohēzija, σ ir normālais spriegums uz slīdvirsmu, ϕ ir iekšējās berzes leņķis.
Ja augsnes iekšējā pretestība, kohēzija c un berze σ tgϕ nav pietiekama, lai novērstu augsnes bīdes spriegumu, slīdēšana notiek uz slīdošās virsmas augsnes iekšienē. Ir dažādas slīdvirsmu formas, kas ir atkarīgas no augsnes fizikālajām īpašībām, noslāņojuma, mitruma, ārējās slodzes un citiem faktoriem.
Šie tipiski bīdāmie gadījumi atšķiras atkarībā no pozīcijas:
att. 7. Tipiski zemes nogruvumu gadījumi
a) Izgriezuma vertikālo malu bīdīšana. Ūdensapgādes, kanalizācijas u.c. kanāliem, kas tiek izrakti ar vertikālām malām (7a att.), ja tiek pārsniegts kritiskais augstums hc, kas atkarīgs no grunts fizikālajām īpašībām, notiek slīdēšana pa virsmu ADC. Šīs slīdēšanas parasti nav visā kanāla garumā, bet ir lokalizētas, kas izskaidrojams ar augsnes nevienmērīgo bīdes izturību.
b) Daļējas slīpuma nobīdes (7b att.). Šīs noslīdēšanas bieži parādās pavasarī dzelzceļu un ceļu izcirtumos, un tās ir augsnes pārsātinājuma ar ūdeni rezultāts.
c) Nogāzes slīdēšana naktī (7c att.). Tā ir visa griezuma vai uzbēruma slīpuma bīdīšana uz kāju C.
d) Slīpums slīd zem kājām (7d att.). Tā ir visa izcirtuma vai uzbēruma slīpuma un augsnes slīdēšana zem pamatnes. Šo slaidu sauc arī par pamatnes lūzumu vai zviedru lūzumu pēc zviedru vārdiem, kuri to pirmo reizi aprakstīja.
Attiecībā uz slīdvirsmas formu var apgalvot tikai to, ka slīdvirsma saistītā augsnē nav taisna, bet gan izliekta virsma. Daži autori izmanto apļveida loku (Fellenius), logaritmisku spirāli (Rendulić) vai šo izliekto līniju kombināciju (Brinch Hansen) kā slīdošās virsmas formu.
Ūdens filtrēšanas ietekme uz nogāzes stabilitāti
Ja nogāzes priekšā ir ārējais ūdens ar līmeni N1 (att.8), augsnē aiz nogāzes notiek ūdens plūsma, kas izraisa iekšējo ūdens spiedienu porās, kā rezultātā samazinās berze starp cietajām daļiņām un palielinās bīdes spriegums augsnē.
Ja līmenis ir N1 ūdens nogāzes priekšā nemainīga, ūdens stabs H*γW rada ūdens spiedienu augsnes porās, kas samazina berzi starp cietajām daļiņām, kā rezultātā palielinās nogāzes slīdēšanas bīstamība. Tomēr, ja līmenis ir N1 nemainīgs, ūdens staba spiediens H*γW spiež cietās daļiņas uz augsnes iekšpusi, kā rezultātā zināmā mērā samazinās nogāžu slīdēšanas risks. Šajā gadījumā pie nemainīga ūdens līmeņa N1 nogāzes priekšā pastāv lejteces nogāzes slīdēšanas draudi, jo ūdens filtrācijas ietekme augsnē izraisa cieto daļiņu stumšanu lejteces nogāzes ārējās puses virzienā.
Sl.8. Filtrācijas ietekme uz augsnes slīpuma stabilitāti
Ja ārējais ūdens līmenis strauji pazeminās no N līmeņa1 uz N2 tad ir apdraudēta augšteces nogāzes stabilitāte. Šajā gadījumā iekšējo poru ūdens plūst uz augšteces nogāzes ārējo pusi, virzot cietās daļiņas uz šo pusi.
Tā visa dēļ, ja augsnes slīpums ir iegremdēts ūdenī, pārbaudot nogāzes stabilitāti, jāņem vērā arī ūdens filtrācijas efekts.
Ūdens filtrācijas ietekme augsnē ir atkarīga no vairākiem faktoriem, no kuriem svarīgākie ir augsnes caurlaidība, ārējā ūdens hidrostatiskais spiediens, ārējā ūdens līmeņa pazemināšanās ātrums un augsnes viendabīgums.
Ja pieņemam, ka uzbērums att. 8 viendabīgi izotropas masas N1 līmeņa ārējā ūdens hidrostatiskā spiediena ietekmē uzbēruma porās plūdīs ūdens lejteces nogāzes virzienā, līdz ar to gruntsūdens līmenis uzbērumā samazināsies līdz ar nobrauktā ceļa garumu. Ja uzbērumā ievadīsim pjezometra caurules AA’, BB’ un CC’ (att. 9), poru ūdens hidrostatiskā spiediena ietekmē ieplūdīs šajās caurulēs un paaugstināsies līdz līmenim N1, kas var būt vienāds visās caurulēs, ja tiek izvēlēti ūdens punkti __B_A un __B__A _. kolonnas caurulēs ir h1, h2 un h3.
att. 9. Ekvipotenciāla un strāvas līnijas
Ja ar h apzīmējam ūdens līmeņa paaugstināšanos N1 attiecībā pret kādu patvaļīgi izvēlētu plakni O-O, tad potenciāls h visiem 3 punktiem, A, B un C ir vienāds. Līnija, kas savieno šos trīs punktus, ir ekvipotenciāla līnija. Gruntsūdeņi augsnē nevar plūst pa šo līniju, bet tikai virzienā uz punktiem ar zemāku potenciālu.
Līdzīgā veidā vienā masā varam atlasīt punktus D, E un F ar mazāku potenciālu h ― Δh. Līnija, kas savieno šos trīs punktus, ir potenciāla ekvipotenciāla līnija h ― Δh. Ūdens plūsma no ekvipotenciāla līnijas ABC punkta A uz kādu bezgalīgi tuvu ekvipotenciāla līnijas DEF punktu D eksistēs lielākā hidrauliskā krituma virzienā imaxl, ___maxlākā attāluma __ virzienā. AD. Tas nozīmē, ka līnija AD, pa kuru plūst ūdens, ir perpendikulāra abām ekvipotenciāla līnijām, jo
imax = Δh / Δlmin
kur Δlmin ir normāls abām ekvipotenciāla līnijām. Šīs ekvipotenciālu līniju normas ir ūdens plūsmas virzieni caurlaidīgajā masā un tiek saukti par strāvas līnijām. Ekvipotenciālu un strāvas līniju kopums, kas ir savstarpēji perpendikulāri viens otram, veido plūsmas tīklu.
Plūsmas tīkliem ir dažādas formas atkarībā no masas caurlaidības. Visizplatītākais gadījums ir uzbērums, kas veidots no caurlaidīgas masas uz necaurlaidīgas augsnes, t.i., uz grunts, kuru var padarīt necaurlaidīgu (att. 10). Šajā gadījumā, ja ārējais ūdens līmenis ir nemainīgs, straumlīnijas atrodas to parabolas vidusdaļā.
att. 10. Plūsmas tīkls caurlaidīgā uzbērumā uz necaurlaidīgas augsnes
Pie augšteces nogāzes parabolas savienojas ar līnijām, kas ir perpendikulāras slīpumam, kas attēlo ekvipotenciālu līniju, jo nemainīgā līmenī N1 ūdens neplūst pa nogāzi. Ar lejteces slīpumu parabolas beidzas tangenciāli slīpumam, kas nav ne ekvipotenciāla līnija, ne strāvas līnija. Necaurlaidīgās grunts virsma zem uzbēruma ir straumlīnija, jo uzbēruma apakšā ūdens plūst paralēli šai virsmai. Augšējā daļā plūsmas tīkls beidzas ar pamata parabolu, ko sauc par iesūkšanās līniju, kas attēlo augsnes robežu filtrācijas ietekmē. Zem šīs robežas augsne ir pakļauta filtrācijas iedarbībai ārējā ūdens H*γW hidrostatiskā spiediena dēļ, savukārt augsnē virs tās filtrācijas nav. Sūkšanās līniju sauc arī par piesātinājuma līniju, jo tiek pieņemts, ka zem tās esošā augsne ir pilnībā piesātināta ar ūdeni, bet virs tās ir daļēji piesātināta.
Faktiskajā slīpuma novērtējumā jāiekļauj izpēte, stratifikācija, stiprības parametri, grunts un virszemes ūdens, līmeņa izmaiņas, drenāžas, seismiskās, rakšanas vai aizpildīšanas fāzes, blakus esošās konstrukcijas un pagaidu apstākļi. Rakšana bez pienācīgas aizsardzības un iekļūšana iespējamā zemes nogruvuma zonā nav droša, pamatojoties uz vispārīgo tekstu vai pašas nogāzes formu.