მიწისძვრის შედეგად გრუნტის გათხევადების ეფექტის გავლენა ფერდობების მდგრადობაზე

<სარჩევი

მიწისძვრის შედეგად ფუძის გათხევადებით გამოწვეული მეწყრული მოვლენები ხშირ შემთხვევაში იწვევენ ფერდობების დანგრევას. ქვემოთ ჩამოთვლილია ამერიკაში მომხდარი ზოგიერთი მიწისძვრა, რომელთა მაგნიტუდა არ აღემატება 7 და რომლის შედეგადაც გათხევადებულმა ფუძეებმა გამოიწვია ფერდობების დანგრევა /14/:

1. 1925 წ. სანტა-ბარბარა. M=6,3. მიწის კაშხალის დაზიანება. გრუნტი - თიხნარიანი ქვიშა;
2. 1940 წ. ელ-ცენტრო, M=7,0. არხის ფერდობის დაზიანება. გრუნტი - დელტის ქვიშა;
3. 1950 წ. იმპერიალ ველი. M=5,4. არხის ფერდობის დაზიანება. გრუნტი - დელტის ქვიშა;
4. 1954 წ. ანკორიჯი. M=6,7. მიწის დამბის დაზიანება. გრუნტი - ქვიშა.
5. 1957წ.სან-ფრანცისკო. M=5,3. ტბის ფერდის დაზიანება. გრუნტი - სანაპიროს ქვიშა.

გარდა ამისა, ცნობილია, რომ 1971 წლის სან-ფერნანდოს მიწისძვრის შედეგად მიწის კაშხალმა კალიფორნიაში განიცადა ზედა ბიეფის ფერდისა და თხემის დიდი დაცურება. საველე კვლევებმა უჩვენა, რომ დაცურება გამოიწვია გათხევადებამ მონალექ ქვიშის ყრილში ზედა ბიეფის პრიზმაში /15/. მონალექ ქვიშიანი ყრილი შედგებოდა მსხვილმარცვლიანი ქვიშის, თიხნარიანი ქვიშის, თიხნარისა და თიხისაგან. პიკური აჩქარებები, რომლებიც ჩაიწერა კაშხალის ძირზე და თხემზე, შეადგენდა 0,48g და 0,55g შესაბამისად. ჩანაწერების ანალიზის შედეგად დადგინდა, რომ დაცურება დაიწყო მიწისძვრით გამოწვეული რხევების შეწყვეტიდან 20-30სეკ. შემდეგ. ასე, რომ დიდი დაცურებითი მოძრაობა განვითარდა სეისმური დატვირთვის გარეშე მხოლოდ კაშხალის წონით გამოწვეული სტატიკური ძაბვების შედეგად. მიწისძვრამდე კაშხალი სტაბილური იყო სტატიკური ძაბვების მიმართ. მას შემდეგ, რაც მიწისძვრა დამთავრდა, ფუძემ ვერ გაუძლო სტატიკურ ძაბვებს და დაინგრა. მთლიანი დრო, რომელიც გავიდა მიწისძვრის დაწყებიდან დიდი დაცურებითი მოძრაობის შეწყვეტამდე, შეადგენდა 2 წუთს. დაცურების შემდგომი დათვალიერებით დადგინდა, რომ პრაქტიკულად მთლიანად გათხევადებულმა გრუნტმა ამ ზონის შიგნით განიცადა ექსტრემალურად დიდი დეფორმაცია.

გათხევადება ისეთი ფენომენია, როდესაც ფუძის მასების ძვრის მედეგობა მცირდება მონოტონური, ციკლური ან დინამიკური განსაზღვრული სიდიდის დატვირთვის ზემოქმედების შედეგად. ამ დროს განვითარებული ხანგრძლივი ძვრის დეფორმაციები იწვევენ ამ მასების დენადობას მანამდე, სანამ ძვრის ძაბვები უფრო მცირეა, ვიდრე შემცირებული ძვრის სიმტკიცე. გათხევადების განსაზღვრა სხვანაირადაც შეიძლება: ძვრის სიმტკიცის დაკარგვა ხდება მაშინ, როცა ფუძის მასები დეფორმირებულია პრაქტიკულად არადრენირებულ მდგომარეობაში და როდესაც მასებზე ზემოქმედებას იწყებს ძვრის ძაბვა და შესაბამისად დეფორმაცია. ამ მასებს შეუძლია გაუძლოს ზედაპირზე ძვრის ძაბვას, როცა ხდება დრენირება, მაგრამ ეს არ მოხდება, თუ საკმარისი საწყისი ძაბვა განვითარებულია არადრენირებულ მდგომარეობაში. მხოლოდ იმ ფუძეებს შეუძლია გამოავლინონ გათხევადების ეფექტის მიმართ ძვრის სიმტკიცე, რომლებსაც უნარი აქვთ მოცულობის შემცირებისა ძვრის ძაბვების ზემოქმედების შემთხვევაში. ამიტომ კუმშვადი ფუძეები არ არიან მგრძნობიარენი გათხევადების ეფექტისადმი, თუ წარმოქმნილი ძვრის ძაბვა ზედაპირზე საკმაოდ დიდი სიდიდის არ არის.

გათხევადება შეიძლება განვითარდეს წყლით გაჯერებულ ქვიშაში, თიხნარში და დენად თიხაში. გათხევადება შეიძლება განვითარდეს აგრეთვე ქვიშის ან თიხნარის ძალიან დიდ მასივში, რომელიც მშრალი და არამკვრივია და ამავე დროს ისეა დატვირთული, რომ ჰაერის გამოდევნა სიცარიელეებიდან შეზღუდულია./16/

ფუძე, რომელზედაც მოქმედებს ციკლური ძვრის ძაბვა, ავლენს სხვადასხვა რეაქციას, რომელიც დამოკიდებულია ფუძის თვისებებზე, ფუძეში არსებულ ძაბვებზე და ციკლური ძაბვების ხანგრძლივობაზე./17/. უმთავრესი მიზეზი ძვრის სიმტკიცის შემცირებისა არის ფოროვანი დაწნევის სიჭარბე გაჯერებულ ფუძეში მიწისძვრის დროს, რადგანაც ჭარბი ფოროვანი დაწნევის დისიპაცია არ ხდება ისე სწრაფად, როგორადაც იგი გროვდება შეჭიდულობის არამქონე მასალაში მაღალი შეღწევადობის უნარით, ამიტომ შედეგად ეს მასალა კარგავს ძვრისადმი სიმტკიცეს.

წყლით გაჯერებული ქვიშის დანალექის გათხევადება ისეთი პროცესია, რომლის დროსაც დინამიკური ძვრის ძაბვები და დეფორმაციები, რომლებიც ვითარდება მიწისძვრის დროს, არღვევს ქვიშის მარცვლებს შორის კონტაქტს. როდესაც გაჯერებულ ფხვიერ ქვიშაზე მოქმედებს ძვრის დატვირთვა, ხდება მისი შემჭიდროვება და წყლის ფოროვანი წნევა იზრდება. ამ დროს მცირდება ეფექტური ძაბვები ფუძეში და ისინი ნულამდე ეცემა. ფუძეს აღარა აქვს ძვრის ძაბვებისადმი მედეგობა და ის გადადის თხიერ მდგომარეობაში. (ეფექტური ძაბვები ის ძაბვებია, რომლებიც უშუალოდ გრუნტის ჩონჩხის ნაწილაკებისაგან გადაეცემა ნაწილაკებს და რომლებიც ცვლიან გრუნტის მასის მოცულობას და იწვევენ გრუნტში შინაგან ხახუნს).გათხევადება ძირითადად ვითარდება 0,075-0,20 მმ-ის ზომის მარცვლებიან ქვიშაში.

ძაბვები, რომლებიც მოქმედებენ წყალგაჯერებულ ქვიშის მასის შიგნით, იყოფა ორ ტიპად:

1. ძაბვები, რომლებიც გადაეცემა უშუალოდ გრუნტის ჩონჩხის ნაწილაკებისაგან ნაწილაკებს;
2. ძაბვები, რომლებიც მოქმედებენ სითხის შიგნით, რომლითაც შევსებულია ფორები.

პირველი, როგორც უკვე ავღნიშნეთ, წარმოადგენს ეფექტურ ძაბვებს, მეორე კი – ფოროვანი დაწნევაა ან ნეიტრალური ძაბვა. მხოლოდ ეფექტურ ძაბვებს შეუძლია შეცვალოს გრუნტის მასის მოცულობა და მხოლოდ ეს ძაბვები იწვევენ გრუნტში შინაგან ხახუნს.

სრული დაწნევა p, რომელიც შედგება ეფექტური p’ და ფოროვანი u_w დაწნევისაგან იქნება

p = p’ + uw (1)

აქ p’ = z γ , სადაც z არის შეტივტივებული გრუნტის სისქე; γ არის შეტივტივებული გრუნტის მოცულობითი წონა.

γ = (γg - γw) (2)

მიწისძვრის დროს გრუნტის ჰორიზონტალურ დანალექზე მოქმედი ძალები მოცემულია ნახ.3. ვერტიკალური და ჰორიზონტალური ეფექტური ძაბვები, რომლებიც მოქმედებენ დანალექზე, აღნიშნულია σ_z და k₀σ_z-ით. აღნიშნავს გრუნტის დაწნევის კოეფიციენტს მშვიდ მდგომარეობაში. ძვრის ძაბვები, რომლებიც წარმოიქმნება განივი ბრტყელი ტალღებისაგან, აღნიშნულია τ–თი.

როგორც ითქვა, თუ წყლის ფოროვანი დაწნევა ფუძის შეუმჭიდროებულ მასაში იზრდება იმ დრომდე, როცა ის გაუტოლდება გარედან მოდებულ დაწნევას, ასეთ შემთხვევაში შეიძლება ითქვას, რომ ფუძე გაწყლოვანდა თუ გათხევადება განვითარდა ფუძის მასის იმ ზონაში, რომელიც მთლიანად შემოზღუდული არ არის სხვა ტიპის დანალექით, შედეგად გვექნება გრუნტის მასების ჰორიზონტალური დაცურება ჩაუმაგრებელი ზედაპირის მიმართულებით.

ნახ.4. გრუნტის ზედაპირის ქვეშ დანალექზე მოსული დატვირთვა და მიწისძვრის შედეგად მასში განვითარებული ძვრის დეფორმაცია

თუ მოძრაობა ფარდობითად მცირეა მცურავი მასების ზომებთან შედარებით, მაშინ მივიღებთ გათხევადებით გამოწვეულ მეწყერს, რასაც თან ერთვის გრუნტის დაჯდომა და ბზარების გაჩენა. ეს ყველაფერი შეიძლება განვითარდეს მიწისძვრის დროს ქვიშის ფენებში, რომლებიც დევს სტაბილური ფუძის მასების ქვეშ /14/. ქვიშის ფენის გათხევადების შესაძლებლობა განისაზღვრება ქვიშის საწყისი მდგომარეობით, მიწისძვრის დროს აღძრული ციკლური ძაბვების სიდიდით, ქვიშაში მიწისძვრამდე არსებული საწყისი ძაბვებით და ქვიშის ფენების დისიპაციის უნარით. გათხევადების განვითარებისათვის მიწისძვრის დროს განსაკუთრებულ ინტერესს იწვევს ციკლური ძაბვის კოეფიციენტი τ/σ’₀–ის ცოდნა. აქ τ არის ძვრის ძაბვის შეფარდება საწყის ნორმალურ ეფექტურ ძაბვასთან, σ’0-თან. შემჩნეულია, რომ რაც უფრო დიდია ეს შეფარდება ციკლური ძაბვების მოდებამდე, მით უფრო მეტია გათხევადებისაგან განვითარებული სირთულეები.

ციკლური ძაბვის კოეფიციენტი ისაზღვრება შემდეგნაირად /18.19.20/:

τ/σ’₀ = 0,65 r_d a_max σ₀/σ’₀ g (3)

აქ a_max არის მაქსიმალური აჩქარება გრუნტის ზედაპირზე;

σ₀ არის მთლიანი ზედაპირული დაწნევა ქვიშის ფენაზე განხილულ მდგომარეობისათვის;

σ’₀ არის საწყისი ეფექტური დაწნევა ქვიშის ფენაზე განხილული მდგომარეობოსათვის;

r_d არის ძაბვის შემცირების ფაქტორი 1-დან გრუნტის ზედაპირიდან 0,9-მდე 9 მ-ის სიღრმეში:

r_d=1-0,015d (4)

d არის სიღრმე მეტრებში

0,65 მიუთითებს, რომ τ არის აბსოლუტური ძვრის ძაბვების 65%.

ციკლების რიცხვი დამოკიდებულია მიწისძვრის ხანგრძლივობაზე და მაგნიტუდაზე. თუ მაგნიტუდა M=7, ციკლების საჭირო რიცხვი იქნება 10; თუ M=7,5, ციკლების საჭირო რიცხვი იქნება 20; და თუ M=8, მაშინ ციკლების რიცხვი იქნება 30.

კრიტიკული ციკლური ძაბვის კოეფიციენტი, რომელიც საჭიროა 100%-ანი ფოროვანი დაწნევის კოეფიციენტის განსაზღვრისათვის, შეიძლება გამოითვალოს ან ლაბორატორიული ციკლური გამოცდების შედეგად ან კორელაციით სტანდარტული პენეტრაციის მაჩვენებლის SPT(N₁)60-ს მიხედვით. ემპირიული მეთოდი გამოიყენება საველე პირობებში გათხევადების ეფექტის დასახასიათებლად, რაც გამოწვეულია ბუნებრივი მიწისძვრებით ან აფეთქებებით. ეს მეთოდი ემყარება მთელ მსოფლიოში ადრე მომხდარი მიწისძვრების შედეგად ქვიშის დანალექის გათხევადების მდგომარეობის შესწავლას და ლოკალურ ტერიტორიაზე იყენებს SPT(N₁)60 გრაფიკს, რომელიც სხვა არაფერია, თუ არა ემპირიული გრაფიკი, რომელიც გვაძლევს განსხვავებას ფუძის გათხევადების შესაძლებლობასა და არშესაძლებლობას შორის. მის მახასიათებლად ითვლება სტანდარტული პენეტრაციის მედეგობის კრიტიკული სიდიდე, N_კრიტ. რომელიც განსაზღვრულია როგორც SPT სიდიდე გარკვეულ სიღრმეზე, რომელიც არ იცვლება მიწისძვრამდე და მის შემდეგ. ზოგი მას განსაზღვრავს, როგორც ზღვარს მსუბუქ და მძიმე დაზიანებებს შორის ნაგებობის ფუძეში (50 სმ-ზე მეტი ჯდენა ან 1^o –ით შემობრუნება / 18 /). იმ ქვეყნებში, სადაც არ არსებობს პრაქტიკული მონაცემები, კრიტიკული შPთ(N1)60 გრაფიკი ჩადებულია სამშენებლო კოდებში, კერძოდ აშშ-ში, ჩინეთში, იაპონიაში. SPT პროცედურის ღირებულება მის სიმარტივეშია და იგი განიხილება უმეტესი ინჟინრების მიერ როგორც საუკეთესო მეთოდი დღესდღეობით გათხევადებისადმი მედეგობის განსაზღვრისათვის. სტანდარტული პენეტრაციის მაჩვენებელი SPT წარმოადგენს მნიშვნელოვან ბაზას ფუძის გათხევადების ეფექტის პოტენციალის განსაზღვრისათვის და იგი ფართოდ გამოიყენება გაჯერებული ფუძის დანალექში გათხევადებისადმი მედეგობის შესაფასებლად. ამ პროცედურით გათხევადების კონტროლის ფაქტორის კორელაცია უკეთესად ხდება, ვიდრე ფარდობითი სიმკვრივით. ერთადერთი კრიტიკული საკითხია ის, რომ მეთოდი არ განიხილავს არც ფოროვანი დაწნევის განვითარების საკითხს და არც დატვირთვის ხანგრძლივობას. სიდიდე არ გამოიყენება ღორღიანი ქვიშისათვის და იგი არც მგრძნობიარეა წარსულში განვითარებულ დეფორმაციებისადმი.

სტანდარტული პენეტრაციის მედეგობა, SPT, რომელიც აცალკავებს გათხევადებისა და არგათხევადების მდგომარეობას 1,5 მ-ის სიღრმეზე, გამოითვლება შემდეგნაირად / 24 /:

N_კრიტ. = N [1+0,125(d_s-3)–0,05(d_w–2)] (5)

სადაც d_s არის განხილულ ადგილას ქვიშის ფენის სისქე, მ-ში;

d_w არის გრუნტის ზედაპირის ქვეშ წყლის დონის სიღრმე, მ-ში.

N არის ინტენსიურობაზე დამოკიდებული ფუნქცია, რომელიც მოყვანილია 2 ცხრილში.

ცხრილი 2;

მოდიფიცირებული მერკალის სკალა	დარტყმა 30 სმ2-ზე
VII	6
VIII	10
IX	16

ნახ 5,a-ზე მოცემულია სტანდარტული პენეტრაციის მაჩვენებლის მრუდები /24,25/, რომელებიც გვიჩვენებენ ემპირიულ დამოკიდებულებას ქვიშის შესაძლო გათხევადებასა და SPT დარტყმების რიცხვს შორის ქვიშის სიწმინდის მიხედვით 7,5 მაგნიტუდისათვის. აბსცისაზე გვაქვს SPT დარტყმების რიცხვი შესწორებული ეფექტური ზედაპირული დაწნევით 1ტ/30სმ²-ზე უროსათვის 60%-ანი თავისუფალი ვარდნის ენერგიისათვის ანუ ფუძის სიმტკიცე. ციკლური ძაბვის კოეფიციენტი, τ_av /σ’₀, რომელიც საჭიროა 100%-ანი ფოროვანი დაწნევის კოეფიციენტისათვის, ანუ გრუნტის მოძრაობის ინტენსიურობა, მოცემულია ორდინატაზე. τ_av არის ექვივალენტური მუდმივი ციკლური განივი ძაბვისა, რომელიც ჩნდება მიწისძვრის დროს. σ’₀ არის ვერტიკალური ეფექტური ძაბვა. ამიტომ საჭიროა ჯერ განისაზღვროს ციკლური ძაბვის კოეფიციენტი გრუნტის რომელიმე სიღრმეზე ისეთ გრუნტებში, რომელიც შეიძლება გათხევადდეს და შემდეგ განივი ძაბვა, გამოწვეული მიწისძვრისაგან, უნდა შედარდეს განივ ძაბვასთან, რომელიც იწვევს გათხევადებას.

ციკლური ძაბვის კოეფიციენტი მაგნიტუდის სხვა მნიშვნელობისათვის შეიძლება მიღებული იქნას 7,5 მაგნიტუდის მრუდის რეგულირებით 3 ცხრილში მოცემული სიდიდეების გამოყენებით. (ნახ.5,b). / 24,27 /

ცხრილი 3

მიწისძვრის მაგნიტუდა	0,65max-სთვის საჭირო ციკლების რაოდენობა	მარეგულირებელი ფაქტორი
8,5	26	0,89
7,5	15	1,0
6,75	10	1,13
6,0	5	1,32
5,25	2-3	1,5

საერთოდ დადასტურებულია ჯებირებისა და მიწის კაშხალების 2 აშკარად გამოხატული ტიპი ქცევისა მიწისძვრის დროს: 1. ფხვიერი საშუალო სიმკვრივემდე ქვიშის ფერდობები, რომლებიც მგრძნობიარენი არიან ცალკეული დატვირთვით გამოწვეული ფოროვანი დაწნევის გაზრდის მიმართ, რასაც შედეგად მოჰყვება ძვრისადმი სიმტკიცის შემცირება და პოტენციალურად დიდი მოძრაობა, მთლიანად ინგრევიან და 2. შეჭიდულობის უნარიანი თიხის, მშრალი და ზოგიერთი სიმკვრივის ქვიშის შემთხვევაში ფოროვანი დაწნევის გაზრდის პოტენციალი დაბალია, ამიტომ ციკლური დეფორმაციებიც ჩვეულებრივად მცირეა და გრუნტის მასა ინარჩუნებს მისი სტატიკური არადრენირებული ძვრისადმი მედეგობის დიდ ნაწილს /8/.

სხვადასხვა ქვეყნებში მიწისძვრების შედეგად მიწის ჯებირებისა და კაშხალების ქცევის შესწავლის შედეგად გაკეთებულია შემდეგი დასკვნები /12/:

1. უმეტესი მონალექყრილიანი კაშხალები მრავალი წლის განმავლობაში ინარჩუნებენ მდგრადობას და თუ მათი ფერდობები აგებულია ზომიერი ქანობით კარგ ფუნდამენტზე, ისინი გაუძლებენ საშუალოდ ძლიერ რყევას დაახლოებით 0,2g აჩქარებით, მიწისძვრის მაგნიტუდით 6,5-7 შესამჩნევი დაზიანების გარეშე.
2. კარგად აგებული კაშხალი გაუძლებს საშუალო მიწისძვრის რყევას პიკური აჩქარებით 0,2 g დაზიანების ეფექტის გარეშე.
3. კაშხალებს,რომლებიც აგებული არიან თიხის გრუნტით თიხიან ან კლდოვან ფუნდამენტზე, შეუძლიათ გაუძლონ ძლიერ მიწისძვრებს აჩქარებით 0,35 g-0,8 g–მდე, მაგნიტუდით 8,25, შესამჩნევი დაზიანების გარეშე.
4. კაშხალებისათვის, რომლებიც აგებულია გაჯერებული შეჭიდულობის არამქონე გრუნტით და განიცდიან ძლიერ რყევას, დაზიანების მთავარი მიზეზი არის წყლის ფოროვანი დაწნევის გაზრდა და სიმტკიცის დაკარგვა, რაც შეიძლება განვითარდეს წყლის ფოროვანი დაწნევის შედეგად. ასეთი კაშხალებისათვის ფსევდო-სტატიკური ანგარიშის მეთოდის გამოყენება სიფრთხილით უნდა მოხდეს.
5. ზოგიერთი კაშხალი დაინგრა მიწისძვრის შემდგომ 24 საათში, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ კაშხალის გრუნტის მოძრაობა, გამოწვეული ფილტრაციით ნაპრალებში, ხდება მიწისძვრის რყევის შედეგად და ეს არის მიზეზი დანგრევისა. ამიტომ საჭიროა შესაბამისი ფილტრების მოწყობა კაშხალებში სეისმურ რეგიონებში, რათა არ განვითარდეს პროგრესულად ეროზია და წყალმა არ შეაღწიოს ნაპრალებში.

შენიშვნა: დინამიკური ანგარიშების ჩასატარებლად მაღალი კაშხალების საერთაშორისო კომისიის მიწისძვრების კომიტეტი იძლევა შემდეგ რეკომენდაციას: მაღალი ჯებირების კაშხალები, რომელთა დაზიანებას შეუძლია გამოიწვიოს მსხვერპლი ან დიდი ნგრევა, უნდა გაანგარიშებული იყოს ფსევდო-სტატიკური მეთოდით, რათა შემდგომ გამოკვლეული იყოს ის ნაკლი, რომელიც შეიძლება წარმოიქმნას ამ მეთოდით ანგარიშის დროს. დაბალი კაშხალებისათვის იგივე კომიტეტი იძლევა რეკომენდაციას, რომ ანგარიშის დროს გამოყენებული უნდა იქნეს სეისმურობის კოეფიციენტის ჰორიზონტალური მდგენელის მუდმივი სიდიდე. ამავე დროს ეს კომიტეტი მიუთითებს, რომ მიწისძვრით გამოწვეული ჰორიზონტალური აჩქარება იცვლება კაშხალის სიმაღლის მიხედვით და ანგარიში გამყარებული უნდა იქნეს მოდელური გამოცდებით./8/

ნახ.5. დამოკიდებულება გათხევადების ეფექტის გამომწვევი ციკლური ძაბვის კოეფიციენტსა და SPT(N₁)60—ის მნიშვნელობას შორის ა)M=7,5 და ბ) სხვადასხვა მაგნიტუდისათვის.