Agar bog‘langan tuproqda silindr kesib olib, uni normal bosim P ta’siriga qo‘ysak (rasm 1), silindrda yangi kuchlanishlar paydo bo‘ladi, ya’ni vertikal siquv kuchlanishi σ va gorizontal siljish kuchlanishi . Agar P bosimini asta-sekin oshirsak, ma’lum vaqtdan so‘ng silindrda qiya yoriqlar paydo bo‘ladi, shundan keyin darhol silindr sinadi. Sinish paytida silindr P bosimi ta’sirida va eng kichik qarshilikning N-N siljish tekisligi bo‘yicha siljigan bo‘ladi.
Rasm 1. Koherent tuproqdan chiqarib olingan silindrga bosim ta’siri
Sirtga nisbatan halqa P kuchining ta’siriga qarshi singan paytda tuproq ko‘rsatgan qarshilik tuproqning kesilish qarshiligi deb ataladi, eng kichik qarshilik tekisligining gorizontga nisbatan α og‘ish burchagi esa tuproqning kesilishdagi eng kichik qarshilik tekisligi burchagi deb ataladi.
Bog‘langan gruntning siljishga qarshiligi ikki elementar qarshilikdan iborat: qattiq zarrachalar orasidagi ichki ishqalanish va qattiq zarrachalarni bog‘lovchi kohezion bog‘lanish. Gruntning siljish mustahkamligi buzilish paytidagi eng katta siljish kuchlanishiga teng deb qabul qilinadi va quyidagi tenglama bilan ifodalanadi
τf = c + σ tg_φ_
bu yerda: τf — tuproqning qirqilish mustahkamligi [kp/cm2],
c tuproqning kohezion mustahkamligi [kp/cm3],
σ tuproqning normal kuchlanishi [kp/cm3],
φ — tuproqning ichki ishqalanish burchagi.
Yuqoridagi formulani fransuz Coulomb 1785. yilda bergan. Ushbu formula bo‘yicha, berilgan tuproq uchun koheziya c doimiy va normal bosimdan mustaqil bo‘ladi, ishqalanish qarshiligi esa σ tg_ϕ_ aynan σ kuchlanishga mutanosibdir. Aslida koheziya e berilgan tuproq uchun doimiy emas, balki u ham ma’lum darajada normal σ kuchlanishga bog‘liq, chunki shu bosim ta’sirida qattiq zarrachalarni o‘rab turgan suv pardasining qalinligi kamayadi va shu bilan koheziya ortadi. Coulomb formulasi suv o‘tkazuvchi tuproqlar uchun amal qiladi, ularda normal bosim ta’sirida g‘ovaklardan suv qarshiliksiz siqib chiqariladi; bu shag‘alli va qumloq tuproqlarda kuzatiladi, ammo kam o‘tkazuvchan bo‘lgan bog‘langan tuproqda bunday emas, shuning uchun g‘ovak suvi qiyinchilik bilan siqib chiqariladi va P yuklama ta’sirida zo‘riqqan g‘ovak suvi sifatida qolib ketadi.
Tuproqdagi samarali va neytral kuchlanishlar
Rasm 2. Tuproqda samarali va neytral kuchlanish
Agar idish tubiga tuproq namunasi, masalan quruq qum joylashtirib, unga biror massa, masalan og‘irligi W bo‘lgan qo‘rg‘oshin sharchalari bilan yuk bersak, bu og‘irlikning butun yukini tuproqning qattiq zarrachalari qabul qiladi. Namunа yuzasiga tushadigan solishtirma bosim p0 = W/A kp/cm3 da, bu yerda A — namuna kesim yuzasi, namunada cho‘kishni, ya’ni uning g‘ovakliligi kamayishini keltirib chiqaradi, biroq shu bilan birga namunaning boshqa fizik xossalarini ham, masalan siljish mustahkamligining ortishi, siqiluvchanlik modulining ortishi va boshqalarni o‘zgartiradi. Zarrachalar orasidagi tutashuv yuzalarida hukm suradigan bosim samarali yoki intergranulyar bosim σ’ deb ataladi. Konsolidatsiya amalga oshgach, ya’ni namuna p0 yuk ostida cho‘kishdan to‘xtagach, samarali bosim tuproq kuzatilayotgan chuqurlikdagi umumiy solishtirma bosimga teng bo‘ladi. Bu holda namuna yuzasidan pastda, rasm 2 dagi chuqurlikda σ’ = W/A + hzγ bo‘ladi, bu yerda γ — namunaning hajmiy og‘irligi.
Lekin agar idishdagi namuna qo‘rg‘oshin sharsimon donalari o‘rniga h balandlikkacha suv bilan yuklansa va u namunaning barcha g‘ovaklarini to‘ldirgan bo‘lsa, namuna ustidagi suv ustuni bosimi hγw, bu yerda γw suvning hajmiy og‘irligi, namunaning cho‘kishini va uning g‘ovakliligi kamayishini keltirib chiqarmaydi hamda uning siljish mustahkamligi va siqiluvchanlik modulini oshirmaydi. Shu sababli gidrostatik bosim hγw neytral bosim deb ataladi. u bilan belgilanuvchi neytral bosim namuna orqali barcha yo‘nalishlarda bir xil kuch bilan uzatiladi. Bu bosim siljish mustahkamligini oshirmaydi, chunki suvning o‘zida siljish mustahkamligi yo‘q.
Shunday qilib, effektiv bosim σ’ tuproqning qattiq zarrachalari orasidagi kontakt yuzalari orqali uzatiladi, neytral bosim u esa g‘ovaklardagi suv orqali uzatiladi. Agar idishning pastki qismi solishtirma og‘irligi γz bo‘lgan suvga to‘yingan tuproq namunasi bilan to‘ldirilgan bo‘lsa, va namuna yuzasidan N sathigacha idish solishtirma og‘irligi γw bo‘lgan suv bilan to‘ldirilgan bo‘lsa, u holda namunaning istalgan nuqtasidagi umumiy bosim σ = σ’ + u. bo‘ladi.
hz chuqurlikda, namuna yuzasi ostida samarali bosim σ = σ’ - u bo‘ladi
bu yerda σ = h γw + h γz
u = (h + hz) γw.
Demak, σ’ = hz γ’ boʻladi
γ’ — suvga botgan tuproqning hajmiy og‘irligi.
Tuproqning qirqilish mustahkamligining umumiy tenglamasi
Agar bog‘langan tuproqqa P yuklama bersak, bu yuklama tuproqning cho‘kishiga sabab bo‘ladi va avval uning ta’sirida g‘ovaklardagi havo siqib chiqariladi, shuning uchun tez orada g‘ovaklarda faqat suv qoladi. Bog‘langan tuproqning suv o‘tkazuvchanligi past bo‘lgani sababli suv darhol siqib chiqarila olmaydi, shu bois u g‘ovaklarda zo‘riqqan suv holida qoladi va dastlab umumiy tashqi P yuklamani qabul qiladi. Keyingi vaqt davomida P yuklama ta’sirida g‘ovaklardan suv siqib chiqara boshlaydi va qattiq zarralarning yaqinlashuvi yuz beradi, ular endi P yuklamaning bir qismini qabul qiladi. Unda τf =c + (σ - u) tg_ϕ,_ bu yerda σ — P yuklamadan hosil bo‘lgan umumiy bosim, u — g‘ovak suvi bosimi.
G‘ovak suv bosimi bir qancha omillarga bog‘liq bo‘ladi, masalan, konsolidatsiyaning vaqt bo‘yicha kechishi, tuproqning suv o‘tkazuvchanligi, tuproqqa tushadigan yukning kattaligi va hokazo. Tuproqning qirqilish mustahkamligi g‘ovak suv bosimiga bog‘liq bo‘lib, u u=0 bo‘lganda eng katta bo‘ladi, bunda tuproq konsolidatsiyasi sodir bo‘ladi.
Tuproqning kolloid faolligi
Tuproqning ichki qarshiligi elementlari koheziya va ishqalanish turlicha bo‘lishi mumkin va ular ko‘p jihatdan tuproqning qattiq zarralari yirikligiga hamda uning plastik xususiyatlariga bog‘liq. Koherent tuproqning ichki ishqalanish qarshiligiga nisbatan koheziyaning ta’sirini aniqlash maqsadida Skemptон tuproqning kolloid faolligi _K_P tushunchasini kiritgan, u plastiklik indeksi IP ning butun massaning og‘irligi bo‘yicha 0,002 mm dan kichik zarralar miqdoriga nisbatidan iborat. Bunda quyidagi mezon qabul qilingan (rasm 3):
Rasm 3. Tuproqning kolloid faolligi
KP < 0,75 bo‘lsa, ular faol bo‘lmagan gil hisoblanadi,
KP = 0,75 – 1,25 uchun normal loylar,
Kp > 1,25 bo‘lganda faol loy uchun.
KP ortishi bilan koherent tuproqning ichki ishqalanishiga nisbatan kohezioning ta’siri ortadi.
Tuproqning sezgirligi
Agar bog‘langan tuproqda diametri 3—3,4 cm va balandligi ~ 5 cm bo‘lgan silindrni olib, unga normal yuklama bersak, silindr buzilgan paytda buzilmagan holatdagi tuproqning siqilish mustahkamligini σ__ₙ: olamiz
σn = P/A kp/cm2 da,
bu yerda A — valikning ko‘ndalang kesimi.
Sinov tugagach, sinib qolgan namuna olinib, xuddi shu silindr-qolip yordamida bir xil o‘lchamdagi valik qayta tayyorlanadi, bunda uning namligi avvalgi sinovdagi holatda qoladi. So‘ngra darhol qayta ishlangan valik bilan sinov takrorlanadi, natijada buzilgan holatdagi tuproqning siqilish mustahkamligi σ__ₚ olinadi.
Noziklik (sensitivity) S__ₜ — buzilmagan holatdagi siqilish mustahkamligining buzilgan holatdagi siqilish mustahkamligiga nisbati: St = σn/σp,
Bir mezonga ko‘ra, S__ₜ sezgirlik quyidagicha baholanadi:
- S__ₜ = 1 — 2 da loyning sezgirligi past bo‘ladi,
- S__ₜ = 2 — 4 uchun gilning o‘rtacha sezgirligi mavjud,
- S__ₜ = 4 — 8 da loyning sezgirligi yuqori,
- S__ₜ > 8 bo‘lsa, bu sezgir gil hisoblanadi.
Tabiatda shunday holat kuzatiladiki, masalan, zilzila ta’sirida gil tuproq birdaniga o‘z mustahkamligini yo‘qotadi, so‘ng tinch holatda uni qayta tiklaydi. Bu xossa tuproqning tiksotropiyasi deb ataladi. Ko‘plab gillarda ma’lum darajada tiksotrop xossalar mavjud. Norvegiya, Shvetsiya va Finlyandiyada tiksotrop gilning oqib chiqishi tufayli qazishmalar yonbag‘irlarining sirpanib ketish holatlari ma’lum, bunda tekshiruvlar jarayonida ushbu jarayon davomida gil namligida o‘zgarish bo‘lmagani, ya’ni gil namligi oqib chiqishdan oldin ham, keyin ham o‘zgarmas bo‘lgani aniqlangan.