మట్టిలో ఘర్షణ మరియు కోహేషన్

బంధిత మట్టిలో ఒక సిలిండర్‌ను కత్తిరించి, దానిపై సాధారణ పీడనం P (ఫిగ్. 1) ప్రభావంలో ఉంచితే, సిలిండర్‌లో కొత్త ఒత్తిళ్లు ఏర్పడతాయి, అవి నిలువు పీడన ఒత్తిడి σ మరియు అడ్డ కత్తిరింపు ఒత్తిడి . పీడనం P ను క్రమంగా పెంచితే, కొంత సమయం తరువాత సిలిండర్‌పై ఒరుగు పగుళ్లు కనిపిస్తాయి, ఆ వెంటనే సిలిండర్ విరుగుతుంది. విరిగే క్షణంలో సిలిండర్ P పీడనం ప్రభావంతో మరియు అత్యల్ప ప్రతిఘటన గల కత్తిరింపు సమతల N-N వెంట జారిపోతుంది.

చిత్రం 1. సహసంబంధిత మట్టి నుండి తీసిన సిలిండర్‌పై పీడన ప్రభావం

విరిగే క్షణంలో ఘనకం P బల చర్యకు వ్యతిరేకంగా ఇచ్చిన నేల ప్రతిఘటనను నేల యొక్క షీర్ ప్రతిఘటన అంటారు, మరియు సమతలానికి అత్యల్ప ప్రతిఘటన ఉన్న తలపు యొక్క ఢోంగు కోణం α ను నేల యొక్క అత్యల్ప షీర్ ప్రతిఘటన తలపు కోణం అంటారు.

బంధిత నేల యొక్క కత్తిరింపు ప్రతిఘటన రెండు మూల ప్రతిఘటనలతో ఏర్పడుతుంది: ఘన కణాల మధ్య అంతర్గత ఘర్షణ మరియు ఘన కణాలను బంధించే కోహేషన్. నేల యొక్క కత్తిరింపు బలం విరుగు సమయంలో కనిపించే గరిష్ఠ కత్తిరింపు ఒత్తిడికి సమానమని పరిగణించి, దానిని సమీకరణ ద్వారా వ్యక్తీకరిస్తారు

τf = c + σ tg_φ_

ఇక్కడ: τf మట్టியின் కత్తిరింపు బలం [kp/cm2],

c మట్టి యొక్క సహజ ఐక్యత [kp/cm3],

σ నేల యొక్క సాధారణ ఒత్తిడి [kp/cm3],

φ మట్టியின் అంతర్గత ఘర్షణ కోణం.

పై సూత్రాన్ని ఫ్రెంచ్ వ్యక్తి Coulomb 1785. సంవత్సరంలో ప్రతిపాదించాడు. ఈ సూత్రం ప్రకారం, ఒక నిర్దిష్ట మట్టికి సమైక్యత c స్థిరంగా ఉంటుంది మరియు సాధారణ పీడనానికి స్వతంత్రంగా ఉంటుంది, కాగా ఘర్షణ ప్రతిఘటన σ tg_ϕ_ ఒత్తిడి σ కు నేరుగా అనుపాతంగా ఉంటుంది. వాస్తవానికి, సమైక్యత e ఒక నిర్దిష్ట మట్టికి స్థిరంగా ఉండదు; అది కూడా కొంతవరకు సాధారణ ఒత్తిడి _σ_పై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఎందుకంటే ఆ పీడన ప్రభావంతో ఘన కణాలను చుట్టుముట్టే నీటి పలుచని పొర మందం తగ్గి, దాంతో సమైక్యత పెరుగుతుంది. Coulomb సూత్రం పారగమ్య మట్టులకు వర్తిస్తుంది, వాటిలో సాధారణ పీడన ప్రభావంతో రంధ్రాల నీరు ప్రతిఘటన లేకుండా బయటకు వెళ్లిపోతుంది; ఇది గ్రావెల్ మరియు ఇసుక మట్టుల సందర్భం, కానీ బంధిత మట్టి సందర్భం కాదు, ఎందుకంటే అది తక్కువగా పారగమ్యంగా ఉంటుంది, అందువల్ల రంధ్రాల నీరు కష్టంగా బయటకు వెళ్లి, లోడ్ P ప్రభావంలో ఒత్తిడిగల రంధ్ర నీటిగా మిగులుతుంది.

మట్టిలో ప్రభావవంతమైన మరియు తటస్థ ఒత్తిడులు

చిత్రం 2. నేలలో ప్రభావవంతమైన మరియు తటస్థ ఒత్తిడి

ఒక పాత్ర అడుగున నేల నమూనాను, ఉదాహరణకు పొడి ఇసుకను, ఉంచి, దానిపై W బరువున్న సీసపు గుళికల వంటి ఏదో బరువును పెట్టి లోడ్ చేస్తే, ఆ బరువు యొక్క మొత్తం లోడును నేల యొక్క ఘన కణాలు స్వీకరిస్తాయి. నమూనా ఉపరితలంపై నిర్దిష్ట పీడనం p0 = W/A kp/cm3 లో, ఇక్కడ A నమూనా విభాగ విస్తీర్ణం, నమూనా కుదింపును, అంటే దాని రంధ్రత్వం తగ్గడాన్ని కలిగిస్తుంది; అలాగే షీర్ బలం పెరగడం, compressibility modulus పెరగడం వంటి ఇతర భౌతిక లక్షణాల్లో మార్పులను కూడా కలిగిస్తుంది. కణాల మధ్య సంపర్క ఉపరితలాలపై పనిచేసే పీడనాన్ని ప్రభావిత లేదా అంతర్గ్రాన్యులర్ పీడనం σ’ అని అంటారు. సంకలనము (consolidation) సాధించినప్పుడు, అంటే p0 లోడ్ క్రింద నమూనా ఇక కుదరడం ఆగినప్పుడు, ప్రభావిత పీడనం పరిశీలిస్తున్న లోతులో ఉన్న మొత్తం నిర్దిష్ట పీడనానికి సమానం అవుతుంది. ఈ సందర్భంలో, చిత్రం 2 లో నమూనా ఉపరితలం కింద లోతులో σ’ = W/A + hzγ కాగా γ నమూనా యొక్క పరిమాణ బరువు.

అయితే, పాత్రలోని నమూనాను సీసపు తుక్కల బదులుగా నీటితో h ఎత్తు వరకు భర్తీ చేస్తే, మరియు అది నమూనా యొక్క అన్ని రంధ్రాలను నింపితే, నమూనాపై ఉన్న నీటి నిలువు పీడనం hγw — ఇక్కడ γw నీటి ఘనభారం — నమూనా కూర్చోవడాన్ని, దాని రంధ్రాలతను తగ్గించడాన్ని, లేదా దాని షీర్ బలం మరియు సంకోచ గుణాంకాన్ని పెంచడాన్ని కలిగించదు. అందువల్ల హైడ్రోస్టాటిక్ పీడనం hγw ను న్యూట్రల్ పీడనం అంటారు. u గా సూచించే న్యూట్రల్ పీడనం నమూనా ద్వారా అన్ని దిశలలో సమాన తీవ్రతతో ప్రసారమవుతుంది. నీటికి స్వతహాగా ఎటువంటి షీర్ బలం లేకపోవడం వల్ల ఈ పీడనం షీర్ బలం పెరుగుదలకు కారణం కాదు.

అందువల్ల ప్రభావకర పీడనం σ’ మట్టి యొక్క ఘన కణాల మధ్య ఉన్న సంపర్క ఉపరితలాల ద్వారా ప్రసారమవుతుంది, కాగా న్యూట్రల్ పీడనం u రంధ్రాలలోని నీటి ద్వారా ప్రసారమవుతుంది. పాత్ర యొక్క దిగువ భాగం సంతృప్త మట్టి నమూనాతో నిండి ఉండి, దాని ఘనపరిమాణ బరువు γz కాగా, నమూనా ఉపరితలం పైన N స్థాయి వరకు ఉన్న భాగం ఘనపరిమాణ బరువు γw గల నీటితో నిండి ఉంటే, అప్పుడు నమూనాలోని ఏదైనా బిందువులో మొత్తం పీడనం σ σ = σ’ + u. గా ఉంటుంది.

hz లోతులో, నమూనా ఉపరితల కింద సమర్థ పీడనం σ = σ’ - u గా ఉంటుంది

ఇక్కడ σ = h γw + h γz

               u = (h + hz) γw.

కాబట్టి σ’ = hz γ’ ఉంటుంది

γ’ అనేది నీటిలో మునిగిన మట్టికి వాల్యూమ్ బరువు.

మట్టిలో షియర్ బలానికి సాధారణ సమీకరణ

సమిష్ట మట్టిపై P భారాన్ని వేస్తే, ఆ భారం మట్టికి సేద్యాన్ని కలిగిస్తుంది, మరియు మొదట దాని ప్రభావం వల్ల రంధ్రాలలోని గాలి బలవంతంగా బయటకు వెళుతుంది, కాబట్టి త్వరలో రంధ్రాల్లో నీరు మాత్రమే మిగులుతుంది. సమిష్ట మట్టిలో నీటి పారగమ్యత తక్కువగా ఉండటంవల్ల నీరు వెంటనే బయటకు వెళ్లలేకపోవడంతో, అది రంధ్రాల్లో ఒత్తిడిగల నీరుగా మిగిలి, ప్రారంభంలో మొత్తం బాహ్య భారం P ను స్వీకరిస్తుంది. తరువాతి కాలంలో, P భారం ప్రభావంతో రంధ్రాల నుండి నీరు బయటకు రావడం ప్రారంభమై, ఘన కణాల సమీపీకరణ జరుగుతుంది; అవి ఇప్పుడు P భారం的一భాగాన్ని స్వీకరిస్తాయి. అప్పుడు τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ ఇక్కడ σ అనేది P భారం వల్ల కలిగే మొత్తం పీడనం, u అనేది రంధ్రజల పీడనం.

రంధ్ర నీటి పీడనం అనేక అంశాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఉదాహరణకు సమీకరణ యొక్క కాల ప్రవాహం, మట్టిలోని పారదర్శకత, మట్టి లోడ్ పరిమాణం మొదలైనవి. మట్టির కత్తిరింపు బలం రంధ్ర నీటి పీడనంపై ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు అది u=0 వద్ద అత్యధికంగా ఉంటుంది, అప్పుడు మట్టి సమీకరణ జరుగుతుంది.

మట్టి యొక్క కొలాయిడల్ క్రియాశీలత

మట్టిలోని అంతర్గత ప్రతిఘటన అంశాలు సంయోగబలం మరియు ఘర్షణ వేర్వేరుగా ఉండవచ్చు, మరియు అవి మట్టి ఘన కణాల పరిమాణం మరియు దాని ప్లాస్టిక్ లక్షణాలపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటాయి. సుబంధ మట్టి యొక్క అంతర్గత ఘర్షణ ప్రతిఘటనతో పోల్చినప్పుడు సంయోగబలం ప్రభావాన్ని నిర్ణయించడానికి, స్కెంప్టన్ మట్టి యొక్క కొలాయిడ్ కార్యకలాపం అనే భావన _K_Pను ప్రవేశపెట్టాడు, ఇది మొత్తం ద్రవ్యరాశి బరువులో శాతం రూపంలో 0,002 mm కంటే చిన్న కణాల పరిమాణంతో ప్లాస్టిసిటీ సూచిక IP నిష్పత్తిగా చూపబడుతుంది. ఇందులో క్రింది ప్రమాణం స్వీకరించబడింది (చిత్రం 3):

చిత్రం 3. మట్టిలో కొలోయిడ్ చర్య

KP < 0,75 అయితే క్రియాహీన మట్టులు,

KP = 0,75 – 1,25కు సాధారణ మట్టికలు,

Kp > 1,25 సక్రియ మట్టి కోసం.

KP పెరిగేకొద్దీ, సహజ మట్టిలో అంతర్గత ఘర్షణతో పోల్చినప్పుడు సంయోజకత ప్రభావం పెరుగుతుంది.

మట్టിയുടെ సున్నితత్వం

ఒక సమగ్రమైన నేలలో 3—3,4 cm వ్యాసం ~ 5 cm ఉన్న ఒక సిలిండర్‌ను తీసి, దానిపై సాధారణ లోడును పెడితే, సిలిండర్ విరిగే క్షణంలో మేము అటు చెడిపోని స్థితిలోని నేల యొక్క సంకోచ బలాన్ని σ__ₙ: గా పొందుతాము

σn = P/A kp/cm2 లో,

ఇక్కడ A అనేది సిలిండర్ యొక్క అడ్డ విభాగం.

పరీక్ష ముగిసిన తర్వాత పగిలిన నమూనాను తీసివేసి, అదే సిలిండర్-మోల్డ్‌ను ఉపయోగించి, అదే కొలతలతో మరోసారి సిలిండర్ తయారు చేస్తాం; అయితే దాని తేమ మునుపటి పరీక్షలో ఉన్నట్లే ఉండాలి. ఆ తర్వాత, తయారైన వెంటనే ఆ మళ్లీ ముద్ద చేసిన సిలిండర్‌తో పరీక్షను పునరావృతం చేస్తారు, తద్వారా దెబ్బతిన్న స్థితిలో మట్టి యొక్క పీడన బలం σ__ₚ. పొందబడుతుంది.

సున్నితత్వం (sensitivitet) S__ₜ అనేది అశాంతి లేని స్థితిలోని పీడన బలం మరియు అశాంత స్థితిలోని పీడన బలం మధ్య నిష్పత్తి: St = σn/σp,

ఒక ప్రమాణం ప్రకారం S__ₜ సున్నితత్వాన్ని ఈ విధంగా అంచనా వేస్తారు:

• ₜ = 1 — 2 వద్ద మట్టి సున్నితత్వం తక్కువగా ఉంటుంది,
• కు S__ₜ = 2 — 4 వద్ద మట్టి యొక్క మధ్యమ సున్నితత్వం ఉంటుంది,
• కు S__ₜ = 4 — 8 వద్ద మట్టికి అధిక సున్నితత్వం ఉంది,
• కు S__ₜ > 8 ఉంటే అది అత్యంత సున్నితమైన మట్టి.

ప్రకృతిలో యాంత్రిక ప్రభావం, ఉదాహరణకు భూకంపం, కారణంగా మట్టియుకల నేల ఒక్కసారిగా తన దృఢత్వాన్ని కోల్పోయి, తరువాత స్థిర స్థితిలో మళ్లీ దానిని పొందుతుంది. ఈ లక్షణాన్ని మట్టి యొక్క థిక్సోట్రోపీ అంటారు. అనేక మట్టుల్లో కొంతవరకు థిక్సోట్రోపిక్ లక్షణాలు ఉంటాయి. నార్వే, స్వీడన్ మరియు ఫిన్‌లాండ్‌లలో థిక్సోట్రోపిక్ మట్టి బయటకు రావడం వల్ల తవ్వకాల వాలుదొంతరాలు జారిన ఉదాహరణలు తెలుసు; అక్కడ పరిశీలన ద్వారా ఈ ప్రక్రియలో మట్టి తేమలో మార్పు లేకపోయిందని, అంటే బయటకు రావడానికి ముందు మరియు తర్వాత మట్టి తేమ స్థిరంగా ఉందని నిర్ధారించబడింది.