Холбогдсон хөрсөнд цилиндр зүсэж аваад түүнийг хэвийн даралт P–ийн үйлчлэлд оруулбал (зураг 1), цилиндрт шинэ хүчдлүүд үүснэ, тухайлбал босоо шахалтын хүчдэл σ болон хэвтээ зүсэлтийн хүчдэл . Хэрэв P даралтыг аажмаар нэмэгдүүлбэл, тодорхой хугацааны дараа цилиндрт ташуу ан цавууд гарч, тэр даруй цилиндр эвдэрнэ. Эвдрэх мөчид цилиндр P даралтын үйлчлэлээр N-N хамгийн бага эсэргүүцэлтэй зүсэлтийн хавтгай дагуу гулсаж тасарсан байна.
Зураг 1. Уялдаа бүхий хөрснөөс гаргаж авсан цилиндрт даралтын үйлчлэл
P хүчний үйлчлэлд эвдрэх мөчид цилиндрээс хөрс үзүүлсэн эсэргүүцлийг хөрсний зүсэлтийн эсэргүүцэл гэнэ, харин хамгийн бага эсэргүүцлийн хавтгайн α өнцөг нь хэвтээтэй хийх налуугаар хөрсний зүсэлтийн хамгийн бага эсэргүүцлийн хавтгайн өнцөг гэж нэрлэгдэнэ.
Холбогдсон хөрсний зүслэгийн эсэргүүцэл нь хоёр энгийн эсэргүүцлээс бүрдэнэ: хатуу бөөмсийн хоорондох дотоод үрэлт ба хатуу бөөмсийг холбодог холбоц. Хөрсний зүслэгийн бат бэхийг эвдрэлийн мөчид үүсэх хамгийн их зүслэгийн хүчдэлтэй тэнцүү гэж үзэх бөгөөд түүнийг тэгшитгэлээр илэрхийлнэ
τf = c + σ tg_φ_
энд: τf хөрсний зүсэлтийн бат бэх [kp/cm2],
c хөрсний наалдац [kp/cm3],
σ хөрсний хэвийн хүчдэл [kp/cm3],
φ хөрсний дотоод үрэлтийн өнцөг.
Дээрх томьёог франц хүн Coulomb 1785 онд гаргасан. Энэ томьёоны дагуу өгөгдсөн хөрсөнд наалдац c нь тогтмол бөгөөд нормаль даралтаас хамаарахгүй, харин үрэлтийн эсэргүүцэл σ tg_ϕ_ нь хүчдэл σ-тэй шууд пропорциональ байдаг. Үнэндээ наалдац e нь өгөгдсөн хөрсөнд тогтмол биш бөгөөд тэр ч бас тодорхой хэмжээгээр нормаль хүчдэл σ-ээс хамаарна, учир нь энэ даралтын нөлөөгөөр хатуу ширхэгүүдийг бүрхсэн усан хальсны зузаан багасч, улмаар наалдац нэмэгддэг. Coulomb-ийн томьёо нь нэвчимхий хөрсөнд хүчинтэй бөгөөд тэнд нормаль даралтын нөлөөгөөр нүх сүвний ус эсэргүүцэлгүй шахагдан гардаг; энэ нь хайрган болон элсэрхэг хөрсөнд тохиолдох боловч бага нэвчимхий, холбогдсон хөрсөнд тохиолдохгүй. Ийм хөрсөнд нүх сүвний ус шахагдан гарахад бэрх бөгөөд P ачааллын нөлөөгөөр шахагдсан нүх сүвний ус хэлбэрээр үлддэг.
Хөрсөн дэх үр ашигтай ба төвийн бус хүчдлүүд
Зур. 2. Хөрсөн дэх үр дүнгийн ба саармаг хүчдэл
Хэрэв савны ёроолд хөрсний дээж, жишээ нь хуурай элсийг байрлуулаад түүн дээр W жинтэй тугалганы шидмэл ширхгээр ачаалбал энэ жингийн бүх ачааллыг хөрсний хатуу ширхэгүүд хүлээн авна. Дээжийн гадаргуу дээрх тусгай даралт p0 = W/A kp/cm3, энд A нь дээжийн огтлолын талбай, дээжийг суултанд оруулж, өөрөөр хэлбэл сүвэрхэг чанарыг нь бууруулна. Гэхдээ энэ нь мөн дээжийн бусад физик шинж чанарт, тухайлбал зүсэлтийн бат бэхийн өсөлт, шахагдах модуль нэмэгдэх зэрэг өөрчлөлтийг үүсгэнэ. Ширхэгүүдийн хүрэлцэх гадаргуу дээр үйлчлэх даралтыг үр дүнгийн буюу ширхэг хоорондын даралт σ’ гэнэ. Консолидаци хүрсэн, өөрөөр хэлбэл дээж p0 ачааллын дор суухаа больсон үед үр дүнгийн даралт нь хөрсийг авч үзэж буй гүн дэх нийт тусгай даралттай тэнцүү болно. Энэ тохиолдолд дээжийн гадаргуугийн доорх гүнд, зураг 2 дээр σ’ = W/A + hzγ бөгөөд γ нь дээжийн эзлэхүүний жин юм.
Гэхдээ хэрэв сав дахь дээжийг тугалганы бөөрөнцгийн оронд h өндөр хүртэл усаар ачаалбал, ус нь дээжийн бүх нүх сүвийг дүүргэсэн байлаа ч дээжийн дээрх усны баганын даралт hγw (γw нь усны эзлэхүүний жин) нь дээжийг суулгахгүй, түүний сүвэрхэг чанарыг бууруулахгүй, мөн зүсэлтийн бат бэх ба шахагдах чанарын модулийг нэмэгдүүлэхгүй. Иймээс гидростатик даралт hγw -г саармаг даралт гэж нэрлэдэг. u гэж тэмдэглэдэг саармаг даралт нь дээжээр бүх чиглэлд ижил эрчимтэй дамжина. Ус өөрөө ямар ч зүсэлтийн бат бэхгүй тул энэ даралт зүсэлтийн бат бэхийг нэмэгдүүлэхгүй.
Иймээс үр нөлөөтэй даралт σ’ нь хөрсний хатуу ширхэгүүдийн хоорондын хүрэлцэх гадаргуугаар дамждаг бол саармаг даралт u нь нүх сүв дэх усаар дамжина. Хэрэв савны доод хэсэг нь ханасан хөрсний дээжээр дүүрсэн бөгөөд түүний эзлэхүүн жин γz байвал, дээжийн гадаргуугаас N түвшин хүртэл сав нь эзлэхүүн жин нь γw байх усаар дүүрсэн байна. Тэгвэл дээжийн дурын цэг дэх нийт даралт σ нь σ = σ’ + u. байх болно.
hz гүнд, дээжийн гадаргуугийн доор үр ашигтай даралт нь σ = σ’ - u байна
энд σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Иймд σ’ = hz γ’ болно
γ’ нь усанд живсэн хөрсний эзлэхүүн жин юм.
Хөрсний зүслэгийн бат бэхийн ерөнхий тэгшитгэл
Хэрэв холбоотой хөрсөнд P ачаалал өгвөл энэ ачаалал хөрсний суултыг үүсгэж, эхлээд түүний нөлөөгөөр нүх сүв дэх агаар шахагдан гарч, удалгүй нүх сүвд зөвхөн ус үлдэнэ. Холбоотой хөрсний ус нэвтрүүлэх чадвар бага тул ус тэр даруй шахагдан гарч чадахгүй учраас нүх сүвд шахалтанд орсон ус хэлбэрээр үлдэж, эхэндээ нийт гадна ачаалал P-ийг бүхлээр нь хүлээн авна. Цаашдын хугацаанд P ачааллын нөлөөгөөр нүх сүвээс ус шахагдан гарч, хатуу бөөмс ойртон нягтарч, тэдгээр нь одоо P ачааллын нэг хэсгийг хүлээн авна. Тэгвэл бидэнд τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ байна, энд σ нь P ачааллаас үүсэх нийт даралт, u нь нүх сүвийн усны даралт.
Нүх сүвний усны даралт нь консолидацийн хугацааны явц, хөрсний нэвчимтгий чанар, хөрсөнд үйлчлэх ачааллын хэмжээ зэрэг олон хүчин зүйлээс хамаарна. Хөрсний зүсэлтийн бат бэх нь нүх сүвний усны даралтаас хамаарах бөгөөд хөрсний консолидаци явагдах үед u=0-д хамгийн их байна.
Хөрсний коллоид идэвх
Хөрсний дотоод эсэргүүцлийн элемент болох наалдац ба үрэлтийн хэмжээ өөр өөр байж болох бөгөөд хөрсний хатуу хэсгүүдийн бүдүүн ширхэглэл, түүний пластик шинжээс ихээхэн хамаарна. Холбоост хөрсний дотоод үрэлтийн эсэргүүцэлд наалдацын нөлөөг тодорхойлох зорилгоор Скэмптон хөрсний коллоид идэвхийн K_P ойлголтыг нэвтрүүлсэн бөгөөд энэ нь хуванцаршлын индекс IP-ийг нийт массын жингийн хувиар 0,002 mm-оос бага ширхэгүүдийн хэмжээнд харьцуулсан харьцаагаар илэрхийлэгдэнэ. Үүнд дараах шалгуурыг авсан (зураг 3):
Зураг 3. Хөрсний коллоид идэвхжил
KP < 0,75 үед идэвхгүй шаварлаг хөрс байна,
KP = 0,75 – 1,25 үед хэвийн шавар байна,
Kp > 1,25 идэвхтэй шавар.
КP нэмэгдэхийн хэрээр коherent хөрсний дотоод үрэлттэй харьцуулахад наалдацын нөлөө өснө.
Хөрсний мэдрэмтгий чанар
Хэрэв холбогч хөрсөнд 3—3,4 cm диаметртэй, ~ 5 cm өндөртэй цилиндр авч, түүнд хэвийн ачаалал өгвөл цилиндр хагарах мөчид эвдрэлгүй төлөв дэх хөрсний шахалтын бат бэх σ__ₙ:-ийг авна.
σn = P/A нь kp/cm2,
энд A нь булны хөндлөн огтлол юм.
Шинжилгээ дууссаны дараа хагарсан сорьцыг шилжүүлж, ижил хэмжээтэй буланг дахин бэлтгэнэ, мөн өмнөх шинжилгээнд байсан чийгшил нь хэвээр үлдэнэ. Дараа нь даруй дахин бэлтгэсэн буланд шинжилгээг давтаж, ингэснээр эвдэрсэн төлөв дэх хөрсний шахалтын бат бэх σ__ₚ.-ийг олно.
Мэдрэг чанар (сенситивитет) S__ₜ нь эвдрээгүй төлөв дэх шахалтын бат бэхийг эвдэрсэн төлөв дэх шахалтын бат бэхэд харьцуулсан харьцаа юм: St = σn/σp,
Нэг шалгуурын дагуу S__ₜ мэдрэмтгий байдлыг дараах байдлаар үнэлнэ:
- за S__ₜ = 1 — 2 нь шаврын мэдрэмтгий чанар бага,
- S__ₜ = 2 — 4 үед шаврын дундаж мэдрэмтгий чанартай,
- S__ₜ = 4 — 8 үед шаврын мэдрэмтгий байдал өндөр байна,
- S__ₜ > 8 үед хэт мэдрэмтгий шавар юм.
Байгальд, жишээлбэл газар хөдлөлт зэрэг механик үйлчлэлийн улмаас шавранцар хөрс гэнэт бат бэхээ алдаж, дараа нь тайван байдалд дахин сэргээн олж авдаг тохиолдол бий. Энэ шинжийг хөрсний тиксотропи гэж нэрлэнэ. Олон шавар тодорхой хэмжээгээр тиксотроп шинжтэй байдаг. Норвеги, Швед, Финландад тиксотроп шавар урссанаас шалтгаалсан малталтын налуугийн гулгалтын тохиолдлууд мэдэгдэж байгаа бөгөөд судалгаагаар энэ үйл явцын турш шаврын чийгшил өөрчлөгдөөгүй, өөрөөр хэлбэл урсахын өмнө болон дараа чийгшил тогтмол байсан нь тогтоогдсон.