Arkivekspertinnhold og alvorlig risiko: artikkelen bevarer den historiske beretningen om skråningsstabilitet, symboler, formler og diagrammer fra originalteksten. Det er ikke geoteknisk utredning, grave- eller fyllingsprosjekt, stabilitetsberegning, dreneringsplan, skredvurdering eller arbeidsinstruks. En ustabil skråning kan plutselig begrave mennesker, bygninger og veier; observerte sprekker, utbulinger, grumsete vann, plutselig innsynkning eller forskyvning bør behandles som grunn til fraflytting fra faresonen og hastefaglig vurdering.
I dag er Savo Kusić fokusert på trevinduer, tre-aluminium vinduer, egendefinerte vinduer, dør og forespørsler om tilbud. Denne artikkelen forblir som teknisk arkiv og representerer ikke tilbud om geoteknisk prosjektering, tilsyn eller utførelse av jordarbeid.
For konstruerte jordarbeider som skjæringer, voller og kanaler, kollapser de siste bakkene noen ganger. Og en naturlig skråning, uten kunstige verk, kan bevege seg plutselig og med stor kraft eller veldig sakte. Disse fenomenene har lenge vært gjenstand for geologiske og geomekaniske studier, med sikte på å evaluere stabiliteten ut fra de fysiske egenskapene til jorda og forholdene i hvert enkelt tilfelle.
Årsaker til bevegelse av jordmasser
Forutsetningen for stabiliteten til enhver jord, enten det er en kunstig jordgjenstand eller en naturlig jord, er at det er en balanse mellom ytre krefter og indre motstand i jorda. Ytre krefter er først og fremst jordas egenvekt, som vanligvis er den eneste ytre kraften, etterfulgt av enhver annen ytre belastning som virker på skråningen, permanent eller i bevegelse. Den indre motstanden består av kohesjon og friksjon i bundet jord, og kun friksjon i ubundet jord.
Fig. 1. Slåning av løs jordvoll
Hvis vi observerer en voll i høyden h laget av helt løs jord, for eksempel tørr komprimert sand, vil vi bestemme at helningen til den vollen er skråstilt i en vinkel β til horisontalen (fig. 1). Størrelsen på vinkelen β avhenger av flere faktorer som kornstørrelse, kornform og komprimering. Hvis vi øker fyllingshøyden h til h1, h2 osv. med samme ubundne materiale med samme komprimering, vil ikke vinkelen β endres, fyllingsskråningen forblir i samme helning opp til en ubegrenset høyde h. For en gitt løs jord er den naturlige helningsvinkelen β uavhengig av helningshøyden h. Størrelsen på vinkelen β for ubundet jord avhenger av vinkelen på indre jordfriksjon φ og antas å være litt mindre enn den, eller lik den, β ≤ φ.
Fig. 2. Skjæreskråning i bundet jord
Hvis vi ser på et kutt laget i bundet jord, vil vi finne at snittets helning holdes under en sterkere skråning1:m, dvs. i en større vinkel β på grunn av at den indre motstanden til den bundne jorda økes av kohesjon, som ikke eksisterer i tørr sand (fig.2). I visse typer jord, som tørr løsmasse, kan kohesjon øke den indre motstanden i en slik grad at jorden kan holdes med en vertikalt kuttet side, dvs. i en vinkel β =90°. Men hvis vi øker klippehøyden h i bundet jord til h1, h2 osv., må helningsvinkelen til skråkanten til kuttet β reduseres for å opprettholde avfasningen i stabilitet. For hver helningsvinkel β av helningen til skjæringen i en gitt avgrenset jord er det én kritisk høyde hc. Hvis vi overskrider denne høyden, vil skråningen AB ikke holdes i balanse og den vil gli på en glidende overflate CD (fig.3). Utglidningen skjedde på grunn av en forstyrrelse i balansen mellom den ytre kraften, jordmassens egenvekt og den indre motstanden, som ikke lenger var tilstrekkelig til å motvirke den økte ytre kraften, dvs. den økte vekten av jordmassen forårsaket av økningen i høyden på skråningen h.
Sl.3. Skjæringshelling i sammenhengende jord
Av det ovenstående følger det at vinkelen på den naturlige skråningen til jorda ikke kan brukes som en konstant verdi for den gitte jorda, siden verdien under alle andre forhold avhenger av høyden på skråningen og avtar med økningen av denne høyden. Imidlertid brukes det ofte for skråninger med små høyder som en konstant verdi, avhengig av vinkelen på indre jordfriksjon φ.
Likevektsforstyrrelse kan også oppstå uten å øke klippehøyden h, for eksempel når den indre jordmotstanden avtar. Elementene for indre motstand i bundet jord, kohesjon og friksjon, er svært varierende og avhengig av vannmengden i jorda. Årsaken til utglidningen er derfor i mange tilfeller overmetningen av vannbundet jord, som kan være så stor at jorda ikke lenger klarer å støtte seg under noen skråning, men glir på grunn av sin egen vekt.
Fig. 4. Gliding av jord på grunn av dannelse av glidende overflater
Det er forskjellige tilfeller av jordglidning på grunn av reduksjon av indre motstand, hvorav vi her vil nevne noen karakteristiske.
Utdanning av skyveflater
Hvis det er et ugjennomtrengelig lag av leire i en skråning under overflatelaget av permeabel jord (fig. 4a), eller hvis det er et skrånende lag med sand i leirlaget (fig. 4b), som en vann kan gå ned i (f.eks. en grøftende overflate) skred kan forekomme. En større mengde vann passerer gjennom det permeable laget til leirelaget, som det fukter kraftig, noe som reduserer motstanden på overflaten, der det øvre laget glir.
Forstyrrelse av balansen ved å kutte et kutt
Skjærende kutt under bygging av jernbaner og veier forstyrrer den tidligere balansetilstanden, fordi i kuttprofilen forblir jorden uten støtte og har en tendens til å bevege seg nedover på grunn av tyngdekraften. En likevektstilstand kan opprettholdes hvis den indre motstanden i jorda er stor nok til å motvirke denne tendensen, noe som også er mulig når den kuttede jorda består av sterkt skråstilte lag mot kuttet.
Fig. 5. Gliding av terreng på grunn av skjæring i lagdelt jord
Men hvis lag med ugjennomtrengelig og permeabel jord skjæres vekselvis (fig. 5), er det en mulighet for utvasking av den permeable jorda og fukting av den ugjennomtrengelige jorda, hvorpå det kan oppstå utglidning.
Jordinhomogenitet
Tynne lag med ugjennomtrengelig materiale i en voll laget av permeabel jord, de såkalte leirlinsene (fig. 6), kan også forårsake utglidning dersom en stor mengde vann når dem og danner en glidende overflate.
Fig. 6. Tilfelle av fyllingsglidning på grunn av inhomogen sammensetning
Effekt av frost
Under påvirkning av frost samler det seg vann i overflatelaget i form av islinser. Under tining blir islinsene til vann, som overmetter jorda til dybden av frostpåvirkning, som et resultat av at den blir en flytende masse og mister sin stabilitet.
Dette tilfellet forekommer bare i frostfarlig jord og med lengre frostvarighet, fordi det tar mye tid for dannelsen av islinser.
Senking av grunnvannsnivå
Når grunnvannstanden senkes permanent, for eksempel på grunn av arbeid i grunnen, tørker jorda ut og hvis det er leire som har stor svelling, oppstår det sprekker. Større mengder overflatevann og atmosfærisk vann kommer inn i dem, fukter jorda og reduserer dens indre motstand, noe som også kan føre til jordskred.
Det er også mange andre tilfeller av terrengglidning, så det kan vurderes at enhver sammenhengende jord under visse omstendigheter kan miste sin indre motstand i større eller mindre grad og under påvirkning av ytre krefter settes i bevegelse.
Inkoherent jord er stabil så lenge helningsvinkelen til skråningen er mindre enn vinkelen for indre friksjon til jorda. Med denne typen jord skjer glidning bare hvis skråningsvinkelen er større enn vinkelen på indre friksjon. Men hvis en voll er laget av ubundet materiale på leirholdig jord, kan den leirholdige jorda gli og fyllingen kollapse, og det er nødvendig å kontrollere stabiliteten.
Tester stabiliteten til jordskråninger
Glideflateform
Betingelsen for balanse mellom ytre krefter og indre jordmotstand ble satt av Coulomb med ligningen hans
τ ≤ c + σ tgϕ
hvor τ er jordskjærspenningen, c er kohesjonen, σ er normalspenningen på glideoverflaten, ϕ er vinkelen på indre friksjon.
Hvis jordas indre motstand, kohesjon c og friksjon σ tgϕ ikke er tilstrekkelig til å motvirke skjærspenningen i jorda, skjer det glidning på en glidende overflate inne i jorda. Det finnes ulike former for glideflater, som avhenger av jordas fysiske egenskaper, lagdeling, fuktighet, ytre belastning og andre faktorer.
Følgende typiske glidekasser varierer i henhold til posisjon:
Fig. 7. Typiske tilfeller av skred
a) Gliding av de vertikale sidene av kuttet. Ved kanaler for vannforsyning, avløp etc. som er gravd med vertikale sider (fig. 7a), dersom den kritiske høyden hc, som avhenger av jordas fysiske egenskaper, overskrides, oppstår glidning på overflaten ADC. Disse utglidningene er vanligvis ikke langs hele lengden av kanalen, men er lokalisert, noe som forklares av den ujevne skjærstyrken til jorda.
b) Delvis skråningsglidning (fig. 7b). Disse utglidningene oppstår ofte om våren på jernbane- og veiskjæringer og er et resultat av overmetning av jorda med vann.
c) Slåningsglidning om natten (fig. 7c). Det er glidningen av hele skråningen av kuttet eller vollen til benet C.
d) Shell glir under føttene (fig. 7d). Det er glidningen av hele skråningen av skjæringen eller vollen og jorda under foten. Dette raset kalles også undergrunnsbrudd eller svensk brudd, etter svenskene som først beskrev det.
Når det gjelder formen på glideflaten, kan det bare hevdes at glideflaten i bundet jord ikke er rett, men at det er en buet overflate. Enkelte forfattere bruker en sirkelbue (Fellenius), en logaritmisk spiral (Rendulić) eller en kombinasjon av disse buede linjene (Brinch Hansen) som formen på glideflaten.
Effekt av vannfiltrering på skråningsstabilitet
Hvis det er eksternt vann foran skråningen med nivået N1 (fig.8), oppstår vannføring i jorda bak skråningen, noe som forårsaker indre vanntrykk i porene, som et resultat av at friksjonen mellom faste partikler avtar og skjærspenningen i jorda øker.
Hvis nivået er N1 av vann foran skråningen en konstant, vannsøyle H*γW forårsaker vanntrykk i jordporene, noe som reduserer friksjonen mellom faste partikler, som fører til at faren for skråningsglidning øker. Men når nivået er N1 konstant, presser trykket i vannsøylen H*γW de faste partiklene mot det indre av jorda, på grunn av dette reduseres faren for skråningsglidning til en viss grad. I dette tilfellet, ved konstant vannstand N1 foran skråningen er det fare for utglidning av nedstrømskråningen, fordi effekten av vannfiltrering i jorda fører til at faste partikler skyves i retning av nedstrømskråningens ytre side.
Sl.8. Effekten av filtrering på stabiliteten til jordskråningen
Hvis den ytre vannstanden synker kraftig fra N-nivået1 på N2 da er stabiliteten til oppstrømskråningen truet. I dette tilfellet strømmer det indre porevannet mot yttersiden av oppstrømskråningen, og skyver de faste partiklene mot den siden.
På grunn av alt dette, hvis jordskråningen er nedsenket i vann, bør effekten av vannfiltrering også tas i betraktning ved testing av stabiliteten til skråningen.
Effekten av vannfiltrering i jorda avhenger av flere faktorer, hvorav de viktigste er permeabiliteten til jorda, hydrostatisk trykk av det ytre vannet, nedgangen i den ytre vannstanden og jordens homogenitet.
Hvis vi antar at vollen i fig. 8 med homogen isotrop masse, under påvirkning av hydrostatisk trykk av eksternt vann på nivå N1, vil vann strømme inn i fyllingens porer i retning nedstrøms skråningen, hvorved nivået av grunnvann i vollen vil avta med lengden på veien som kjøres. Hvis vi introduserer piezometerrør AA’, BB’ og CC’ inn i vollen (fig. 9), vil porevannet under påvirkning av hydrostatisk trykk komme inn i disse rørene og stige til nivået N1, som kan være likt i alle rør, dersom punktene B_A er valgt i høyden B_A og C_B_A. i rørene er h1, h2 og h3.
Fig. 9. Ekvipotensial og strømlinjer
Hvis vi betegner med h høyden av vannstanden N1 i forhold til et vilkårlig valgt plan O-O, så er potensialet h for alle 3 punktene, A, B og C det samme. Linjen som forbinder disse tre punktene er ekvipotensiallinjen. Grunnvann i jorda kan ikke strømme langs den linjen, men bare i retning av punkter med lavere potensial.
På lignende måte kan vi velge i samme masse punktene D, E og F med et lavere potensial h ― Δh. Linjen som forbinder disse tre punktene er ekvipotensiallinjen for potensiell h ― Δh. Vannstrøm fra punkt A av ekvipotensiallinjen ABC til et eller annet uendelig nært punkt D av ekvipotensiallinjen DEF vil eksistere i retning av det største i det minste hydrauliske fallet i._imax. Δlmin = AD. Dette betyr at linjen AD som vannet strømmer langs er vinkelrett på begge ekvipotensiallinjene, fordi
imax = Δh / Δlmin
hvor Δlmin er normal til begge ekvipotensiallinjene. Disse normalene til ekvipotensiallinjene er retningene til vannstrømmen i den permeable massen og kalles strømlinjer. Fellesskapet av ekvipotensial- og strømlinjer, gjensidig vinkelrett på hverandre, danner et strømningsnettverk.
Flownettverk har forskjellige former i henhold til massepermeabilitet. Det vanligste tilfellet er en voll laget av permeabel masse på ugjennomtrengelig jord, dvs. på jord som kan gjøres ugjennomtrengelig (fig. 10). I dette tilfellet, hvis den ytre vannstanden er konstant, er strømlinjene i deres midtre del av parablen.
Fig. 10. Flownettverk i en permeabel voll på ugjennomtrengelig jord
Ved oppstrømskråningen forbinder parablene seg med linjene vinkelrett på skråningen, som representerer ekvipotensiallinjen, fordi på et konstant nivå N1 strømmer ikke vann nedover skråningen. Med nedstrømskråningen ender parablene tangentielt til skråningen, som verken er en ekvipotensiallinje eller en strømlinje. Overflaten til den ugjennomtrengelige jorda under vollen er en strømlinje, fordi vannet i bunnen av vollen renner parallelt med denne overflaten. I den øvre delen ender strømningsnettverket med en grunnleggende parabel kalt sivlinjen, som representerer grensen til jorda under påvirkning av filtrering. Under denne grensen er jorda under påvirkning av filtrering på grunn av det hydrostatiske trykket til det ytre vannet H*γW, mens det ikke er noen filtrering i jorda over det. Siverlinjen kalles også metningslinjen, siden det antas at jorden under den er fullstendig mettet med vann, mens den over den er delvis mettet.
Faktisk helningsvurdering må inkludere undersøkelse, lagdeling, styrkeparametere, grunn- og overflatevann, nivåendringer, drenering, seismikk, utgravings- eller fyllingsfaser, tilstøtende strukturer og midlertidige forhold. Utgraving uten forsvarlig beskyttelse og å gå inn i sonen for mulig skred er ikke trygt basert på den generelle teksten eller formen på selve skråningen.