اقرأ في هذا المقال
- ماذا يعني فشل المنحدرات داخل مواقع البناء؟
- أسباب فشل المنحدر داخل مواقع البناء
- أسئلة مكررة حول أسباب فشل المنحدرات داخل مواقع البناء
ماذا يعني فشل المنحدرات داخل مواقع البناء؟
عدم استقرار التربة هو ميل التربة للحركة الصاعدة أو الجانبية أو الهبوطية بسبب عوامل طبيعية مثل ضغط المياه في المسام والتشقق والزلازل وما إلى ذلك. حيث أنه من الأهمية بفهم العوامل التي تسبب عدم استقرار المنحدرات والتي تتمثل في:
- بناء وتصميم منحدرات جديدة.
- إصلاح المنحدرات القديمة التي تعطلت قبل العمر الافتراضي المحدد لها.
عند تصميم منحدر جديد، من المهم توقع التعديلات في الخواص الكيميائية والميكانيكية للتربة داخل المنحدر. وعادة ما تتطور هذه التعديلات بمرور الوقت في ظل ظروف تحميل ونضح مختلفة وقد تؤثر على استقرار المنحدر على المدى الطويل.
لإصلاح المنحدرات التي تعطلت قبل العمر الافتراضي المقصود، من الضروري التعرف على المواقف والمكونات التي أدت إلى الفشل، بحيث يمكن الحفاظ على استقرار هذه المنحدرات، ويمكن تجنب الفشل في المستقبل. كما تتحدث هذه المقالة عن الأسباب المختلفة التي تؤدي إلى فشل المنحدرات.
أسباب فشل المنحدر داخل مواقع البناء:
المعيار الأساسي لتحقيق منحدر مستقر هو التأكد من أن مقاومة القص للتربة أعلى من إجهاد القص الذي قد يسبب الفشل. وإذا لم يتم استيفاء هذا المطلب الأساسي، فقد يصبح المنحدر غير مستقر ويفشل. فيما يلي الطرق التي يمكن أن تؤثر على ثبات المنحدرات:
- انخفاض مقاومة القص للتربة.
- الزيادة في إجهاد القص الذي يؤدي في النهاية إلى فشل التربة.
1. انخفاض قوة القص للتربة:
يمكن أن تؤدي عدة عوامل إلى انخفاض مقاومة القص للتربة. حيث أن العوامل التالية ذات أهمية خاصة فيما يتعلق باستقرار المنحدر.
1- زيادة في ضغط المياه المسامية في التربة:
الزيادة المتكررة في منسوب المياه الجوفية والتسرب إلى الأعلى، كنتيجة للأمطار الغزيرة غير المألوفة، هي الأسباب الأكثر شيوعًا لزيادة ضغط المياه في المسام. نتيجة لذلك، تقل الضغوط الفعالة المصاحبة مع زيادة ضغط الماء في المسام.
والأهم من ذلك، أن نفاذية التربة تحدد الوقت اللازم للتصريف الفعال لضغط المياه المسامية، وبالتالي، بالنسبة للتربة عالية النفاذية، يمكن أن تحدث التعديلات في ظروف المياه الجوفية بسرعة، في حين أن التعديلات بطيئة بالنسبة للتربة منخفضة النفاذية.
في الغالب، تتمتع التربة الطينية بمؤشر نفاذية منخفض للغاية. وبالتالي، فإنّ التغير في مقاومة القص للتربة الطينية يحدد الاستقرار طويل المدى للمنحدر بينما في حالة التربة الرملية، يجب تقييم الاستقرار قصير المدى.
2- التكسير في التربة:
غالبًا ما يسبق فشل المنحدر تقدم الكسور عبر التربة بالقرب من قمة المنحدر. حيث تظهر هذه الكسور كنتيجة للتوتر في التربة على سطح الأرض الذي يتجاوز قوة شد التربة. لذلك، مع انخفاض قوة شد التربة، تقل أيضًا قوة القص على مستوى التصدع.
3- التورم في التربة:
يتضخم الطين عالي اللدونة والطين المتماسك بسهولة عندما يتلامس مع الماء. كما يمكن أخذ مثال كلاسيكي على تحديد الفشل بسبب التورم من حالة في هيوستن، تكساس، حيث فشلت سدود الطرق السريعة التي تم بناؤها باستخدام طين مضغوط للغاية من البلاستيك بعد عشر سنوات نتيجة التورم وفقدان قوة القص.
4- تحلل حشوات الحجر الطيني في التربة:
يمكن استخدام الحجر الطيني والصخر الزيتي كمواد حشو في المفاصل الصخرية عن طريق تقسيمها إلى قطع لتشكيل صخرة سليمة يمكن أن تكون مستقرة نسبيًا بعد الضغط. ومع ذلك، مع مرور الوقت، حيث تتلامس الحشوة المضغوطة مع المياه الجوفية أو المياه المتسربة، يمكن أن يؤدي تفكك الحشوة المضغوطة إلى كتل من جزيئات الطين.
ثم تنتفخ هذه القطع من جزيئات الطين في المساحات المفتوحة داخل الحشوة، ممّا يتسبب في انخفاض مقاومة القص للتربة، وجعل الحشوة غير مستقرة.
5- الزحف في التربة:
تحت التحميل المستمر، تخضع الصلصال البلاستيكية العالية للتشوه المستمر. لذلك، بعد فترة معينة، قد يفشل الطين في النهاية، حتى في ضغوط القص المنخفضة. حيث أنه يزداد تأثير الزحف سوءًا في ظل الأحمال الدورية مثل ظروف التجميد والذوبان والترطيب والتجفيف.
عندما تكون هذه الظروف المتغيرة دوريًا في أقصى درجاتها غير المواتية، فإنّ حركة التربة داخل المنحدر تحدث في اتجاه المنحدر. لذلك، على المدى الطويل، قد تتطور حركة منحدر يؤدي في النهاية إلى فشل المنحدر على طول المستوى الحرج.
6- الترشيح في التربة:
عندما تتسرب المياه عبر فراغات التربة، تبدأ الخواص الكيميائية والميكانيكية للتربة في إجراء تعديلات. حيث تُعرف هذه العملية بالنضج. في حالة الطين البحري، يلعب الرشح دورًا مهمًا لأنه يساهم في تطوير الظروف الطينية السريعة، ولا تتمتع هذه الصلصال بأي قوة عند الانزعاج.
7- تليين الإجهاد في التربة:
ظاهرة تليين الإجهاد مرتبطة بالتربة الهشة. كما في منحنى الإجهاد والانفعال للتربة الهشة، عندما يصل الضغط الحرج إلى الذروة، تقل قوة القص للتربة الهشة مع مزيد من الضغط المستمر. وهذا النوع من سلوك الإجهاد والانفعال يؤدي إلى فشل تدريجي، وبالتالي خلق مسار لفشل المنحدر.
8- التجوية في التربة:
تُعرف العملية التي تفقد فيها الصخور والتربة قوتها بسبب التعديلات في الخصائص الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية بواسطة عوامل خارجية مثل المياه والرياح وتغير درجة الحرارة وما إلى ذلك باسم التجوية.
تقلل التجوية بشكل كبير من قوة القص للتربة. في أسوأ الحالات، يمكن للعوامل الجوية أن تغير البنية الكاملة للصخور والتربة، وتحول منحدرًا قويًا ومستقرًا إلى منحدر غير مستقر.
9- التحميل الدوري في التربة:
تحت تأثير الأحمال الدورية، قد تنكسر الرابطة بين جزيئات التربة، وقد يزداد ضغط الماء في المسام، ممّا يؤدي إلى فقدان القوة. حيث أنه قد تتشبع التربة الرخوة بسبب زيادة ضغط الماء المسامي وتفقد كل قوتها تحت التحميل الدوري بسبب التميع.
2. زيادة إجهاد القص للتربة:
حتى إذا ظلت قوة القص للتربة سليمة، فإنّ التغيير في إجهاد القص بسبب زيادة التحميل قد يزعزع استقرار المنحدرات. حيث أنه سيتم مناقشة العوامل التي يمكن من خلالها زيادة ضغوط القص أدناه:
1- الأحمال على قمة المنحدر في التربة:
إذا تم تحميل الأرض الموجودة أعلى منحدر، فإنّ إجهاد القص اللازم لتوازن المنحدر سيكون أكثر. وإذا تم إبعاد الأحمال عن قمة المنحدر، فسيكون من الممكن منع زيادة ضغوط القص.
2- ضغط الماء في الكسور في التربة:
يمكن أن يصبح المنحدر غير مستقر إذا تمتلئ الكسور الموجودة في الجزء العلوي من المنحدر بالماء. حيث يؤدي الضغط الناتج عن الماء في الكسور إلى تحميل التربة وزيادة إجهاد القص. وإذا ظلت الشقوق مملوءة بالماء من أجل التسرب نحو سطح المنحدر لتأسيسها، فإنّ ضغط ماء المسام في التربة سيزداد، ممّا يؤدي إلى حالة أسوأ.
3- نتيجة لزيادة وزن التربة:
يمكن أن يؤدي التسرب إلى التربة داخل منحدر إلى زيادة المحتوى المائي للتربة، وبالتالي زيادة وزنها. وإذا كانت هذه الزيادة في الوزن كبيرة، وبالتحديد مع مزيج من القوى الأخرى، فقد تؤدي إلى فشل المنحدر.
4- التنقيب في التربة:
الحفر الذي يجعل المنحدر أكثر حدة سيزيد من إجهاد القص في التربة داخل المنحدر ويقلل من الاستقرار. حيث أنه تحلل التربة بواسطة مجرى مائي عند قاعدة منحدر له نفس النتيجة.
5- انخفاض مستوى الماء عند قاعدة المنحدر في التربة:
يوفر ضغط الماء الخارجي الذي يعمل على سطح المنحدر نتيجة استقرار. وبدلاً من ذلك، سيصبح المنحدر غير مستقر إذا انخفض محتوى الماء عن طريق زيادة إجهاد القص.
عندما ينخفض هذا المستوى بسرعة، ولا يتم تقليل ضغوط المسام داخل المنحدر وفقًا للانخفاض في مستوى الماء في الخارج، سيكون المنحدر أقل استقرارًا. كما تُعرف هذه الظاهرة بحالة التراجع السريع وهي مهمة لتصميم المنحدرات المغمورة جزئيًا.
6- تعرض المنحدرات للزلازل:
في حالة حدوث زلزال، تتعرض المنحدرات لسرعات رأسية وأفقية تؤدي إلى اختلافات دورية في الضغوط داخل المنحدر. وهذا يزيدهم فوق قيمهم الثابتة لفترات وجيزة، تدوم لثوانٍ أو أجزاء من الثانية. كما أنه حتى إذا لم يتسبب الاهتزاز في أي تعديل في قوة التربة، فإنّ ثبات المنحدر سيقل خلال تلك اللحظات السريعة عندما تعمل القوى الديناميكية في اتجاهات معاكسة.
أسئلة مكررة حول أسباب فشل المنحدرات داخل مواقع البناء:
1- ما هي تأثيرات السطوح الملساء على ثبات المنحدر؟
عادة ما تظهر المساحات ذات السطح المرن في الطين، خاصة في الطين اللدن للغاية، بسبب الانزلاق على طائرات القص الحرجة. وبسبب إزاحة القص على الطائرات الفريدة، تحدث إعادة تنظيم جزيئات الطين بالتوازي مع المستوى الحرج للانزلاق.
هذا يؤدي إلى تطوير سطح أملس مع بريق باهت يعرف باسم السطوح الملساء. وتكون المساحات السطحية لسطح السطوح الملساء أضعف من الطين المحيط وزاوية الاحتكاك منخفضة جدًا. لذلك، تقل قوة القص للمنحدرات بشكل كبير في تلك المنطقة، ممّا يؤدي إلى منحدر غير مستقر.
