عملية توحيد تشوه التربة
كلما تشدد كتلة التربة ، فإنه يتشوه. قد يكون التشوه إما في شكل تشويه أو تغير في حجم كتلة التربة. كما هو الحال في الوديعة الطبيعية ، فإن كتلة التربة محصورة على جميع الجوانب ، ومن هنا تغير الشكل ، أي أن تشوه التربة غير ممكن. الاحتمال الوحيد هو تغيير الحجم ، أي ضغط التربة.
عند التحميل ، يتم ضغط التربة بسبب:
(ط) ضغط الحبوب الصلبة
(ثانيا) ضغط الماء المسام والهواء
(iii) طرد الماء والهواء من فراغ كتلة التربة. تحت الأحمال الهندسية النموذجية ، فإن ضغط المواد الصلبة للتربة وصب الماء لا يكاد يذكر.
ولذلك ، فإن ضغط الهواء وطرد الهواء والماء من الفراغات يساهم في معظم تغير حجم التربة المحملة. قد يتم إظهار تغييرات الحجم هذه بواسطة عمليتين متميزتين. الدمك والتوحيد.
الضغط:
الدمك هو العملية التي تكون فيها جزيئات التربة معبأة بشكل أكثر تقريبًا بالوسائل الميكانيكية مثل التحميل الديناميكي مثل الدرفلة والتدوير والاهتزاز ، إلخ. ويتم تحقيق ذلك من خلال تقليل فراغ الهواء. هناك انخفاض قليل أو معدوم في محتوى الماء.
الدمج:
التوحيد هو العملية التي تكون فيها جزيئات التربة معبأة بشكل أوثق خلال فترة زمنية تحت ضغط مستمر ، أي التحميل الساكن. ويتحقق ذلك أساسًا من خلال تصريف المياه التدريجي من مسام التربة. يحدث التوحيد إلى طمي مشبع أو مشبع تقريبا أو تربة أخرى ذات نفاذية منخفضة.
اختبار الدمج:
للتنبؤ بتوطين التوطيد في التربة ، نحتاج إلى معرفة خصائص الإجهاد والانفعال (أي ، العلاقة بين الضغط الفعال ونسبة الفراغ) للتربة. هذا ينطوي عادة على تحميل عينة التربة في المختبر إلى سلسلة من الأحمال وقياس المستوطنات المقابلة. يُعرف هذا الاختبار باسم اختبار الدمج. يدعى جهاز الاختبار الموحد.
يبين الشكل 6-1 (أ) و (ب) نوع الحلقة الثابتة ونموذج الرنين العائم المحدد. في النوع الدائري الثابت ، يسمح فقط للحجر المسامي العلوي بالتحرك إلى الأسفل بينما في النوع الدائري العائم تكون الأحجار المسامية العلوية والسفلية حرة الحركة. يمكن قياس نفاذية العينة في أي مرحلة من مراحل التحميل فقط في نوع الحلقة الثابتة. يتم قياس ضغط العينة عن طريق مقياس الطلب المجهز عند غطاء التحميل. يسمح للعينة بدمجها تحت عدد من الزيادات للضغط الرأسي مثل 0.1 و 0.2 و 0.5 و 1 و 2 و 4 و 8 و 10 كجم / سم 2 .
يعتمد اختيار الضغط الرأسي بشكل أساسي على ضغط الموقع المتوقع ، بما في ذلك الضغط المفرط. يتم استخدام نسبة زيادة الحمولة (LIR) للوحدة في الاختبار التقليدي. LIR للوحدة يعني تضاعف الحمل في كل مرة. يتم الحفاظ على كل زيادة في الضغط لمدة 24 ساعة. تتكامل العينة مع الصرف الحر الذي يحدث من الوجوه العلوية والسفلية. وتلاحظ قراءات مقياس الطلب في 30 ثانية و 1 و 2 و 4 و 8 و 15 و 30 دقيقة و ساعة و 2 و 4 و 8 و 24 ساعة.
عند اكتمال الدمج تحت الضغط النهائي ، يتم تفريغ العينة والسماح لها بالانتفاخ. يتم تقديم النتائج في ورقة الرسم البياني شبه السجل مع الضغط المطبق على نطاق السجل في abscissa ونسبة الفراغ المقابلة مثل التنسيق على مقياس خطي. يتم تعريف نسبة الفراغ المقابلة لكل LIR المطبقة على أنه يمكن حساب الضغط من قراءات مقياس الطلب ويتم أخذ الوزن الجاف للعينة في نهاية الاختبار.
تحديد نسبة الفراغ بالوزن الجاف
هذه الطريقة قابلة للتطبيق على كل من العينات المشبعة والمشبعة جزئيا.
اسمحوا M s = كتلة جافة من العينة في نهاية الاختبار
أ = مساحة العينة
G = Sp. خطورة التربة
ثم يتم حساب سماكة التربة الصلبة "H S " على النحو التالي:
يوضح الشكل 6.3 منحنيات الانضغاط التي يمكن الحصول عليها من اختبار تماسك تم إجراؤه على عينة من الطين.
بعد دمج العينة لنقطة الضغط Q ، يُسمح للعينة بالتمدد بواسطة تناقص الضغط. أثناء التوسع ، لن تعود العينة إلى حجمها الأصلي بسبب بعض الضغط الدائم. عند إعادة التحميل ، يتم الحصول على منحنى recompression RS.
عند الوصول إلى الضغط السابق المقابل للنقطة 0 ، يكون منحنى recompression نسبة فراغ أقل بشكل طفيف. يستمر الاختبار عن طريق زيادة الضغط أكثر ، فإن المنحنى الناتج يكون أكثر أو أقل امتداد للجزء الأولي PQ. ويبين الشكل 6-3 (ب) مخطط نسبة الضغط الفعلي مقابل الفراغ في ورق الرسم البياني شبه القياسي. يشار إلى الأجزاء المستقيمة P 1 Q 1 و S 1 T 1 على جانبي O 1 على أنها منحنى الانضغاط البكر.
معامل الانضغاط:
يتم تعريف معامل الانضغاطية " V " على أنه انخفاض في نسبة الفراغ لكل وحدة زيادة في الضغط.
حيث e 0 و e هي نسب الفراغ في بداية ونهاية التوحيد تحت زيادة الضغط ∆σ. تشير العلامة السالبة إلى انخفاض e كزيادة σ.
معامل حجم الضغط (م الخامس )
[Cofficient of Volume Change]
معامل تغير الحجم هو التغير في حجم التربة لكل وحدة حجم أولي لكل وحدة زيادة في الضغط. وحدة m v هي نفسها من v
عندما تكون التربة محصورة أفقياً ، يكون التغيير في الحجم متناسباً مع التغير في سمك ∆H ويكون الحجم الأولي متناسباً مع السمك الأولي H 0 . لذلك eqn. (ط) يصبح
mv = ∆H / H 0 - 1 / ∆σ
التغيير في السمك ، ويعطى ∆H بسبب زيادة الضغط من قبل
=H = - m v H o ∆σ
مؤشر ضغط (ج ج )
هذا هو المنحدر للجزء الخطي من المنحنى المنحنى log-e وهو بلا أبعاد.
للجزء الخطي من المنحنى:
معامل الدمج:
هي النسبة بين معامل النفاذية وناتج معامل تغير الحجم بوحدة وزن الماء. يشار إليه على أنه cv = K / m v γ w
حيث K = معامل النفاذية
γw = وزن الوحدة من الماء
C v = معامل الدمج
م V = معامل تغير الحجم
يُعد معامل الدمج مؤشراً على التأثير المشترك للقدرة على الانضغاط ونفاذية التربة على معدل تغير الحجم.
يمكن أيضًا حساب معامل الدمج من العلاقة الواردة أدناه.
Tv = c v t / d 2
حيث T v = عامل الوقت وهو دالة درجة الدمج
t = الوقت المستغرق في الدمج
d = مسار الصرف ، لحالة الصرف المزدوج d = H / 2
نظرًا لأن Tv ثابتًا بدرجة معينة من الدمج ونظرًا لشروط حدية للمشكلة قيد النظر ، فإن الوقت المطلوب لتحقيق درجة معينة من الدمج "U" يتناسب طرديًا مع مربع مسار تصريفه ويتناسب عكسًا مع معامل الدمج. بالنسبة لتربة معينة عند معدل فراغ معين ، يزيد c v بزيادة حجم ضغط الدمج.
توحيد التربة دون عائق:
اعتمادا على تاريخ الدمج ، يمكن تقسيم رواسب التربة إلى ثلاث فئات:
(ط) تربة ما قبل التوطيد أو فوق توطيد التربة.
(ثانيا) التربة الموحدة عادة.
(ج) تحت التربة المدمجة.
(1) التربة سابقة الدمج:
يقال إن الطين موحد مسبقا إذا كان يتعرض دائما لضغط أكبر من الضغط المفرط الحالي.
قد تكون التربة مدمجة مسبقًا بواسطة الحمل الهيكلي الذي لم يعد موجودًا الآن أو بوزن طبقة جليدية قد انصهرت.
(ثانيا) التربة الموحدة عادة:
وتسمى التربة التي لم تخضع أبدًا لضغط فعال أكبر من الضغط المفرط الحالي بالتربة المدمجة عادة. يتم توحيد التربة بالكامل بواسطة الضغط المفرط الموجود.
(3) تحت التربة المدمجة:
وتسمى التربة غير المزودة بالكامل بالضغط المفرط الحالي تحت التربة المدمجة.
أكثر من نسبة توحيد (OCR):
هي نسبة الضغط التوليدي إلى الضغط الحالي المفرط.
OCR = ضغط الدمج المسبق / الضغط المفرط الحالي
OCR> 1 ، يشير إلى طين موحد عادة.
و OCR> 1 ، يشير إلى أكثر من الطين الموحد
العوامل التي تؤثر على الدمج:
العوامل التي تؤثر على الدمج هي:
(أ) سماكة طبقة الطين
(ب) عدد مسار الصرف
(ج) معامل النفاذية
(د) معامل الدمج
(هـ) حجم ضغط الدمج وطريقة توزيعه عبر سماكة الطبقة.
(و) عامل الوقت
(أ) سماكة طبقة الطين:
إذا كان السمك أكثر فإن توحيد الطبقة سيكون أكثر بسبب الضغط المفرط الذاتي.
(ب) عدد مسار الصرف:
يمثل مسار الصرف أقصى مسافة يمكن أن تنتقل إليها جزيئات الماء للوصول إلى طبقة التصريف الحرة. إذا كان مسار الصرف أكثر من مسافة سفر جزيئات الماء يتم تقليل التناسب وبالتالي ستخرج المياه من طبقة التربة مما يؤدي إلى التوحيد. وبالتالي ، فإن مسار الصرف سيكون أكثر توطيدًا.
(ج) معامل النفاذية:
إذا كان معامل النفاذية في التربة أكثر من ذلك ، فإن المياه ستخرج من مسام التربة بسهولة أكبر وبالتالي سيكون الدمج أكثر.
(د) معامل الدمج:
إن معامل الدمج يتناسب طرديا مع درجة الدمج وبالتالي إذا كان معامل الدمج أكثر فإن دمج التربة سيكون أكثر.
(هـ) حجم الضغط المترابط وتوزيعه:
تتأثر توطيد التربة بشكل كبير من خلال الضغط التوحيد وتوزيعه. إذا كان الضغط المتراكم أكثر و يتم توزيعه بشكل موحد على المنطقة ، سيكون الدمج أكثر.
(و) عامل الوقت:
من معادلة التوحيد ، أي أن Tv = C v t / d 2 واضح أن معامل التوحيد (Cv) يتناسب طرديا مع عامل الوقت (T V ). إذا كان عامل الوقت هو أكثر توحيد سيكون أكثر.
التسوية الكلية:
ويطلق على الانضغاط الكلي لطبقة تربة مشبعة على مدى فترة زمنية طويلة تحت الحمولة الساكنة "التسوية الكلية". يرمز لها ب S.
S = S i + S c + S s
S i = تسوية فورية
Sc = تسوية الدمج أو التسوية الأولية
Ss = تسوية ثانوية
التسوية الفورية:
هو جزء من التسوية التي تحدث مباشرة بعد تطبيق الحمل. ويرجع ذلك أساسا إلى ضغط فوري لطبقة التربة تحت حالة غير مدربين. التسوية الفورية صغيرة جدا مقارنة بالتسوية الأولية.
توحيد التسوية op التسوية الأساسية:
وهو جزء من المستوطنة التي يوجد فيها طرد الماء المسام من فراغات التربة. هذه العملية تسبب انخفاض في حجم الفراغات.
قد يتم حساب تسوية التسوية بواسطة أي من الطرق التالية:
(ط) استناداً إلى معامل تغير الحجم ، m v
تسمى الحركة الهبوطية لسطح طبقة الدمج بتسوية التوحيد. ترجع هذه الحركة إلى انخفاض حجم كتلة التربة المشبعة تحت الحمولة المطبقة.
تسوية ثانوية:
ومن المقرر أن إعادة توجيه الجسيمات وزحف وتحلل المواد العضوية. لا يتطلب طرد مياه المسام. المستوطنة الثانوية لا تكاد تذكر في الرمال والحصى ، ولكنها يمكن أن تكون مهمة في الطين عالي الصلابة ، والتربة العضوية ، والمستوى الصحي.
التسوية الموحدة:
إذا كانت كتلة التربة تحت بنية ضغط موحدة في جميع أنحاء ، ثم تسوية بنية موحدة. يطلق عليه التسوية الموحدة. يوضح المخطط الخطي (الشكل 6.6) حالة البنية قبل التسوية ويظهر الخط المنقط شرط بعد التسوية.
إذا كان الهيكل له أساس جامد ، فإنه يخضع للتسوية الموحدة.
التسوية التفاضلية:
يوضح الشكل 6.8 لمبة ضغط في منطقة العرض المرنة والمحملة بشكل كامل. قيمة الجهد الرأسية المستحثة تحت الخط المركزي لمنطقة التحميل تكون دائماً أكبر من قيمتها عند نفس العمق تحت حافة المنطقة المحمل. وبسبب هذا الاختلاف في الإجهاد المستحث ، فإن المستوطنة تكون في المركز أكثر مما هي عند الحافة.
وبما أن التسوية غير متساوية ، فإنها تسمى التسوية التفاضلية. التسوية التفاضلية هي الفرق في التسوية بين مؤسستين أو بين نقطتين في مؤسسة واحدة. ويرجع ذلك أساسا إلى عدم الاتساق في التربة ، والاختلافات في الأحمال الهيكلية الخ.
معدل التسوية:
معدل التسوية هو الوقت الذي تحدث فيه نسبة مئوية من إجمالي التسوية.
يعتمد معدل التسوية على العوامل التالية:
(ط) سمك طبقة التربة
(2) نفاذية التربة
(3) عدد وجوه الصرف
(4) حجم الحمل المطبقة.
يمكن حساب معدل التسوية باستخدام الصيغة
(ط) T = C v t / h 2
حيث T = عامل الوقت
C v = معامل الدمج
h = طول أطول مسار تصريف
تسوية بسبب عمليات البناء وخفض جدول المياه:
حفز التربة يدفع حركة التربة المحيطة نحو التنقيب الذي يسبب تسوية سطح الأرض المتاخمة للحفريات. قد تحدث تسوية ما يقرب من ضعف عمق الحفريات حول الحفريات المفتوحة. خلال حفر الأنفاق ، قد تحدث تسوية سطح الأرض فوق النفق. قد تتحرك أسس التركيبات الموجودة في المنطقة المتأثرة مما يؤدي إلى إمالة الهياكل أو تشكيل التشققات في الهياكل.
لتقليل الأضرار التي لحقت بالهياكل المجاورة ، يختار المهندس الجيوتقني المسؤول طريقة الحفر التي تقلل حركة التربة. قبل حفر الأنفاق ، يتم تنفيذ تدابير حماية الأساس على شكل حشو الأرض مما يقلل من حركة الداخل إلى الداخل خلال الأنفاق ويقلل من التسوية السطحية.
يتم ضغط التربة الرطبة الحارة المشبعة والخشنة عن طريق الاهتزازات التي يتم إنتاجها أثناء عمليات البناء ، مما يؤدي إلى هبوط ملحوظ في سطح الأرض. إن المصدر الرئيسي لذبذبات البناء هي القيادة بالبرايل والخنادق الميكانيكية وهدم المتفجرات وما إلى ذلك حتى وقت قريب ، وقد استندت تدابير الحماية إلى سرعة ذروة الجسيمات الناجمة عن الاهتزاز وتآكله مع المسافة من المصدر. ويجري الآن تطوير المزيد من المبادئ التوجيهية العقلانية.
يؤدي خفض منسوب المياه إلى زيادة وزن الوحدة الفعلي للتربة الموجودة أصلاً تحت منسوب المياه الجوفية ، مما قد يتسبب في استقرار كبير في كل من منطقة إزالة المياه وفي التربة أدناه. هذه الزيادة في الضغط الفعال تسبب التسوية في الرمال فضفاضة. في التربة الطينية ، سوف تؤدي الزيادة في الضغط الفعال إلى تسوية كبيرة لأن الطين قابل للانضغاط بدرجة كبيرة.
الرفع:
تسمى حركة الصعود للتربة. تنشأ مشكلة الارتجاع عند توسع التربة بسبب انخفاض ضغط الحصر أو زيادة محتوى الماء. لوحظ وجود درجة عالية من خاصية التنقية في التربة الشاسعة. مشكلة Heave شائعة بشكل خاص في المناطق القاحلة. في مثل هذه المناطق تجف التربة وتقلص أثناء الطقس الجاف وتتوسع عندما تتوافر الرطوبة.
في المناطق التي تتعرض فيها التربة للتجميد ، هناك حركة تصاعدية في الأرض بسبب تكوين الجليد تحت الأرض وتسمى هذه الظاهرة بفعل الصقيع.
التجمد الصقيع يرجع أساسا إلى الأسباب التالية:
(1) عندما تتجمد التربة ، يوسع الماء المصبوب حوالي 9 ٪ من حيث الحجم وتتوسع التربة بنسبة 4 ٪ من حيث الحجم. مثل هذه الحواف هي موحدة إلى حد ما وتسبب ضرر بسيط نسبيا.
(2) إذا كان منسوب المياه الجوفية مرتفعاً ، يمكن أن يسحب العمل الشعري المياه إلى المنطقة المجمدة حيث تشكل خطوط جليدية كما هو موضح في الشكل 6.11. يمكن لهذه الآلية أن تنقل كميات كبيرة من الماء ، ويمكن أن تكون قادرة على إنتاج أحجار سطحية بقطر 12 بوصة أو أكثر. مثل هذه الحواف غير منتظمة ويمكن أن تسبب أضرارا واسعة لأعمال الهندسة المدنية.
ترتبط مشاكل الارتفاق عادة بالهياكل الخفيفة مثل المباني الصغيرة ، وأرصفة الطرق ، والسدود ، وممرات السوائل وما إلى ذلك.
زحف:
الزحف هو حركة بطيئة وطويلة الأجل للتربة في المنحدرات الشديدة. الحركة عادة في ترتيب ملليمتر في السنة. يحدث ذلك بسبب الجاذبية التي يسببها إجهاد القص المنحدر ، عمل الصقيع ، التوسع والتقلص من الطين. إذا تجاوز إجهاد القص في الطين حوالي 70٪ من قوة القص ، تبدأ حركة القص البطيء أو الزحف في الحدوث.
تظهر بعض الصلصال زحفًا كبيرًا إذا زاد إجهاد القص عن 50٪ من قوة القص. يمتد الزحف إلى أعماق تتراوح بين 0.3 و 3 أمتار ، مع الحد الأقصى لحالات النزوح التي تحدث عند سطح الأرض. على المدى القصير ، يكون تأثير الزحف في الهياكل غير ذي أهمية ، ولكن في الزحف على المدى الطويل يمكن أن يحدث تشوهات كبيرة في الهياكل القائمة على هذه التربة. بسبب الزحف ، تتحرك التربة إلى أسفل ، مما ينتج مادة أقل شأنا من التربة الأم. هذا السلوك الزحف هو أحد الأسباب التي تتطلب عامل أمان أعلى في التربة الطينية.
