Kung sa nakabigkis na lupa ay puputulin natin ang isang silindro at ilalagay natin ito sa ilalim ng normal na presyur na P (lar. 1), lilitaw sa silindro ang mga bagong stress, ibig sabihin, ang patayong stress ng presyur na σ at ang pahalang na stress ng shear . Kung unti-unti nating pinapataas ang presyur na P, pagkatapos ng ilang panahon lilitaw sa silindro ang pahilis na mga bitak, at kaagad pagkatapos nito ay magaganap ang pagkaputol ng silindro. Sa sandali ng pagkasira, ang silindro ay naigupit sa ilalim ng pagkilos ng presyur na P at ayon sa shear plane ng pinakamababang resistensya na N-N.
Lar. 1. Epekto ng presyon sa silindrong kinuha mula sa kohorenteng lupa
Ang resistensiya ng lupa na iniaalok ng silindro laban sa epekto ng puwersang P sa sandali ng pagkaputol ay tinatawag na resistensiya sa paggugupit ng lupa, at ang anggulong α ng pagkahilig ng eroplano ng pinakamaliit na resistensiya sa horizontal ay tinatawag na anggulo ng eroplano ng pinakamaliit na resistensiya sa paggugupit ng lupa.
Ang paglaban sa paggugupit ng nakabigkis na lupa ay binubuo ng dalawang saligang paglaban: panloob na alitan sa pagitan ng mga solidong partikulo at ng kohesiyong nag-uugnay sa mga solidong partikulo. Ang lakas sa paggugupit ng lupa ay itinuturing na katumbas ng pinakamataas na tensyon sa paggugupit sa sandali ng pagkaputol at ipinapahayag sa pamamagitan ng ekwasyon
τf = c + σ tg_φ_
kung saan: τf ay ang lakas sa paggugupit ng lupa [kp/cm2],
c kohesyon ng lupa [kp/cm3],
σ normal na tensyon ng lupa [kp/cm3],
φ anggulo ng panloob na alitan ng lupa.
Ang nasa itaas na pormula ay ibinigay ng Pranses na si Coulomb 1785. taon. Ayon sa pormulang ito, para sa ibinigay na lupa ang pagkakakapit c ay pare-pareho at independiyente sa normal na presyon, samantalang ang resistensya sa alitan σ tg_ϕ_ ay tuwirang proporsyonal sa stress σ. Sa katotohanan, ang pagkakakapit e ay hindi pare-pareho para sa ibinigay na lupa, kundi hanggang sa ilang antas ay nakadepende rin ito sa normal na stress σ, sapagkat sa bisa ng presyur na iyon ay nababawasan ang kapal ng patong ng tubig na bumabalot sa matitigas na partikulo at dahil dito ay tumataas ang pagkakakapit. Ang pormula ni Coulomb ay wasto para sa mga permeableng lupa, kung saan sa bisa ng normal na presyur ang tubig sa mga pore ay napipiga nang walang resistensya, na siyang kalagayan ng mabato at mabuhanging lupa, ngunit hindi ito ang kaso ng magkakabit na lupa, na bahagyang permeable, kaya ang tubig sa mga pore ay mahirap mapiga at nananatiling gaya ng nakapuwersang porang tubig sa ilalim ng pagkilos ng kargang P.
Epektibo at neutral na mga stress sa lupa
Lar. 2. Epektibo at neutral na tensyon sa lupa
Kung sa ilalim ng isang sisidlan ay maglagay tayo ng halimbawa ng sample ng lupa, tulad ng tuyong buhangin, at lalagyan ito ng bigat, halimbawa tingga na bala na may bigat na W, ang buong kargang ito ay tatanggapin ng mga matitibay na partikulo ng lupa. Ang espesipikong presyon sa ibabaw ng sample na p0 = W/A sa kp/cm3, kung saan ang A ay ang lawak ng hiwa ng sample, ay magdudulot ng pag-upo ng sample, ibig sabihin ay pagbawas ng porosidad nito, ngunit magdudulot din ito ng mga pagbabago sa iba pang pisikal na katangian ng sample gaya ng pagtaas ng lakas sa paggugupit, pagtaas ng modulus ng pagkapiga, at iba pa. Ang presyong umiiral sa mga pinagdidiit na ibabaw ng mga partikulo ay tinatawag na epektibo o intergranular na presyon σ’. Kapag naabot ang konsolidasyon, ibig sabihin kapag ang sample ay tumigil nang lumubog sa ilalim ng kargang p0, ang epektibong presyon ay katumbas ng kabuuang espesipikong presyon na umiiral sa lalim kung saan sinusuri ang lupa. Sa kasong ito, sa lalim sa ilalim ng ibabaw ng sample sa fig. 2 σ’ = W/A + hzγ kung saan ang γ ay ang bigat na pampal at ng sample.
Gayunman, kung ang sample sa sisidlan ay papalitan ng tubig hanggang sa taas na h sa halip na lead shot, at napuno nito ang lahat ng mga pore ng sample, ang presyon ng haligi ng tubig sa ibabaw ng sample na hγw, kung saan ang γw ay ang bigat na volumetriko ng tubig, ay hindi magdudulot ng pag-upo ng sample at pagbawas ng porosidad nito ni magpapalaki sa lakas nito sa paggugupit at sa modulus ng pagliit. Dahil dito, ang hidrostatikong presyong hγw ay tinatawag na neutral na presyon. Ang neutral na presyon na tinutukoy ng u ay naipapasa sa pamamagitan ng sample sa lahat ng direksiyon nang may parehong tindi. Ang presyong ito ay hindi magdudulot ng pagtaas ng lakas sa paggugupit, sapagkat ang tubig mismo ay walang anumang lakas sa paggugupit.
Samakatwid, ang efektibong presyon σ’ ay naipapasa sa pamamagitan ng mga ibabaw ng pagkakadikit sa pagitan ng mga solidong partikulo ng lupa, samantalang ang neutral na presyon u ay naipapasa sa pamamagitan ng tubig sa mga pore. Kung ang ibabang bahagi ng sisidlan ay punô ng puspos na sample ng lupa na ang bigat sa bawat yunit ng bolyum ay γz, at sa itaas ng ibabaw ng sample hanggang sa antas N ang sisidlan ay punô ng tubig na ang bigat sa bawat yunit ng bolyum ay γw, kung gayon ang kabuuang presyon σ sa anumang punto ng sample ay magiging σ = σ’ + u.
Sa lalim na hz, sa ilalim ng ibabaw ng sampol, ang epektibong presyon ay magiging σ = σ’ - u
kung saan ang σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Samakatuwid, σ’ = hz γ’
γ’ ay ang bigat ng yunit ng lupang nakalubog sa tubig.
Pangkalahatang ekwasyon ng lakas sa paggugupit ng lupa
Kung lalagyan natin ng kargang P ang isang nakakabit na lupa, ang kargang ito ay magdudulot ng pag-upo ng lupa at una sa lahat ay mapapalabas ang hangin mula sa mga pore, kaya sa lalong madaling panahon ay tubig na lamang ang matitira sa mga pore. Dahil sa mababang pagkamatagusin ng tubig ng nakakabit na lupa, hindi agad mapapalabas ang tubig, kaya nananatili ito bilang nakapuwersang tubig sa mga pore at sa simula ay tinatanggap ang buong panlabas na kargang P. Sa paglipas ng panahon, sa ilalim ng impluwensiya ng kargang P ay nagsisimulang mailabas ang tubig mula sa mga pore at nagkakaroon ng pagdikit-dikit ng matatigas na butil, na ngayon ay tumatanggap ng isang bahagi ng kargang P. Kung gayon, mayroon tayong τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ kung saan ang σ ay ang kabuuang presyon mula sa kargang P, at ang u ay ang presyon ng pore water.
Ang presyon ng pore water u ay nakadepende sa ilang salik, tulad ng panahon ng konsolidasyon, pagdaan ng tubig sa lupa, laki ng kargang inilalagay sa lupa, atbp. Ang lakas sa paggugupit ng lupa ay nakadepende sa presyon ng pore water at ito ay pinakamalaki para sa u=0, kapag nagaganap ang konsolidasyon ng lupa.
Koloidal na aktibidad ng lupa
Ang mga elemento ng panloob na resistensiya ng lupa kohesyon at alitan ay maaaring magkaiba at sa malaking antas ay nakasalalay sa kaputian ng mga solidong butil ng lupa at sa mga katangiang plastiko nito. Upang matukoy ang impluwensiya ng kohesyon kaugnay ng resistensiya ng panloob na alitan ng magkakaugnay na lupa, ipinakilala ni Skempton ang konsepto ng koloidal na aktibidad ng lupa _K_P, na inilalarawan ng ugnayan ng indeks ng plastisidad IP sa dami ng mga butil na mas maliit sa 0,002 mm sa % ng bigat ng buong masa. Sa gayon ay pinagtibay ang sumusunod na pamantayan (sl. 3):
Lar. 3. Koloidal na aktibidad ng lupa
Para sa KP < 0,75 ay hindi aktibo ang mga luwad,
para sa KP = 0,75 – 1,25 ay mga normal na luad,
para sa Kp > 1,25 aktibong luwad.
Habang tumataas ang KP, tumataas ang impluwensiya ng kohesyon kaugnay ng panloob na alitan ng kohesibong lupa.
Sensitibidad ng lupa
Kung sa magkakaugnay na lupa ay kukuha tayo ng silindrong may diyametrong 3—3,4 cm at taas na ~ 5 cm at lalagyan ito ng normal na kargang, sa sandali ng pagkabali ng silindro ay makukuha natin ang lakas ng pagkapiga ng lupa sa hindi nababagong estado σ__ₙ:
σn = P/A sa kp/cm2,
kung saan ang A ay ang pahalang na sukat ng silindro.
Pagkatapos ng natapos na pagsusuri, ililipat natin ang nabasag na sampol at muling bubuuin ang silindro ng parehong mga sukat, gamit ang parehong silindro-kalip, sa kondisyon na ang halumigmig nito ay manatiling kapareho ng noong naunang pagsusuri. Pagkatapos, kaagad matapos mabuo ang minasang silindro, uulitin ang pagsusuri rito, upang makuha ang lakas sa pag-compress ng lupa sa nabagong kalagayan σ__ₚ.
Ang sensibilidad (sensitibidad) S__ₜ ay ang ugnayan ng lakas sa pagpisil sa hindi nabagong kalagayan sa lakas sa pagpisil sa nabagong kalagayan: St = σn/σp,
Ayon sa isang pamantayan, tinataya ang pagiging sensitibo S__ₜ sa sumusunod na paraan:
- para sa S__ₜ = 1 — 2 ay maliit na pagiging sensitibo ng luwad,
- para sa S__ₜ = 2 — 4 ay katamtamang sensitibidad ng luwad,
- para sa S__ₜ = 4 — 8 ay mataas ang pagiging sensitibo ng luwad,
- para sa S__ₜ > 8 ay labis na sensitibong luwad.
Sa kalikasan, nangyayari na dahil sa mekanikal na pagkilos, halimbawa ng lindol, ang luwad na lupa ay biglang nawawalan ng tigas, na pagkatapos ay muling nakukuha kapag nagpapahinga. Ang katangiang ito ay tinatawag na tiksotropiya ng lupa. Maraming luwad ang may tiksotropikong katangian sa ilang antas. Kilala ang mga kaso ng pagguho ng mga dalisdis ng hukay dahil sa pag-agos ng tiksotropikong luwad sa Norway, Sweden at Finland, kung saan napatunayang sa pagsusuri na walang pagbabago sa halumigmig ng luwad sa panahon ng prosesong ito, ibig sabihin, nanatiling pareho ang halumigmig ng luwad bago at pagkatapos ng pag-agos.