माटोमा तुषाराको प्रभाव

हिउँदे प्रभावका कारण हुने माटोका विकृतिहरू

पाला लाग्दा बहाव नभएको स्वतन्त्र पानी 0°C मा जम्छ र त्यस क्रममा यसको आयतनको 9% ले विस्तार हुन्छ। तर साँघुरा केशिकीय नलीहरूमा रहेको पानी 0°C मा जम्दैन, बरु अझ कम तापक्रममा जम्छ, जुन -1°C देखि -78°C सम्म हुन्छ। जम्ने यो पछिल्लो तापक्रम अमेरिकामा प्रयोगशाला परीक्षणद्वारा निर्धारण गरिएको हो। केशिकीय नली जति साँघुरो हुन्छ, जम्ने तापक्रम त्यति नै कम हुन्छ।

माटोमा सबै दिशामा आपसमा जोडिएका प्वालहरू हुन्छन् र तिनले केशिकीय नलीहरू बनाउँछन्। बालुवामा प्वालहरू ठूला हुन्छन् र फराकिला केशिकीय नलीहरू बनाउँछन्, जसमा पानी 0°C वा त्यसभन्दा अलि कम तापक्रममा जम्छ। पानी समान रूपमा जम्छ, जसमा प्वालहरूमा बरफका क्रिस्टलहरू बन्ने गर्छन्, जसको आयतन वृद्धि 9% ले माटोमा कुनै उल्लेखनीय विकृति उत्पन्न गर्दैन। सूक्ष्म-दानेदार संरचना भएको माटोमा प्वालहरू साना हुन्छन् र साँघुरा केशिकीय नलीहरू बनाउँछन्, जसमा पानी 0°C भन्दा कम तापक्रममा जम्छ। तर सतही तहमा माटो सधैँ बढी खुकुलो र ठूला प्वाल भएको हुन्छ, जहाँ पानी 0°C मा जम्छ र बरफका क्रिस्टलहरू बनाउँछ। यी क्रिस्टलहरूले साँघुरा प्वालहरूबाट चिसिएको पानीलाई ठूलो बलले तान्छन्, जसलाई क्रिस्टलकरण बल भनिन्छ। यसरी तानिएको पानी बरफका क्रिस्टलसँग सम्पर्कमा आएपछि आफैँ जम्छ र बरफका क्रिस्टलहरूको आयतन बढाउँछ, जसले बरफका लेन्सहरू बनाउँछन्, जसको मोटाइ लगभग 0,1 देखि 10 mm सम्म हुन सक्छ। बनेका बरफका लेन्सहरूले तुषारको प्रभावका बेला माटोमा उल्लेखनीय विकृति उत्पन्न गर्छन्, जुन विशेष प्रतिकूल अवस्थामा 30 र 50 cm सम्म पुग्न सक्छ।

हिमपातको प्रभावबाट माटोमा हुने विकृतिको उत्पत्ति र परिमाण मुख्यतः निम्न 3 कारकहरूमा निर्भर गर्छ:

1. माटोको कणीय संरचना

2. भूमिगत पानीको तह

3. तुसारो रहने अवधि।

Ad 1) कण–वितरण संरचनाका दृष्टिले, पातलो दानायुक्त माटोमा तुषारको प्रभाव सबैभन्दा बढी हुन्छ, जसका रन्ध्रहरू यति साना हुन्छन् कि साँघुरा केशिकीय नलीहरू बनाउँछन्, र एकै समयमा पर्याप्त ठूलो पारगम्यता हुन्छ, जसले तुषारको प्रभावको समयमा पानीको छिटो परिसंचरण सम्भव बनाउँछ। यस्तो माटो तुषारप्रति सबैभन्दा संवेदनशील हुन्छ, उत्पत्तिको गति र विकृतिको परिमाण दुवै दृष्टिले। यी धूलियुक्त माटोहरू हुन्, जुन प्रायः 0,02-0,002 mm आकारका कणहरूबाट बनेका हुन्छन्। >0,02 mm आकारका कणहरूको केशिकीय उचाइ कम हुन्छ, जबकि < 0,002 mm आकारका कणहरूको केशिकीय चढाइ ढिलो हुन्छ, त्यसैले दुवै अवस्थामा तुषार रहने अवधिमा तुषार–प्रभाव क्षेत्रमा पानीको सानो मात्रामात्र पुग्न सक्छ। यदि माटोमा 25% भन्दा बढी < 0,002 mm आकारका कणहरू छन् भने, माटोको पारगम्यता अत्यन्त कम हुन्छ र रन्ध्रहरूमा पानीको परिसंचरण यति ढिलो हुन्छ कि बरफका लेन्सहरू तानिनुअघि नै त्यो रन्ध्रभित्र जम्छ।

Ad 2) माटोको कण-आकार वितरणसम्बन्धी सर्तका अतिरिक्त, तुषारका कारण माटोमा हुने विकृतिहरू हुनका लागि अझ एउटा सर्त पूरा हुनुपर्छ। त्यो भनेको तुषारको प्रभाव पर्ने क्षेत्रमा पानी आपूर्ति हुन सक्ने सम्भावना हुनु हो। यदि यो सर्त पूरा नहुने हो भने, अर्थात् तुषारका बेला निरन्तर तिनीहरू हुँदै बगिरहने पानीसँग माटोका केशिकाहरूको सम्पर्क नहुने हो भने, माटोको कण-आकार वितरण जस्तोसुकै भए पनि तुषारजन्य विकृति हुने छैन।

भूजलको तह जति माथि हुन्छ, त्यति नै तुसारोको प्रभावले माटो विकृत हुने सम्भावना बढी हुन्छ। यदि भूजलको तह, दिइएको माटोमा पानीको केपिलरी उकासाइको उचाइभन्दा गहिराइमा छ भने, तुसारोको प्रभावबाट हुने विकृतिहरू नगण्य हुन्छन्।

Ad 3) यदि निरन्तर चिसो रहने समयावधि लामो हुन्छ भने, चिसोका कारण विकृति त्यति नै बढी हुन्छ, किनकि ठूला र धेरै बरफका लेन्सहरू बन्छन्। कडा र छोटो समयको चिसोले कम विकृति उत्पन्न गर्छ, किनकि त्यस अवस्थामा छिद्रभित्रको पानी अचानक जम्छ र पानीको केपिलारी प्रवाह रोकिन्छ। यसको विपरीत, मध्यम र लामो समयसम्म रहने चिसोले बरफका लेन्सहरू अवरोधरहित रूपमा बन्ने भएकाले बढी विकृति उत्पन्न गर्छ।

विपिनिकरणको प्रभाव

पग्लिने क्रममा, सर्वप्रथम सतही माटोको माथिल्लो भागका बरफका लेन्सहरू पग्लन्छन्, जबकि त्यसको ठीक तल जमेको, र त्यसैले अपारगम्य तह रहिरहन्छ। पग्लिएका बरफका लेन्सहरूले ठूलो मात्रामा पानी दिन्छन्, जुन जमेको तल्लो तहबाट छिर्न सक्दैन, त्यसैले सतही तहमा यो बढेको पानीले माटोलाई अत्यधिक सन्तृप्त बनाउँछ र त्यसलाई तरल द्रव्यमानमा परिणत गर्छ, जसमा कुनै मजबुती हुँदैन, बरु दबाब परेमा पार्श्व दिशातर्फ धकेलिन्छ। पग्लिने प्रभावका कारण माटोमा हुने विकृतिहरू उल्लेखनीय हुन सक्छन् र केही अवस्थामा खतरनाक पनि। यस्ता विकृतिहरू रेलमार्ग र सडकका कटिङहरूमा सामान्य हुन्छन्, जहाँ वसन्तमा पग्लिएका बरफका लेन्सहरूबाट आएको पानीले माटो अत्यधिक सन्तृप्त हुँदा ढलानहरू आंशिक रूपमा चिप्लिन्छन्, साथै सडकहरूमा पनि, जहाँ यातायातका कारण पर्खालहरू/सतहहरू पानीले वहनक्षमता गुमाएको माटोमा विकृत हुन्छन्।

चिसोको माटोमा पर्ने प्रभावको मूल्याङ्कनका लागि मापदण्ड

विभिन्न प्रकारका माटोमा तुसारोको प्रभावको अध्ययनबाट यो निष्कर्ष निकालिएको छ कि तुसारोको व्यवहारका आधारमा माटो दुई प्रकारका हुन्छन्: सुरक्षित र तुसारोमा जोखिमपूर्ण.

हिउँदले सुरक्षित माटो ती हुन्, जसमा बरफका लेन्सहरू बन्दैनन्, हिउँदको अवधि जतिसुकै लामो भए पनि। यस प्रकारका माटोमा केवल तिनका रन्ध्रहरूमा भएको पानी जम्छ र बरफका क्रिस्टलहरू बन्छन्, जसले हिउँदको प्रभावमा नगण्य विकृति उत्पन्न गर्छ। यस समूहमा गिटी, बालुवा र यस्तै माटो पर्छन्।

चिसोमा हानिकारक माटो ती हुन्, जसमा बरफका लेन्सहरू बन्ने गर्छन्, जसका कारण ठूलो विकृति उत्पन्न हुन सक्छ। सतही तहमा जमेको पानी बरफका लेन्सहरूको रूपमा चिसो लाग्ने समयमा पग्लाउने प्रभाव पनि उत्पन्न गर्छ। यस समूहमा केही धुलोयुक्त-चिक्कणयुक्त, र विशेषगरी धुलोयुक्त माटोहरू पर्छन्।

चिसोमा माटोको स्थायित्व मूल्याङ्कन गर्न धेरै मापदण्डहरू छन्, जसमध्ये आर्थर कासाग्रान्डे र रुख्लियाका मापदण्डहरू सबैभन्दा प्रसिद्ध छन्, जसलाई हामी यहाँ वर्णन गर्नेछौँ।

A. Casagrande को मापदण्ड

यो मापदण्ड माटोको दाना-वर्गीकरणीय संरचनामा आधारित छ र यसप्रकार छ:

a) एकरूप संरचनाको माटोमा, जसको असमानताको डिग्री U < 5 छ, यदि त्यसमा 10% भन्दा बढी र 0,02 mm mm भन्दा साना कणहरू छन् भने माटो तुषारो-प्रवण हुन्छ।

b) असमान संरचनाको माटोमा, जसको असमानताको डिग्री U > 15 छ, यदि त्यसमा 3% भन्दा बढी 0,02 mm भन्दा साना कणहरू छन् भने माटो चिसोले क्षति हुन जोखिमपूर्ण हुन्छ।

यद्यपि यो मापदण्ड लामो समयसम्म प्रयोग गरिएको थियो र सधैं विश्वसनीय परिणाम दियो, यसको कमजोरी भनेको यो केवल माटोको कण आकार वितरणमा आधारित छ र माटोमा तुषाराको प्रभावमा असर गर्ने अन्य कारकहरूलाई ध्यानमा लिँदैन। त्यसैले आज यस मापदण्डलाई अत्यधिक कठोर र अलाभकारी मानिन्छ।

रुकलियेभ मापदण्ड

यस विधिअनुसार माटोलाई ठोस कणहरूको कठोरताका आधारमा दुई भागमा विभाजन गरिन्छ, अर्थात् ठूलो दानादार अंश, दाना व्यास d > 2 mm, र सानो दानादार अंश, दाना व्यास d < 2 mm. माटोको तुसारो प्रतिरोध मूल्याङ्कन गर्न सानो दानादार अंशको परिमाण र ठूलो दानादार अंशको परिमाणबीचको सम्बन्ध राखिन्छ, र यो सम्बन्ध तल्लो र माथिल्लो सीमाद्वारा दिइएको हुन्छ (आकृति 1).

तल्लो सीमा भन्नाले व्यास d < 0,02 mm भएका ठोस कणहरूको अधिकतम स्वीकार्य प्रतिशतलाई जनाउँछ, जुन भराइको सूखा तौलको, अर्थात् 0-2 mm अंशको हुन्छ, र जसमा प्रतिकूल अवस्थाहरू जस्तै भू–जल स्तर उच्च हुनु, प्रतिकूल जलवायु अवस्था (दीर्घकालीन चिसो) र माटोको उच्च प्राकृतिक आर्द्रतामा हिमपातका कारण व्यवहारिक रूपमा कुनै क्षति हुँदैन।

माथिल्लो सीमा भनेको सुख्खा सूक्ष्म-दानेदार अंशको तौलको अधिकतम अनुमति प्रतिशत हो, d < 0,02 mm जहाँसम्म, जसमा उपयुक्त अवस्थाहरूमा—जस्तै भूमिगत पानीको तल्लो तह, अनुकूल जलवायु अवस्था (छोटो अवधिका तुसाराहरू) र माटोको कम प्राकृतिक आर्द्रता—चिसोका कारण व्यावहारिक रूपमा कुनै क्षति हुँदैन।

चित्र 1 Rukliev मापदण्डअनुसार चिसोले माटोको जोखिम मूल्याङ्कनका लागि तल्लो र माथिल्लो सीमा

माटोमा चिसोको प्रभावबाट संरक्षण

माटोमा तुषारको प्रभावको गहिराइ क्षेत्रको जलवायु अवस्थामाथि निर्भर गर्छ। हाम्रो देशमा यो प्रायः 0,8 देखि 1,0 m जमिनको सतहभन्दा तल हुन्छ। त्यस अनुसार, 1,0 m बराबर वा सोभन्दा बढी गहिराइमा आधारित संरचनाहरू तुषारको प्रभावमा पर्नेछैनन्।

सडकका पिच जस्ता सतही रूपमा फाउन्डेसन गरिएका संरचनाहरू तुसारोको प्रभावमा पर्छन्, जसले जम्ने र पग्लिने दुवै अवस्थामा सडक सतहमा ठूलो विकृति र क्षति गराउन सक्छ। त्यसैले सडक र विमानस्थलका टेकअफ-ल्यान्डिङ धावनमार्ग निर्माण गर्दा, माटोमा तुसारोको प्रभावका दृष्टिले परीक्षण गर्नुपर्छ, र यदि आधार माटो तुसारोका लागि संवेदनशील छ भने सुरक्षा उपायहरू अपनाउनुपर्छ। सडक र विमानस्थलका पिचमा सबैभन्दा प्रभावकारी उपाय बफर तह बनाउनु हो, जसको मोटाइ यसरी निर्धारण गरिन्छ कि पिच र बफर तहको कुल मोटाइ भारी यातायातका लागि 0,80 m देखि हल्का यातायातका लागि 0,60 m सम्म होस्। प्रायः पिचमुनि 0,30 m मोटाइको बफर तह तुसारोको प्रभावबाट पर्याप्त सुरक्षा हुन्छ।

ओछ्यान तह बनाउन प्रयोग हुने सामग्री सामान्यतया बालुवा वा बालुवायुक्त गिट्टी हुन्छ, जसले निम्न सर्तहरू पूरा गर्नुपर्छ:

प्लास्टिसिटी सूचकांक IP < 5

d < 0,02 mm भएका अंशहरूको मात्रा 3% भन्दा कम

असमानताको मात्रा U > 7।

20 cm को मोटाइ भएको बफर तहको माथिल्लो भाग एकरूप र सानो कण भएको बालुवा हुनु हुँदैन, किनकि त्यसको घनत्व पर्याप्त हुँदैन र वहन क्षमता सीमित हुन्छ। यस भागमा बफर तह बालुवायुक्त गिट्टी हुनुपर्छ, जसमा 30-70% आकारका कणहरू 2-30 mm छन्। 30 mm भन्दा ठूला कणहरू सिफारिस गरिँदैनन्।

कम गहिराइमा जग राखिएका घेराबारका पर्खालहरू पनि माटोमा पर्ने तुषारोको प्रभावमा पर्छन्, जसका कारण तिनीहरू झुक्छन् र बारम्बार तुषारो लाग्दै जाँदा समयसँगै पल्टिन र भत्किन सक्छन्। त्यसैले, यदि माटो तुषारोका हिसाबले खतरनाक छ भने, यी पर्खालहरूलाई 1,0 m गहिराइमा जग राख्नुपर्छ।