Кіріспе

Тиімді кернеуді қолданылатын кернеу және тесік қысымына тәуелді, топырақ пен тау жынысының (немесе жалпы тесікті дененің) деформациялық және беріктік қасиеттерін анықтайтын кернеу ретінде қарастыруға болады. Басқаша айтқанда, құрғақ тесікті денеге (яғни, ) қолданылатын кернеу, ≠ 0 кезінде байқалатын сол деформациялық және беріктік қасиеттерін қамтамасыз етеді. Дәнді ортада оны бөлшектер жиынтығын тұрақты ұстайтын күш ретінде қарастыруға болады. Бұл әдетте құм, топырақ, қиыршық тас, сондай-ақ барлық тау жыныстары мен бетон, металл ұнтақтары, биологиялық тіндер сияқты көптеген тесікті материалдарға қатысты. Ол үшін "тиімді" термині топырақты қозғалтуға немесе деформация тудыруға қабілетті есептелген кернеуді білдіреді. Ол көбінесе топырақ қаңқасының қабылдаған орташа жүктемесі ретінде түсіндіріледі. Кейіннен тиімді кернеу үшін әртүрлі формулалар ұсынылды. Морис Био топырақтың үш өлшемді консолидация теориясын толық әзірледі, бұрын Терзаги әзірлеген бір өлшемді модельді жалпы гипотезаларға кеңейтіп, пороэластикалық негізгі теңдеулер жиынтығын енгізді. 1960 жылы Алек Скемптон Витвотерсранд университетінде жүргізілген эксперименттер сериясы арқылы, оның ішінде әртүрлі топырақ түрлеріне арналған эдометрлік және компрессиялық сынақтар арқылы, ішінара қаныққан топырақтағы көлемдік өзгерістер мен қию күші сияқты мінез-құлықтардың тек тиімді кернеудің өзгеруіне негізделген болжамдармен сәйкес келмейтінін көрсетті. Олардың нәтижелері қысымның жетіспеушілігіне байланысты құрылымдық өзгерістердің әсері, қолданылған кернеуге байланысты өзгерістерден өзгеше екенін көрсетті. Бұл модельдерде топырақтың жалпы салмағын (суды қоса алғанда) және оның жабық қабат ретінде әрекет ететінін болжамдай отырып, сығу жазықтығының ішіндегі тесік суы қысымын білу маңызды. Алайда, формула топырақ бөлшектерінің әртүрлі өлшенетін жағдайлардағы нақты мінез-құлқын қарастырғанда шатастырады, өйткені параметрлердің ешқайсысы шын мәнінде бөлшектерге тәуелсіз әсер ете алмайды. Мысалы, бір-біріне үйілген шар тәрізді кварц құм түйіршіктерін қарастырайық. Көріп отырғанымыздай, сфералардың бір-біріне тиетін жерінде түйісу кернеуі пайда болады. Көптеген сфераларды үйіп қоссақ, түйісу кернеулері артады, бұл сүргілік тұрақсыздыққа (динамикалық сүргі) және мүмкін сәтсіздікке әкеледі. Контакттерге (нормалды және қисайту) әсер ететін тәуелсіз параметр – жоғарыдағы сфералардың күші. Бұл шарлардың жалпы орташа тығыздығын және жоғарыдағы шарлардың биіктігін пайдалану арқылы есептеуге болады. Егер біз бұл шарларды ыдысқа салып, оған су қоссақ, олар тығыздығына қарай біршама жүзіп жүреді. Табиғи топырақ материалдарымен бұл әсер елеулі болуы мүмкін, өйткені көлден үлкен тасты көтерген кез келген адам растай алады. Сфераларға әсер ететін қысым бөтелкелер шарының жоғарғы жағына дейін толтырылғанда төмендейді, бірақ одан әрі су қосылса, ештеңе өзгермейді. Шарлар арасындағы су қысымы (тесік суы қысымы) артып бара жатқанмен, тиімді кернеу бірдей қалады, өйткені "жалпы кернеу" ұғымына жоғарыдағы барлық судың салмағы кіреді. Бұл жерде теңдеу шатастырып, тиімді кернеуді шарлардың (топырақтың) суға батпақ тығыздығын және топырақтың жоғары биіктігін пайдалана отырып есептеуге болады. Гидростатикалық емес тесік суы қысымымен жұмыс істегенде тиімді кернеу ұғымы шынымен қызықты болады. Тесік қысымы градиенті жағдайында жер асты сулары өткізгіштік теңдеуіне (Дарси заңы) сәйкес ағып өтеді. Біздің шарларды модель ретінде пайдалансақ, бұл шарлар арасында суды енгізуге (немесе алып тастауға) тең. Егер су құйылса, сіңу күші сфераларды бөліп, тиімді кернеуді азайтады. Осылайша топырақ массасы әлсірейді. Егер су тартылса, шарлар бірігіп, тиімді кернеу артады. Бұл әсердің екі шеті – жер асты суларының градиенті мен сіңу күші ауырлыққа қарсы әрекет ететін құм; және "құм сарайы әсері", онда судың дренажы мен капиллярлық әсер құмды нығайтады. Сонымен қатар, тиімді кернеу еңіс тұрақтылығында және басқа геотехникалық инженерия мен инженерлік геология проблемаларында, мысалы, жер асты суларымен байланысты шөгіндіде маңызды рөл атқарады.