Кіріспе

Топырақ немесе тау жыныстары беткейлерінің тұрақтылығы – еңкейген топырақ немесе тау жыныстары беткейлерінің қозғалысқа төтеп беру немесе қимылдау қабілеті; кері жағдай – беткейлік тұрақсыздық немесе беткейлік сәтсіздік деп аталады. Беткейлердің тұрақтылығы топырақ механикасы, геотехникалық инженерия және инженерлік геология салаларында зерттеу нысаны болып табылады. Талдаулар көбінесе еңіс бұзылуының себептерін немесе еңіс қозғалысын тудыруға болатын факторларды анықтауға, сондай-ақ мұндай қозғалыстың басталуын болдырмауға, оны баяулатуға немесе жеңілдету шаралары арқылы тоқтатуға бағытталған. Еңістің тұрақтылығы негізінен қолда бар серпімділік күші мен әрекет ететін серпімділік кернеуі арақатынасымен анықталады, бұл шамалар ығысу беті бойынша интегралдаса, қауіпсіздік коэффициенті түрінде көрсетіледі. Егер еңістің жоғарғы бөлігінен табанына дейінгі кез келген ықтимал ығысу беті бойынша есептелген қауіпсіздік коэффициенті 1-ден жоғары болса, еңіс жаһандық тұрақты болып саналады. Қауіпсіздік коэффициентінің ең төменгі мәні еңістің жаһандық тұрақтылығын көрсетеді. Сол сияқты, егер еңістің шектеулі бөлігімен (мысалы, тек табанында) өтетін кез келген ықтимал ығысу беті бойынша 1-ден үлкен қауіпсіздік коэффициенті есептелсе, еңіс жергілікті тұрақты болып саналады. Жалпы немесе жергілікті қауіпсіздік коэффициенттерінің 1-ге жақын мәндері (әдетте, ережелерге байланысты 1 мен 1.3 аралығында) тұрақтылығына назар қажет, бақылау және/немесе инженерлік араласу (еңісті тұрақтандыру) қажеттілігін көрсетеді, қауіпсіздік коэффициентін арттыру және еңіс қозғалысының ықтималдығын азайту үшін. Бұрын тұрақты болған еңіске қауіпсіздік коэффициентін төмендетуге әкелетін, серпімділік кернеуін арттыру немесе серпімділік күшін азайту арқылы әсер ететін бірнеше факторлар немесе процестер әсер етуі мүмкін, бұл еңіс сәтсіздігіне әкелуі мүмкін. Еңіс сәтсіздігін тудыруға болатын факторларға гидрологиялық құбылыстар (мысалы, қарқынды немесе ұзақ жаңбыр, қардың жылдам еруі, топырақтың қанығуы, еңістегі су қысымының артуы), жер сілкінісі (соңғы сілкіністерді қоса), ішкі эрозия (құбырлар), беткі немесе табандық эрозия, еңіске жасалма жүктеме (мысалы, ғимарат салу салдарынан), еңісті кесу (мысалы, жолдар, теміржолдар немесе ғимараттар үшін орын жасау үшін) немесе еңісті су басу (мысалы, өзенді бөгеп, жасалма көлді толтыру арқылы) жатады.

Мысалдар

Жер беткейлерінде дөңгелек пішіндес әлсіз аймақтар пайда болуы мүмкін. Мұндай жағдайдың ықтималдығын алдын ала есептеу үшін қарапайым 2D дөңгелек талдау бағдарламасын қолдануға болады. Талдаудың басты қиындығы – нақты бір жағдайдағы ең мүмкін болатын сырғу жазықтығын анықтау. Көптеген көшкіндер тек одан кейін ғана талданады. Соңғы кезде, әсіресе тау-кен өнеркәсібінде, беткейлік тұрақтылықты бақылайтын радиолокациялық технология қолданылып, деректерді нақты уақытта жинауға және беткейдің құлау мүмкіндігін анықтауға көмектеседі. Табиғи жаратылыста жиналған аралас топырақтағы нақты құлаулар міндетті түрде дөңгелек пішіндес болмайды, бірақ компьютерлер пайда болғанға дейін мұндай қарапайым геометрияны талдау әлдеқайда оңай болды. Дегенмен, "таза" саз топырақтағы құлаулар дөңгелек пішінге жақын болуы мүмкін. Мұндай сырғулар көбінесе қатты жаңбырдан кейін болады, осы кезде сырғу бетіндегі кезендік су қысымы артып, тиімді нормальдық кернеуді төмендетіп, сырғу сызығы бойындағы кедергілі үйкелісті азайтады. Бұған қосымша, жер асты суының артуынан топырақтың салмағы да көбейеді. Сызақ (алдыңғы құрғақ ауа райында пайда болған), сырғудың жоғарғы жағында жаңбыр суымен толып, сырғуды одан әрі итеруі мүмкін. Керісінше, төбелердегі плитка тәрізді сырғулар астыңғы тау жынысының үстінен топырақ қабатын алып тастауы мүмкін. Бұл әдетте қатты жаңбырдан басталады, кейде жаңа ғимараттардың қосымша жүктемесімен немесе аяқ бөлігіндегі тіреудің жойылуымен (жолдарды кеңейту немесе басқа құрылыс жұмыстарының нәтижесінде) бірге жүреді. Дренаждық жолдарды орнату арқылы тұрақсыздықты тудыратын күштерді азайтуға болады, осылайша тұрақтылықты айтарлықтай арттыруға болады. Алайда, сырғу шеңбері бойында әлсіздік сақталады, ол келесі муссон кезінде қайталануы мүмкін.

Қалқыма бұрышы

Тыныштық бұрышы геологиялық материалдардың серпімділік қасиеттерімен байланысты, бұл құрылыс және инженерлік салаларда маңызды. Дәнді материалдар үшін түйірлердің мөлшері мен пішіні тыныштық бұрышына айтарлықтай әсер етеді. Материалдардың дөңгелектігі артаған сайын, топырақ түйірлері арасындағы үйкеліс азайғандықтан, тыныштық бұрышы төмендейді. Тыныштық бұрышы шегінен асып кеткен жағдайда, массаның сынуы және тас құлауы қаупі туындайды. Көптеген азаматтық және геотехникалық инженерлер үшін құрылыс және табиғи апаттарды болдырмау үшін тыныштық бұрышын білу өте маңызды. Осының салдарынан, тіреу қабырғаларын қолдану топырақты тұрақтандыруға көмектеседі, осылайша тыныштық бұрышының шегінен асып кетуіне жол бермейді. Тыныштық бұрышы мен беткейдің тұрақтылығына климаттық және климаттық емес факторлар да әсер етеді.

Су мөлшері

Су мөлшері – тыныштық бұрышын өзгерте алатын маңызды параметр. Көп су топырақты тұрақтандырып, тыныштық бұрышын арттыруы мүмкін. Су мөлшері топырақтың дән мөлшері сияқты қасиеттеріне байланысты, ол инфильтрация жылдамдығына, су ағынына және суды ұстау қабілетіне әсер етеді. Жалпы, балшық және ұсақ топырақтар құмды топырақтарға қарағанда көбірек су ұстайды. Бұл капиллярлық әрекетке байланысты, онда сұйықтық пен бөлшектер арасындағы жабысу күштері және сұйықтықтың өзінің ішкі байланыс күштері гравитациялық тартымға қарсы тұрады. Сондықтан, дән мөлшері кіші болған сайын, гравитациялық күштердің әсер етуі үшін қол жетімді беттік аудан кішірейеді. Беттік ауданның кіші болуы капиллярлық әрекеттің күшеюіне, судың көбірек сақталуына, инфильтрацияның артуына және су ағынының азаюына әкеледі.

Өсімдіктер

Өсімдіктердің болуы тыныштық бұрышына тікелей әсер етпейді, бірақ олардың тамырлары терең топырақ қабаттарына еніп, топырақтың механикалық байланысын күшейтетін және қисаюға қарсы кедергісін арттыратын талшықты топырақ композитін құрауы арқасында, еңіс беткейін тұрақтандырады.

Массалық жіктеу және рейтинг

Жазы беткейлерді жобалау және олардың тұрақтылығын бағалау үшін әртүрлі жіктеу және бағалау жүйелері бар. Бұл жүйелер тау жыныстары массасының параметрлері мен биіктік, еңіс бұрышы сияқты әртүрлі беткей параметрлері арасындағы тәжірибелік байланыстарға негізделген.