Katatagan ng mga slope ng lupa

Ang nilalaman ng eksperto sa archive at malubhang panganib: pinapanatili ng artikulo ang makasaysayang account ng katatagan ng slope, mga simbolo, mga formula at mga diagram mula sa orihinal na teksto. Ito ay hindi isang geotechnical study, excavation o embankment project, stability calculation, drainage plan, landslide assessment o work instructions. Ang isang hindi matatag na dalisdis ay maaaring biglang magbaon ng mga tao, mga gusali at mga kalsada; ang naobserbahang mga bitak, bulge, maulap na tubig, biglaang paghupa o pag-aalis ay dapat ituring na dahilan ng paglayo sa danger zone at kagyat na pagtatasa ng propesyonal.

Ngayon, ang Savo Kusić ay nakatuon sa mga bintanang kahoy, mga bintanang kahoy-aluminyo, pasadyang mga bintana, pinto at mga kahilingan para sa panipi. Ang artikulong ito ay nananatiling isang teknikal na archive at hindi kumakatawan sa isang alok ng geotechnical na disenyo, pangangasiwa o pagpapatupad ng mga gawaing lupa.

Para sa mga ginawang gawaing lupa tulad ng mga hiwa, pilapil at mga kanal, kung minsan ay gumuho ang mga huling slope. At ang isang likas na dalisdis, na walang mga artipisyal na gawa, ay maaaring gumalaw nang biglaan at may matinding puwersa o napakabagal. Ang mga phenomena na ito ay matagal nang paksa ng pag-aaral ng geological at geomechanical, na may layuning suriin ang katatagan mula sa mga pisikal na katangian ng lupa at mga kondisyon ng bawat indibidwal na kaso.

Mga sanhi ng paggalaw ng masa ng lupa

Ang kondisyon para sa katatagan ng anumang lupa, maging isang artipisyal na earthen object o natural na lupa, ay mayroong balanse sa pagitan ng panlabas na puwersa at panloob na pagtutol ng lupa. Ang mga panlabas na puwersa ay pangunahing ang sariling timbang ng lupa, na kadalasan ay ang tanging panlabas na puwersa, na sinusundan ng anumang iba pang panlabas na kargada na kumikilos sa dalisdis, permanente o gumagalaw. Ang panloob na pagtutol ay binubuo ng pagkakaisa at alitan sa nakatali na lupa, at tanging alitan sa hindi nakatali na lupa.

Fig. 1. Slope ng maluwag na pilapil ng lupa

Kung mapapansin natin ang isang pilapil na may taas na h na gawa sa ganap na maluwag na lupa, halimbawa tuyong siksik na buhangin, matutukoy natin na ang slope ng dike na iyon ay nakahilig sa isang anggulo β sa pahalang (fig. 1). Ang laki ng anggulo β ay nakasalalay sa ilang mga kadahilanan tulad ng laki ng butil, hugis ng butil at compaction. Kung tataasan natin ang taas ng pilapil h sa h1, h2, atbp. na may parehong hindi nakatali na materyal ng parehong compaction, hindi magbabago ang anggulo β, mananatili ang slope ng embankment sa parehong slope hanggang sa walang limitasyong taas h. Para sa isang naibigay na maluwag na lupa, ang natural na anggulo ng slope β ay hindi nakasalalay sa taas ng slope h. Ang laki ng anggulo β para sa hindi nakatali na lupa ay nakasalalay sa anggulo ng panloob na alitan ng lupa φ at ipinapalagay na bahagyang mas maliit kaysa dito, o katumbas nito, β ≤ φ.

Fig. 2. Pagputol ng dalisdis sa nakagapos na lupa

Kung titingnan natin ang isang hiwa na ginawa sa nakagapos na lupa, makikita natin na ang slope ng hiwa ay pinananatili sa ilalim ng mas malakas na slope1:m, i.e. sa isang mas malaking anggulo β dahil sa katotohanan na ang panloob na paglaban ng nakagapos na lupa ay nadagdagan ng pagkakaisa, na hindi umiiral sa tuyong buhangin (fig.2). Sa ilang uri ng lupa, tulad ng tuyong loess, maaaring mapataas ng pagkakaisa ang panloob na paglaban sa isang lawak na ang lupa ay maaaring hawakan na may patayong gupit na gilid, ibig sabihin, sa isang anggulo β =90°. Gayunpaman, kung dagdagan natin ang taas ng pagputol h sa nakatali na lupa sa h1, h2 atbp., ang anggulo ng inclination ng bevel ng cut β ay dapat bawasan upang mapanatili ang bevel sa katatagan. Para sa bawat slope angle β ng slope ng hiwa sa isang ibinigay na bounded na lupa mayroong isang kritikal na taas hc. Kung lalampas tayo sa taas na ito, ang slope AB ay hindi mananatiling balanse at ito ay dumudulas sa isang sliding surface CD (fig.3). Ang pag-slide ay naganap dahil sa isang kaguluhan sa balanse sa pagitan ng panlabas na puwersa, ang sariling bigat ng masa ng lupa at ang panloob na paglaban, na hindi na sapat upang salungatin ang tumaas na panlabas na puwersa, i.e. sa tumaas na bigat ng masa ng lupa na dulot ng pagtaas ng taas ng slope h.

Sl.3. Slope ng hiwa sa cohesive na lupa

Mula sa itaas, sumusunod na ang anggulo ng natural na slope ng lupa ay hindi maaaring gamitin bilang isang pare-parehong halaga para sa ibinigay na lupa, dahil ang halaga nito sa ilalim ng lahat ng iba pang mga kondisyon ay nakasalalay sa taas ng slope at bumababa sa pagtaas ng taas na ito. Gayunpaman, madalas itong pinagtibay para sa mga slope ng maliliit na taas bilang isang pare-parehong halaga, depende sa anggulo ng panloob na alitan ng lupa φ.

Ang pagkagambala sa balanse ay maaari ding mangyari nang hindi tumataas ang taas ng hiwa h, halimbawa kapag bumababa ang panloob na resistensya ng lupa. Ang mga elemento ng panloob na pagtutol ng nakagapos na lupa, pagkakaisa at alitan, ay lubos na nagbabago at nakadepende sa dami ng tubig sa lupa. Samakatuwid, sa maraming mga kaso, ang sanhi ng pag-slide ay ang labis na saturation ng tubig na nakatali sa lupa, na maaaring maging napakahusay na ang lupa ay hindi na kayang suportahan ang sarili sa ilalim ng anumang slope, ngunit dumudulas dahil sa sarili nitong timbang.

Fig. 4. Pag-slide ng lupa dahil sa pagbuo ng mga sliding surface

May iba’t ibang kaso ng pag-slide ng lupa dahil sa pagbaba ng internal resistance, kung saan babanggitin natin dito ang ilang mga katangian.

Edukasyon ng mga sliding surface

Kung mayroong hindi natatagong layer ng clay sa isang slope sa ibaba ng surface layer ng permeable na lupa (fig. 4a), o kung may hilig na layer ng buhangin sa clay layer (fig. 4b), kung saan ang atmospheric o surface water ay maaaring dumaloy mula sa tubig mula sa ibabaw. mangyari. Ang isang mas malaking halaga ng tubig ay dumadaan sa permeable layer patungo sa clay layer, na malakas nitong binabasa, na binabawasan ang paglaban nito sa ibabaw, kung saan ang itaas na layer ay dumulas.

Pagkagambala ng balanse sa pamamagitan ng pagputol ng hiwa

Ang mga pagputol sa panahon ng pagtatayo ng mga riles at kalsada ay nakakaabala sa dating estado ng balanse, dahil sa cut profile ang lupa ay nananatiling walang suporta at may posibilidad na lumipat pababa dahil sa gravity. Ang isang estado ng equilibrium ay maaaring mapanatili kung ang panloob na resistensya ng lupa ay sapat na malaki upang kontrahin ang tendensiyang ito, na posible rin kapag ang pinutol na lupa ay binubuo ng malakas na hilig na mga layer patungo sa hiwa.

Fig. 5. Pag-slide ng lupain dahil sa pagputol sa layered na lupa

Gayunpaman, kung ang mga patong ng impermeable at permeable na lupa ay salit-salit na pinuputol (Fig. 5), may posibilidad ng pag-leaching ng permeable na lupa at pagkabasa ng impermeable na lupa, kung saan maaaring mangyari ang pagdulas.

Ang inhomogeneity ng lupa

Ang mga manipis na layer ng hindi natatagong materyal sa isang pilapil na gawa sa permeable na lupa, ang tinatawag na clay lenses (fig. 6), ay maaari ding maging sanhi ng pagkadulas kung ang malaking dami ng tubig ay umabot sa kanila at bumubuo ng isang sliding surface.

Fig. 6. Kaso ng embankment sliding dahil sa hindi homogenous na komposisyon

Epekto ng hamog na nagyelo

Sa ilalim ng epekto ng hamog na nagyelo, naiipon ang tubig sa ibabaw na layer sa anyo ng mga lente ng yelo. Sa panahon ng lasaw, ang mga lente ng yelo ay nagiging tubig, na nag-supersaturate sa lupa hanggang sa lalim ng pagkilos ng hamog na nagyelo, bilang resulta kung saan ito ay nagiging likidong masa at nawawala ang katatagan nito.

Ang kasong ito ay nangyayari lamang sa frost-delikadong lupa at may mas mahabang tagal ng hamog na nagyelo, dahil nangangailangan ng maraming oras para sa pagbuo ng mga lente ng yelo.

Pagbaba ng antas ng tubig sa lupa

Kapag ang antas ng tubig sa lupa ay permanenteng ibinaba, halimbawa dahil sa pagsasagawa ng trabaho sa lupa, ang lupa ay natutuyo at, kung ito ay luad na may malaking pamamaga, lilitaw ang mga bitak. Mas malaking dami ng tubig sa ibabaw at atmospera ang pumapasok sa kanila, na binabasa ang lupa at binabawasan ang panloob na resistensya nito, na maaari ring humantong sa pagguho ng lupa.

Mayroon ding maraming iba pang mga kaso ng pag-slide ng lupain, kaya maaari itong isaalang-alang na ang anumang magkakaugnay na lupa ay maaaring, sa ilalim ng ilang mga pangyayari, mawala ang panloob na pagtutol nito sa isang mas malaki o mas maliit na lawak at, sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na puwersa, ay maaaring kumilos.

Ang hindi magkakaugnay na lupa ay matatag hangga’t ang anggulo ng pagkahilig ng slope ay mas maliit kaysa sa anggulo ng panloob na friction ng lupa. Sa ganitong uri ng lupa, ang pag-slide ay nangyayari lamang kung ang anggulo ng slope ay mas malaki kaysa sa anggulo ng panloob na friction. Gayunpaman, kung ang pilapil ay gawa sa hindi nakatali na materyal sa luwad na lupa, maaaring dumulas ang luad na lupa at gumuho ang pilapil, at kinakailangang suriin ang katatagan.

Sinusubukan ang katatagan ng mga slope ng lupa

Sliding surface shape

Ang kondisyon ng balanse sa pagitan ng mga panlabas na puwersa at panloob na paglaban sa lupa ay itinakda ni Coulomb sa kanyang equation

τ ≤ c + σ tgϕ

kung saan ang τ ay ang soil shear stress, c ay ang cohesion, σ ay ang normal na stress sa sliding surface, ϕ ay ang anggulo ng internal friction.

Kung ang panloob na resistensya ng lupa, pagkakaisa c at friction σ tgϕ ay hindi sapat upang labanan ang shear stress ng lupa, ang pag-slide ay nangyayari sa isang sliding surface sa loob ng lupa. Mayroong iba’t ibang anyo ng mga sliding surface, na nakadepende sa pisikal na katangian ng lupa, stratification, humidity, external load at iba pang salik.

Ang mga sumusunod na tipikal na sliding case ay naiiba ayon sa posisyon:

Fig. 7. Mga karaniwang kaso ng pagguho ng lupa

a) Pag-slide ng mga patayong gilid ng hiwa. Sa kaso ng mga channel para sa suplay ng tubig, alkantarilya, atbp., na hinukay na may mga patayong gilid (fig. 7a), kung ang kritikal na taas hc, na depende sa pisikal na katangian ng lupa, ay lumampas, ang pag-slide sa ibabaw ADC ay nangyayari. Ang mga slip na ito ay karaniwang hindi kasama sa buong haba ng channel, ngunit naisalokal, na ipinaliwanag ng hindi pantay na lakas ng gupit ng lupa.

b) Mga bahagyang slope slip (fig. 7b). Ang mga dumulas na ito ay madalas na lumilitaw sa tagsibol sa mga pinagputulan ng riles at kalsada at resulta ng sobrang saturation ng lupa sa tubig.

c) Slope sliding sa gabi (fig. 7c). Ito ay ang pag-slide ng buong slope ng hiwa o pilapil sa binti C.

d) Slope sliding underfoot (Fig. 7d). Ito ay ang pag-slide ng buong slope ng pagputol o dike at ang lupa sa ilalim ng footing. Ang slide na ito ay tinatawag ding subgrade fracture o Swedish fracture, pagkatapos ng mga Swedes na unang inilarawan ito.

Tungkol sa hugis ng sliding surface, maaari lamang i-claim na ang sliding surface sa bound soil ay hindi tuwid, ngunit ito ay isang curved surface. Ang ilang mga may-akda ay gumagamit ng isang pabilog na arko (Fellenius), isang logarithmic spiral (Rendulić) o isang kumbinasyon ng mga kurbadong linyang ito (Brinch Hansen) bilang hugis ng sliding surface.

Epekto ng pagsasala ng tubig sa katatagan ng slope

Kung may panlabas na tubig sa harap ng slope na may antas na N1 (fig.8), ang daloy ng tubig ay nangyayari sa lupa sa likod ng slope, na nagiging sanhi ng panloob na presyon ng tubig sa mga pores, bilang isang resulta kung saan ang alitan sa pagitan ng mga solidong particle ay bumababa at ang paggugupit ng stress sa lupa ay tumataas.

Kung ang antas ay N1 ng tubig sa harap ng slope isang pare-pareho, haligi ng tubig H*γW ay nagdudulot ng presyon ng tubig sa mga pores ng lupa, na binabawasan ang alitan sa pagitan ng mga solidong particle, bilang isang resulta kung saan ang panganib ng slope sliding ay tumataas. Gayunpaman, kapag ang antas ay N1 pare-pareho, ang presyon ng haligi ng tubig H*γW ay nagtutulak sa mga solidong particle patungo sa loob ng lupa, dahil sa kung saan ang panganib ng slope sliding ay nabawasan sa ilang lawak. Sa kasong ito, sa pare-pareho ang antas ng tubig N1 sa harap ng slope, may panganib ng pag-slide ng downstream slope, dahil ang epekto ng water filtration sa lupa ay nagiging sanhi ng pagtulak ng solid particle sa direksyon ng panlabas na bahagi ng downstream slope.

Sl.8. Ang epekto ng pagsasala sa katatagan ng slope ng lupa

Kung ang panlabas na antas ng tubig ay bumaba nang husto mula sa antas ng N1 sa N2 pagkatapos ay nanganganib ang katatagan ng upstream slope. Sa kasong ito, ang panloob na pore water ay dumadaloy patungo sa panlabas na bahagi ng upstream slope, na itinutulak ang mga solidong particle patungo sa gilid na iyon.

Dahil sa lahat ng ito, kung ang slope ng lupa ay lumubog sa tubig, ang epekto ng pagsasala ng tubig ay dapat ding isaalang-alang kapag sinusuri ang katatagan ng slope.

Ang epekto ng pagsasala ng tubig sa lupa ay nakasalalay sa ilang mga kadahilanan, ang pinakamahalaga ay ang permeability ng lupa, hydrostatic pressure ng panlabas na tubig, rate ng pagbaba ng panlabas na lebel ng tubig at homogeneity ng lupa.

Kung ipagpalagay natin na ang pilapil sa fig. 8 ng homogenously isotropic mass, sa ilalim ng epekto ng hydrostatic pressure ng panlabas na tubig sa antas N1, ang tubig ay dadaloy sa mga pores ng dike sa direksyon ng downstream slope, kung saan ang antas ng tubig sa lupa sa dike ay bababa sa haba ng kalsadang nilakbay. Kung ipapasok namin ang mga tubo ng piezometer AA’, BB’ at CC’ sa pilapil (fig. 9), ang pore water sa ilalim ng epekto ng hydrostatic pressure ay papasok sa mga tubo na ito at tataas sa antas N1, na maaaring pareho sa lahat ng mga tubo, kung ang mga punto B_A ng tubig ay pinili upang ang taas ay A, _ C_. ang mga tubo ay h1, h2 at h3.

Fig. 9. Equipotential at kasalukuyang mga linya

Kung ipahiwatig natin sa pamamagitan ng h ang elevation ng water level N1 kaugnay ng ilang arbitraryong piniling eroplano O-O, kung gayon ang potensyal na h para sa lahat ng 3 na puntos, A, B at C ay pareho. Ang linyang nag-uugnay sa tatlong puntong ito ay ang equipotential line. Ang tubig sa lupa sa lupa ay hindi maaaring dumaloy sa linyang iyon, ngunit sa direksyon lamang ng mga puntong may mas mababang potensyal.

Sa katulad na paraan maaari nating piliin sa parehong masa ang mga puntong D, E at  F na may mas mababang potensyal na h ― Δh. Ang linyang nagdurugtong sa tatlong puntong ito ay ang equipotential na linya ng potensyal na h ― Δh. Daloy ng tubig mula sa punto A ng equipotential line ABC hanggang sa ilang walang katapusang malapit na punto D ng equipotential line DEF ay iiral sa direksyon ng pinakamalaking hydraulic drop imax, ibig sabihin, sa direksyon ng _ADl. Nangangahulugan ito na ang linya AD kung saan dumadaloy ang tubig ay patayo sa parehong equipotential na linya, dahil

imax = Δh / Δlmin

kung saan ang Δlmin ay normal sa parehong equipotential na linya. Ang mga normal na iyon sa mga equipotential na linya ay ang mga direksyon ng daloy ng tubig sa permeable mass at tinatawag na current lines. Ang komunidad ng equipotential at kasalukuyang mga linya, na magkaparehong patayo sa isa’t isa, ay bumubuo ng isang network ng daloy.

Ang mga network ng daloy ay may iba’t ibang hugis ayon sa mass permeability. Ang pinakakaraniwang kaso ay isang pilapil na gawa sa permeable mass sa impermeable na lupa, i.e. sa lupa na maaaring gawing impermeable (fig. 10). Sa kasong ito, kung pare-pareho ang panlabas na lebel ng tubig, ang mga streamline ay nasa gitnang bahagi ng parabola.

Fig. 10. Flow network sa isang permeable embankment sa impermeable na lupa

Sa upstream slope, ang mga parabola ay kumokonekta sa mga linyang patayo sa slope, na kumakatawan sa equipotential line, dahil sa pare-parehong antas N1 ang tubig ay hindi dumadaloy pababa sa slope. Sa downstream slope, ang mga parabola ay nagtatapos nang tangential sa slope, na hindi isang equipotential na linya o isang kasalukuyang linya. Ang ibabaw ng hindi tinatablan na lupa sa ibaba ng pilapil ay isang streamline, dahil ang tubig sa ilalim ng pilapil ay umaagos parallel sa ibabaw na ito. Sa itaas na bahagi, ang network ng daloy ay nagtatapos sa isang pangunahing parabola na tinatawag na seepage line, na kumakatawan sa hangganan ng lupa sa ilalim ng pagkilos ng pagsasala. Sa ilalim ng limitasyong ito, ang lupa ay nasa ilalim ng epekto ng pagsasala dahil sa hydrostatic pressure ng panlabas na tubig H*γW, habang walang pagsasala sa lupa sa itaas nito. Ang seepage line ay tinatawag ding saturation line, dahil ipinapalagay na ang lupa sa ibaba nito ay ganap na puspos ng tubig, habang sa itaas nito ay bahagyang saturated.

Ang aktwal na pagtatasa ng slope ay dapat magsama ng pagsisiyasat, pagsasapin-sapin, mga parameter ng lakas, tubig sa lupa at ibabaw, mga pagbabago sa antas, drainage, seismic, mga yugto ng paghuhukay o pagpuno, mga katabing istruktura at pansamantalang kondisyon. Ang paghuhukay nang walang wastong proteksyon at pagpasok sa zone ng posibleng pagguho ng lupa ay hindi ligtas batay sa pangkalahatang teksto o sa hugis mismo ng slope.