თავი 1 - ბუნებრივი და ხელოვნური ფერდობების სტატიკური და სეისმური მდგრადობის ზოგიერთი ასპექტი

ვიკიწიგნებიდან
Jump to navigation Jump to search

სარჩევი

ფერდობების მდგრადობის გაანგარიშების განვითარება გეოტექნიკაში მჭიდროდ არის დაკავშირებული გრუნტების მექანიკის განვითარებასთან და მასთან ერთად ერთ მთლიანობას შეადგენს.

ბუნებრივი ფერდობები, რომლებიც დიდი ხნის განმავლობაში ინარჩუნებენ მდგრადობას, ხშირად ინგრევიან გარემოს ტოპოგრაფიის შეცვლის, სეისმური ზემოქმედებისა და გრუნტის წყლების დინებისაგან გამოწვეული სიმტკიცის დაკარგვის და ძაბვების ცვლილების გამო. თუ ცნობილია, რომ ბუნებრივ ფერდობში არსებობს ძველი დაცურების ზედაპირი, რომელიც ხშირად წარმოადგენს შედეგს ადრე განვითარებული მეწყერისა ან ტექტონიკური აქტიურობისა, მაშინ ეს იძლევა საშუალებას ფერდობის ქცევის შეფასებისა მომავალში. ფერდობის მდგრადობის პრობლემა აქტუალური გახდა მას შემდეგ, რაც ადამიანის საქმიანობის შედეგად დაირღვა მყიფე ბალანსი ადამიანსა და ბუნებას შორის, რაც გამოიხატა ხელოვნური - ნათხარი და ნაყარი ფერდობების დაკონსტრუირების მოთხოვნილების გაზრდაში. ამ უკანასკნელმა კი თავისთავად დღის წესრიგში დააყენა ფერდობების საანგარიშო მეთოდებისა და კვლევების საშუალებების განვითარება, რის მიხედვითაც შესაძლებელი ხდება ფერდობების სტაბილურობის პრობლემების გადაწყვეტა. გეოლოგია, ჰიდროგეოლოგია და გრუნტის თვისებები წარმოადგენს ფერდობის მდგრადობის ცენტრალურ პრინციპულ საკითხებს და შესაბამისად ანგარიშები უნდა ეფუძნებოდეს ფერდობის ისეთ მოდელს, რომელიც ზუსტად ასახავს ფერდობის ზედაპირის პირობებს, გრუნტის ქცევას და ფერდობზე მოსულ დატვირთვას, რაც ასევე დაკავშირებულია ფერდობის წარმოშობასთან - ბუნებრივია ის თუ ხელოვნური.

სეისმური ზემოქმედების ეფექტის შესწავლა ერთერთი ცენტრალური საკითხია ფერდობების მდგრადობის განხილვისას.

მიწისძვრის დროს შესაძლებელია როგორც ბუნებრივი, ასევე ხელოვნური ფერდობების დანგრევა-დაზიანება, თუ მიწისძვრის მაგნიტუდამ 5,5-ს გადააჭარბა. ბუნებრივ ფერდობებზე შეიძლება ამ დროს განვითარდეს მეწყერი, რომელიც დასახლებულ პუნქტებს დიდი ნგრევით და მსხვერპლით დაემუქრება.

კატასტროფული მეწყერის მაგალითად მე-20 საუკუნეში გამოგვადგება 1920 წელს მიწისძვრით გამოწვეული მეწყერი ჩინეთში 100000-ანი მსხვერპლით; 1964 წლის მიწისძვრა ალიასკაზე, რომელსაც დიდი ნგრევა მოჰყვა; 1963 წელს იტალიაში ვაიონტის თაღოვანი კაშხალის აუზში განვითარებული მეწყერი, რომელმაც 2300 ადამიანი იმსხვერპლა /1/ და 2006 წელს თებერვალში ფილიპინებზე მომხდარი მეწყერი 2000 დაღუპულით.

გარდა ამისა მეწყერი აზიანებს ინფრასტრუქტურასაც, რაც დიდ მატერიალურ ზარალთან არის დაკავშირებული. ამას ადასტურებს ქვემოთ ფოტოებზე მოყვანილი შემთხვევები /13/

მეწყერით გამოწვეული მიწისქვეშა მილსადენის (სურ.1) და ჰიდრანტის (სურ.2) დაზიანება იაპონიაში.

მიწის ზედაპირის მიმართ დახრილი და ჩაუმაგრებელი ფერდობის გრუნტის ნაწილაკები სიმძიმისა და სხვა ძალების ზემოქმედებით ცდილობენ გადაადგილდნენ ქვემოთ ფერდის მიმართულებით, რომლის დროსაც სტატიკური წონასწორობა ფერდობისა შენარჩუნებულია მხოლოდ ან ხახუნის ძალის წინაღობით, ან შეჭიდულობის ან სხვა პასიური ძალებით. ეს წონასწორობა შეიძლება დარღვეული იქნეს, თუ მოხდა იმ ძალების დროებითი ზრდა, რომლებიც მოქმედებენ ფერდობის მიმართულებით ქვემოთ, ან თუ შემცირდება იმ გრუნტის ფენების წინაღობა ძვრისადმი, რომლებიც შეადგენენ ფერდობის სიზრქეს.

თუ მოხდა უეცარი დაცურება გრუნტის მნიშვნელოვანი მასისა ფერდობზე, მაშინ გვაქვს მეწყერი, რომელიც ორი ტიპისაა და განსხვავდება ერთმანეთისაგან გამოვლინების ფორმით. პირველი ტიპის შემთხვევაში დანგრევის პირველი ბზარები ჩნდება ფერდობის ზედა ნაწილში და შემდეგ დაძრული გრუნტის მასივი გადაადგილდება დაცურების ისეთ ზედაპირზე, რომელსაც დაახლოებით წრიული რკალის ფორმა აქვს და მას ცილინდრული დაცურების მეწყერი ჰქვია. მეორე ტიპის შემთხვევაში დაცურების ზედაპირად განიხილება გრუნტის მასივში არსებული რაღაც ბუნებრივად შესუსტებული ზონა, რომელიც ხშირად განლაგებულია ჰორიზონტალურ ან მასთან მიახლოებულ სიბრტყეში. ასეთ მეწყერს ჰქვია მეწყერი დაცურების სწორხაზოვანი უბნებით.

არსებობს კიდევ ნაკადის ტიპის მეწყერი, რომლის დროსაც მეწყერის ტანში გრუნტი გადადის ფარდობითად მყარიდან თითქმის გათხევადებულ მდგომარეობაში და შემდეგ იწყებს დენას ფერდობზე. ასეთ მეწყერს იწვევს ფხვიერ სტრუქტურიანი გაჯერებული ქვიშის ან წვიმით დასველებული ლიოსის გათხევადება მიწისძვრის დროს. ამ დროს გრუნტის მოცულობა მცირდება, იცვლება გრუნტის ნაწილაკებს შორის დაწნევა და ნეიტრალური დაწნევა გარე დატვირთვის მიხედვით. (ნეიტრალური დაწნევა ან ძაბვა არის წყლის დაწნევა ფორებში). ამას თან ერთვის გრუნტის დაჯდომა და ბზარების გაჩენა. გრუნტის მასივის შიგნით იზრდება ძვრის ძაბვები და მცირდება ძვრისადმი სიმტკიცე. მიწისძვრის დროს უმთავრესი მიზეზი ძვრისადმი სიმტკიცის შემცირებისა არის ფოროვანი დაწნევის სიჭარბე გაჯერებულ ფენებში, როცა არ ხდება ჭარბი ფოროვანი დაწნევის დისიპაცია ისე სწრაფად, როგორითაც იგი იზრდება შეჭიდულობის არამქონე გრუნტის ფენაში სითხის მაღალი შეღწევადობის უნარით და შედეგად იგი კარგავს ძვრისადმი სიმტკიცეს. ამ დროს მცირდება ეფექტური ძაბვები, რასაც შეუძლია გამოიწვიოს ფერდობის დანგრევა მიწისძვრის შეწყვეტის შემდეგაც (ძაბვები,რომლებიც იწვევენ გრუნტის მყარი ფაზის კუმშვას ან დეფორმაციას, არის ეფექტური ძაბვები).

გათხევადებული ქვიშის ფენებში დაწყებულ დაცურებაზე მიანიშნებს დაცურების ზედაპირის აშკარად ამოწევა. როგორც კი მიწისძვრით გამოწვეული გრუნტის მოძრაობა წყდება, დაცურების მოძრაობაც ჩერდება. თუ დაცურება ვითარდება დაბალი სიმტკიცის რბილ თიხაში, სიმტკიცის დაკარგვას თან სდევს დიდი გადაადგილება, რომელიც შეიძლება ისეთი დიდი იყოს, რომ მცურავმა მასებმა ვერ შეინარჩუნოს ხანგრძლივი არასტაბილურობა თვით მიწისძვრის შეწყვეტის შემდეგაც. გათხევადებული ქვიშის სტაბილურობის შენარჩუნება კი შესაძლებელია დრენაჟის სწრაფად გამოყენებით ან სტატიკური დატვირთვის მდგომარეობის აღდგენით, რაც მიწისძვრის შემდეგ ხდება.

დიდი მეწყერებისა და მთის მასივების დაცურების საწინააღმდეგოდ პრაქტიკული ღონისძიებების გატარება შეუძლებელია. იმისათვის, რომ მინიმუმამდე დავიყვანოთ მიწისძვრის დროს ფერდობების დანგრევის საშიშროება, აუცილებელია შესწავლილი იქნეს გრუნტების დინამიკური სიმტკიცე და წარმოქმნილი დინამიკური ძაბვები. არ შეიძლება გრუნტების სტატიკური მახასიათებლები ბრმად გადატანილი იქნეს დინამიკური მახასიათებლების შეფასებაზე, განსაკუთრებით წყლის არსებობის შემთხვევაში.

გრუნტის დაცურება ძირითადად ვითარდება ისეთი მიწისძვრების დროს, როცა მაგნიტუდა იცვლება 5,5-დან 8,8-მდე და ეპიცენტრული მანძილი _ რამდენიმე კმ-დან ასეულ კმ-მდე. (ეს საკითხი განსაკუთრებით აქტუალურია საქართველოსთვის, რომლის მთელი ტერიტორიის სეისმურობა 7_9 ბალით განისაზღვრება. ეს კი იმას ნიშნავს, რომ შესაძლო მიწისძვრის გამოვლინების ინტენსიურობა რიხტერის სკალით 6-7 იქნება. მაგ. 1991 წლის რაჭის მიწისძვრის მაგნიტუდამ 6,9-ს მიაღწია. ჩვენ ტერიტორიაზე გვაქვს ჟინვალის მიწის კაშხალი, რომლის ფერდობების სეისმურ მდგრადობაზე ბევრი რამეა დამოკიდებული და მათ შორის თბილისის წყალმომარაგებაც. თვით თბილისში აქტიურად მიმდინარეობს მაღლივი მშენებლობები, რომლებიც ხშირ შემთხვევაში ფერდობების ათვისებით ხდება. ამიტომ საჭიროა განისაზღვროს ასეთი ფერდობების სეისმური მდგრადობა და პროგნოზიც კი, რაც გულისხმობს მეწყერის წარმოშობის შესაძლებლობის პროგნოზირებას განხილულ ფერდობზე შემდგომში ბუნებრივი პირობების შეცვლასა და სეისმური ზემოქმედების შემთხვევაში, ან მეწყერის განვითარების ხარისხის პროგნოზირებას იქ, სადაც ცნობილია საინჟინრო-გეოლოგიური პირობები, მაგრამ არასოდეს არ ჩატარებულა მეწყერის წარმოშობის პირობების შესწავლა.)

ფერდობის არასტაბილურობა დაკავშირებულია გრუნტების სიმტკიცის შემცირებასთან, რასაც თან სდევს მათი ჩამონგრევა იქ, სადაც სუსტი გრუნტები განფენილია სუსტი შეჭიდულობის მქონე ზედაპირული გრუნტების ქვეშ. როგორც კი ქვედა ფენები კარგავენ ამტანუნარიანობას მიწისძვრის დროს ზედაპირული ფენების დიდი მასები იწყებენ მოძრაობას. მთის ქანების მოწყვეტა ხშირად ხდება დამრეცი ფერდობების შემთხვევაში ან ტექტონიკურ ნაპრალთან ახლოს. პირველი ბზარები კი ჩნდება ფერდობის ზედა ნაწილში.

მიწისძვრის შემთხვევაში ფერდობზე მეწყერის განვითარების შესაძლებლობა დამოკიდებულია ისეთ ფაქტორებზე, რომლებიც შეიცავენ მონაცემებს ფერდობის გეომეტრიაზე, გეოლოგიაზე, ფერდობის ფუძის სეისმოლოგიურ მახასიათებლებზე, გრუნტის წყლის რეჟიმზე, წინასწარ არსებულ ჩამონახეთქების ზონაზე, ამინდზე და სხვა.

ფერდობები ხდება სტატიკურად არასტაბილური, როდესაც ძვრის ძაბვები პოტენციალურ ნგრევის ზედაპირზე აჭარბებს გრუნტის ძვრისადმი მედეგობას და ამას როდესაც ემატება მიწისძვრით გამოწვეული ძაბვები, იწყება ნგრევა. ასე რომ ფერდობის სეისმური სტაბილურობა დამოკიდებულია მის სტატიკურ სტაბილურობაზე.

ფერდობების სტატიკური მდგრადობის ანგარიში ნიშნავს გრუნტის იმ მასების სტაბილურობას, რომლებიც შემოფარგლულია პოტენციალურად დაცურების ზედაპირით ქვემოდან და თვით ფერდობის ზედაპირით ზემოდან. ის ძალები და მომენტები, რომლებიც იწვევენ გრუნტის მასების არასტაბილურობას, შედარებული უნდა იქნეს იმ ძალებთან და მომენტებთან, რომლებიც შეინარჩუნებენ ფერდობის სტატიკურ მდგრადობას.

ფერდობის სტატიკური მდგრადობის განსაზღვრისათვის გამოიყენება მეთოდები, რომლებიც ცნობილია როგორც ზღვრული წონასწორობის და რომელთა ძირითადი იდეა მდგომარეობს ჩამონგრევის ზედაპირის მოხაზულობის განსაზღვრაში და ამ ზედაპირის გასწვრივ ძაბვების სიდიდეების გამოთვლაში, რაც ნიშნავს დაცურების ზედაპირის შიგნით მოთავსებული გრუნტის მასივისა და გრუნტის თავისუფალი ზედაპირის სტატიკურ წონასწორობის მდგომარეობაში ყოფნას. ფერდობის მდგრადობის ხარისხის განმსაზღვრელად მიღებულია მდგრადობის მარაგის კოეფიციენტი, ანუ უსაფრთხოების ფაქტორი,F. ფართო გაგებით ეს უკანასკნელი შეიძლება განიმარტოს როგორც სიდიდე პოტენციალური წინაღობის ძალების ფარდობისა იმ აქტიურ ძალებთან, რომლებსაც შეუძლიათ გამოიწვიონ გრუნტის დაცურება. ფერდობი, რომელიც იმყოფება ზღვრულ წონასწორობაში, ხასიათდება 1-ზე მეტი სიდიდის უსაფრთხოების ფაქტორით. ჩვეულებრივად საანგარიშო უსაფრთხოების ფაქტორი იცვლება 1÷1,5.

უსაფრთხოების ფაქტორის გამოთვლა უმეტესად ტარდება 2 განზომილებიანი განივი კვეთისა და ბრტყელი დეფორმაციის მდგომარეობისათვის. თუ უსაფრთხოების ფაქტორის გამოთვლა ხდება 3 განზომილებიანი მოდელით, მაშინ მისი მნიშვნელობა იქნება უფრო მეტი, ვიდრე 2 განზომილებიანი მოდელით გაანგარიშებისას. ეს სამართლიანია ყველა ნათხარი და ნაყარი ფერდობებისათვის,მაგრამ არა მეწყერის შემთხვევაში /30/. 2 განზომილებიანი მოდელით ანგარიშის პრინციპები ზოგიერთი დამახასიათებელი გრუნტებისათვის შემდეგნაირად არის ჩამოყალიბებული: 1. გრუნტები არასაკმარისი ბმულობით, რომელთაც გააჩნიათ მხოლოდ წინაღობა ძვრისადმი, ვერ გაუძლებენ დატვირთვას, თუ ფერდობის დახრის კუთხე ნაკლებია გრუნტის შიდა ხახუნის კუთხეზე. 2. გრუნტები, რომელთაც გააჩნიათ მხოლოდ შეჭიდულობა: ასეთ შემთხვევაში დაცურების წრიული ზედაპირის გასწვრივ ნაპოვნი მაქსიმალური ძაბვა ნაკლები უნდა იყოს გრუნტის დაცურების ხვედრით წინაღობაზე და ფერდობი მდგრადია; 3. გრუნტები, რომელთაც გააჩნიათ წინაღობა ძვრისადმი და შეჭიდულობა: თუ გრუნტის წინაღობის ძალა თავსებადია გრუნტის სიმტიცესთან, ფერდობის მდგრადობა უზრუნველყოფილია /1/. პოტენციალური დაცურების ზედაპირის შერჩევა ხდება მანამდე, სანამ ყველაზე კრიტიკული ზედაპირი (უსაფრთხოების ფაქტორის უმცირესი სიდიდე) არ მოიძებნება. ფერდობების სტატიკური მდგრადობის ანგარიშისათვის დაცურების ზედაპირის შედგენა ხდება ხაზებისა და რკალების ისეთი კომბინაციისათვის, რომელიც იძლევა უსაფრთხოების ფაქტორის მინიმალურ სიდიდეს. ანგარიშში უნდა განიხილებოდეს ფერდობის სრული სიმაღლე. დაცურების ზედაპირის ტიპების მაგალითები მოყვანილია ნახ. /33/. გვხვდება დაცურების ზედაპირის შემდეგი ტიპები:

  1. წრიული დაცურების ზედაპირი _ გამოიყენება ისეთი ფერდობების გაანგარიშებისათვის, რომლებშიც გვხვდება ჰორიზონტალური დამჭერი ქანების დაფენება ან რომლებიც შედგენილია შედარებით ჰომოგენური გრუნტისაგან (ნაყარი ფერდობები.ნახ. 1,ა-ბ).
  2. დაცურების ზედაპირი წარმოადგენს ისეთი ხაზების კომბინაციას, რომელიც გამოიყენება ჰომოგენური და რბილი გრუნტით აგებული ფერდობების, ზოგჯერ გეოლოგიური რღვევებით, გაანგარიშებისათვის (ნახ. 1,ც)
  3. გვხვდება გაუმაგრებელი ქანების დაფენების სიბრტყის გასწვრივ პოტენციალური ნგრევა, რაც გაანგარიშებული უნდა იყოს (ნახ.1, დ)
  4. კომბინირებული დაცურების ზედაპირი, რომელიც შედგება წრფივი დაცურების ზედაპირისაგან ქანების დაფენების სიბრტყის გასწვრივ ფერდობის ზედა ნაწილში და დაცურების ზედაპირისაგან ქანების დაფენების განივად ფერდობის ქვედა ნაწილში, გამოყენებული უნდა იქნეს იქ, სადაც ქანების დაფენების სიბრტყე დახრილია. ამ შემთხვევაში საჭირო გახდება დაცურების ზედაპირის იმ ნაწილის ორიენტაციის ცვლა, რომელიც კვეთავს ფენების საზღვრებს, რათა შეიქმნას კინემატიკურად მისაღები ხაზის გეომეტრია (ნახ.1, ე).

Seismology3.jpg

ნახ. 1, a - b. წრიული დაცურების ზედაპირის გამოყენების მაგალითები

Seismology4.jpg

ნახ. 1, c. არსებული მეწყერის შემთხვევაში სპეციფიური დაცურების ზედაპირის გეომეტრიის გამოყენების მაგალითი

Seismology5.jpg

ნახ. 1, d. დღის სინათლეზე გამოსული ქანების დაფენების სიბრტყიანი ფერდობის პოტენციალური კრიტიკული დაცურების ზედაპირი

Seismology6.jpg

ნახ. 1, e. ქანების დაფენების გასწვრივ და განივად წარმოქმნილი დაცურების ზედაპირი (კანიონში ნაყარი გრუნტი ან ალუვიუმი)

Seismology7.jpg

ნახ. 1, f. ქანების დაფენების გასწვრივ და განივად წარმოქმნილი დაცურების ზედაპირი - კონტრფორსიანი შევსებით

თუ ძვრის მედეგობა გრუნტისა დაცურების ზედაპირის გასწვრივ აჭარბებს წონასწორობის შესანარჩუნებლად საჭირო მედეგობას, მაშინ გრუნტის მასები არასტაბილურია. სტაბილურობა და არასტაბილურობა გრუნტის მასებისა დამოკიდებულია მათ წონაზე, გარეგან ძალებზე, რომლებიც მათზე მოქმედებენ, ძვრისადმი სიმტკიცეზე, წყლის ფოროვან დაწნევაზე დაცურების ზედაპირის გასწვრივ და სხვა.

ზღვრული წონასწორობის მეთოდს იყენებენ უკვე მრავალი წელიწადია ბუნებრივი და ხელოვნური ფერდობების ანგარიშისათვის. ამ მეთოდით ძალა ან მომენტი აწონასწორებს გრუნტის მასას განხილული ჩამონგრევის ზედაპირის ზემოთ. გრუნტი ამ ზედაპირზე განიხილება როგორც სრულიად არადეფორმირებადი ტანი და მისი ძვრისადმი სიმტკიცე თანაბარია ჩამონგრევის ზედაპირის გასწვრივ ყველა წერტილში. ამ შემთხვევაში უსაფრთხოების ფაქტორი მუდმივია მთლიანად ჩამონგრევის ზედაპირის გასწვრივ. ეს არის დაშვება, რადგან რეალურად ეს უკანასკნელი მუდმივი არ არის.

ზღვრული წონასწორობის მეთოდები სხვადასხვაგვარია და მათში უსაფრთხოების ფაქტორი იანგარიშება სტატიკური წონასწორობის ერთი ან მეტი განტოლების გამოყენებით. უმეტესი ზღვრული წონასწორობის მეთოდებისა, როგორიცაა: ჩვეულებრივი მეთოდი ბლოკებისათვის (ფელენიუსის), ბიშოფის გამარტივებული მეთოდი, მოდიფიცირებული შვედური მეთოდი, სპენსერის მეთოდი, ჯანბუს ბლოკების განზოგადოებული მეთოდი, მორგენშტერნისა და პრაისის მეთოდი საზღვრავენ ფერდობის სტატიკურ წონასწორობას გრუნტის მასების დაყოფით, რომლებიც განთავსებულია დაცურების ზედაპირის ზემოთ, ვერტიკალური ბლოკების სასრულო რიცხვის სახით /3,4/

ზღვრული წონასწორობის მეთოდებში მიღებული დაშვება მდგომარეობს შემდეგში: იგულისხმება, რომ უსაფრთხოების ფაქტორი მუდმივია დაცურების ზედაპირის გასწვრივ, თუმცა, როგორც უკვე ავღნიშნეთ ზემოთ, ფაქტიურად ეს ასე არ არის. ყველა ეს მეთოდი თხოულობს პოტენციალური დაცურების ზედაპირის განსაზღვრას უსაფრთხოების ფაქტორის მიხედვით. ამ მოხაზულობის შერჩევა გრძელდება მანამდე, ვიდრე არ განისაზღვრება ამ უკანასკნელის მინიმალური სიდიდე. ანგარიშის გამარტივებისათვის დაცურების ზედაპირს განსაზღვრავენ როგორც წრიულს ან შედგენილს მცირე სწორი ხაზებისაგან. წრიული დაცურების ზედაპირი (ნახ.2) ხშირად გამოიყენება ანგარიშის დროს, რადგანაც ის მოსახერხებელია წრის ცენტრის მიმართ მომენტების შეჯამებისათვის, ამავე დროს წრის გამოყენება ამარტივებს ანგარიშებს. ამიტომ წრიული დაცურების ზედაპირი გამოიყენება ანგარიშის დაწყებიდან თითქმის ყოველთვის ძირითადად ჰომოგენური ფერდობებისათვის.

Seismology8.jpg

ნახ.2. წრიული დაცურების ზედაპირი.

კრიტიკული დაცურების ზედაპირი განსაზღვრულია როგორც ზედაპირი ყველაზე დაბალი უსაფრთხოების ფაქტორით.

სასრულო ელემენტის მეთოდის გამოყენება ფერდობების მდგრადობის ანგარიშისას შეიძლება გადაადგილებისა და ძაბვების გამისათვლელად, რომელსაც იწვევს მოდებული დატვირთვა. ამ მეთოდით შესაძლებელია გადაადგილების განსაზღვრა რთული დანგრევის მექანიზმის პირობებშიც, როდესაც ჩართულია ფერდობის გამაძლიერებელი სტრუქტურული ელემენტები, როგორიცაა: გეოტექსტილი, ბეტონის საყრდენი კედლები ან ხიმინჯები.

ხელოვნური ფერდობების მდგრადობისათვის დიდი მნიშვნელობა ენიჭება კაშხალის ან დამბის ფერდობზე შუასადების სისტემის დაპროექტებას, რომელიც შედგება ერთი ან მეტი გრუნტისა და/ან გეოსინთეტური მასალის ფენისაგან, როგორიცაა გეომემბრანა, გეოსინთეტური თიხის შუასადები, გეონეტი ან გეოტექსტილი. ამ შუასადებებს შორის ან მათ ზემოთ არის მოწყობილი სადრენაჟო ფენები. თუ ფერდის დაცურება ხდება გეომემბრანის ქვემოთ კომპაქტურად დატკეპნილ თიხის შუასადებსა და გეომემბრანის ზედაპირს შორის, გეომემბრანა შეიძლება გაიჭიმოს და გასკდეს ფერდობის სტატიკური და მით უმეტეს სეისმური დატვირთვის შემთხვევაში. გეომემბრანის გახეთქვამ თავის მხრივ შეიძლება გამოიწვიოს ფერდობის ფუძის გაგლეჯვა. ფერდობში შიდა დაზიანება ვითარდება ისეთ შემთხვევაში, როცა შუასადების სისტემის ერთი გეოსინთეტური ფენა ცურავს მეორე გეოსინთეტურ ფენაზე. სრიალი ასეთ შემთხვევაში შესაძლებელია, თუ ძვრისადმი მედეგობა ზედაპირებს შორის გაცილებით მცირეა, ვიდრე ის ძვრის ძალები, რომლებიც ზედაპირის ზემოთ მასალაში წარმოიქმნება. თუ ძვრის ძალები მეტია, ვიდრე ხახუნის ძალები ზედაპირებს შორის, მაშინ განვითარდება სრიალი, რასაც შედეგად მოჰყვება რღვევა გეოსინთეტიკაში და შედეგად ფერდობის დანგრევა. ამიტომ ფერდობის მდგრადობის ანგარიშისას გათვალისწინებული უნდა იყოს გრუნტისა და გეოსინთეტური მასალის ძვრისადმი მედეგობა /10/. გეოსინთეტური დაფარვის შემთხვევაში გადაადგილების განსაზღვრის მნიშვნელობა გაცილებით დიდია სეისმურობის უსაფრთხოების ფაქტორის განსაზღვრასთან შედარებით, რადგანაც ასეთ დაფარვას არ შეუძლია დიდი გადაადგილების ატანა. სწორედ ასეთ შემთხვევაში მიზანშეწონილია სასრულო ელემენტის მეთოდის გამოყენება.

როცა დადგინდება პოტენციალური დანგრევის მექანიზმი, უსაფრთხოების ფაქტორის გამოთვლა შესაძლებელი იქნება ზღვრული წონასწორობის რომელიმე მეთოდით სხვადასხვა კომპიუტერული პროგრამის გამოყენებით, როგორიცაა: FLAC, SLIDE, ROCPLANE და სხვები.

ფერდობის სეისმური მდგრადობის ანგარიში გულისხმობს სტატიკურისაგან განსხვავებით დინამიკური ძაბვებისა და ამ ძაბვების ეფექტის გავლენის ანგარიშს ფერდობის მასალის სიმტკიცეზე.

როდესაც დინამიკური ნორმალური და ძვრის ძაბვები პოტენციალური დანგრევის ზედაპირზე ემატება სტატიკურ ძაბვებს, ამან შეიძლება გამოიწვიოს ფერდობის ინერციული არამდგრადობა. არსებობს ძირითადად ოთხი მეთოდი ფერდობების მდგრადობის ანგარიშისა სეისმურ ზემოქმედებაზე. ორი ამ მეთოდებიდან - ფსევდო-სტატიკური და ნიუმარკის მეთოდები - ფართოდ გამოიყენება პრაქტიკაში. დანარჩენი ორი - მაკდიზი-სიდის და დინამიკური მეთოდები კი - შეზღუდულად.

ყველაზე მარტივი მეთოდი ფერდობების დინამიკური მდგრადობის გაანგარიშებისათვის არის ფსევდო-სტატიკური მეთოდი, რომელშიც სეისმური დატვირთვა შეცვლილია “ექვივალენტური” სტატიკური ჰორიზონტალური აჩქარებით, რომელიც მოქმედებს მეწყერის მასაზე ზღვრულ წონასწორობის ანგარიშებში. ამ მეთოდს ინჟინრები 1920 წლიდან იყენებენ. მისი საშუალებით ხდება უსაფრთხოების ფაქტორის მინიმალური სიდიდის გამოთვლა დაცურების საწინააღმდეგოდ მიმართული სტატიკური ჰორიზონტალური და ვერტიკალური ძალების გათვალისწინებით. ეს ძალები წარმოადგენენ პოტენციალურად დაცურების მასების წონისა და სეისმურობის კოეფიციენტის (ცალცალკე ჰორიზონტალური და ვერტიკალური მდგენელის) ნამრავლს. ჰორიზონტალური ფსევდო-სტატიკური ძალა ამცირებს უსაფრთხოების ფაქტორის მნიშვნელობას დამჭერი ძალის შემცირებასთან და მამოძრავებელი ძალის გაზრდასთან ერთად. ვერტიკალურ ფსევდო-სტატიკურ ძალას ნაკლები გავლენა აქვს დაცვის ფაქტორის მნიშვნელობაზე, მაგრამ მას გარკვეული დადებითი ან უარყოფითი ეფექტის მოხდენა შეუძლია ორივე _ მამოძრავებელ და დამჭერ ძალებზე /2/. ჩვენის აზრით ფსევდო-სტატიკური ანგარიშის დროს დიდი მნიშვნელობა ენიჭება სეისმურობის კოეფიციენტის ჰორიზონტალური და ვერტიკალური მდგენელების განსაზღვრას. ჩვენს ნორმატულ დოკუმენტებში სეისმურობის კოეფიციენტის ვერტიკალური მდგენელის მნიშვნელობა განსაზღვრული არ არის და ფერდობების სეისმური მდგრადობის ანგარიშისთვის სარგებლობდნენ რეკომენდაციებით/9/,რომლის მიხედვით სეისმური ძალის ვერტიკალური მდგენელის გათვალისწინება არ ხდება მისი სიმცირის გამო. ჰორიზონტალური ძალისათვის კი სეისმურობის კოეფიციენტი მიღებულია: 0,01; 0,025; 0,05 და 0.10 _ 6,7,8 და 9 ბალისათვის შესაბამისად. ჩვენის აზრით მიწის ნაგებობის ფერდობების სეისმური მდგრადობისათვის სეისმურობის კოეფიციენტის ვერტიკალური მდგენელის როლი ძალიან იზრდება, რადგანაც მიწის ნაგებობის მდგრადობა განისაზღვრება მისი საკუთარი წონის სიდიდით, რომელიც იცვლება ვერტიკალური რხევის შემთხვევაში. ვერტიკალური მდგენელის სიდიდე განსაკუთრებით აქტუალური ხდება ეპიცენტრალურ ზონასთან ახლოს და მაღალი ნაგებობებისათვის. რადგანაც სეისმურობის კოეფიციენტი წარმოადგენს გრუნტის პიკური აჩქარების ფარდობას სიმძიმის ძალის აჩქარებასთან, მეცნიერებში დღემდე იწვევს დიდ კამათს, პიკური აჩქარების რა წილი მიაკუთვნონ სეისმურობის კოეფიციენტის ჰორიზონტალურ მდგენელს და რა ვერტიკალურს. ამავე დროს ითვლება, რომ პიკური აჩქარების გამოყენებაც დიდი სიფრთხილით უნდა მოხდეს, რადგანაც ეს უკანასკნელი მოქმედებს წამიერად ერთი მიმართულებით და შესაძლებელია მივიღოთ საანგარიშო სეისმური ძალა გადაჭარბებული მნიშვნელობით ან პირიქით. ძირითადად ემპირიული სეისმურობის კოეფიციენტის განსაზღვრა უნდა ემყარებოდეს მეცნიერის პირად გამოცდილებას სპექტრული მრუდის გათვალისწინებით /11/. საერთოდ პიკური აჩქარების განსაზღვრა მიბმული უნდა იყოს ადგილმდებარეობასთან, რასაც საინჟინრო-სეისმოლოგიური კვლევების ჩატარება სჭირდება.

შენიშვნა: სეისმურობის კოეფიციენტის ჰორიზონტალური მდგენელის მნიშვნელობა, რომელიც გამოიყენება პრაქტიკაში, ძირითადად შეესაბამება იმ სიდიდეს, რომელიც ბევრად ნაკლებია, ვიდრე პროგნოზირებადი პიკური აჩქარება. სეისმურობის კოეფიციენტი არ არის ექვივალენტური გრუნტის პიკური აჩქარების სიდიდისა არც ალბათურად და არც დეტერმინისტულად. აქედან გამომდინარე იგი არ უნდა იქნეს გამოყენებული როგორც სეისმურობის კოეფიციენტი ფსევდო-სტატიკურ ანგარიშებში /34/. 1 ცხრილში მოცემულია სეისმურობის კოეფიციენტის ჰორიზონტალური მდგენელის სიდიდეები, რომლებიც რეკომენდებულია გამოყენებისათვის ამერიკასა და იაპონიაში /5/

ცხრილი 1

სეისმურობისკოეფიციენტის ჰორიზონტალური მდგენელის,
kh რეკომენდებული სიდიდე ამერიკასა და იაპონიაში

kh აღწერა ავტორი
0,05 _ 0,15 შეერთებული შტატები -
0,12 _ 0,25 იაპონია -
0,1 „ძლიერი მიწისძვრა“ ტერცაგი
0,2 „დამანგრეველი მიწისძვრა“ ტერცაგი
0,5 „კატასტროფული მიწისძვრა“ ტერცაგი
0,1 _ 0,2 უსაფრთხოების ფაქტორი F ≥1,15 სიდი
0,10 „მნიშვნელოვანიმიწისძვრა“ F >1,0 ამერიკის საინჟ.კორპუსი
0,15 „ძლიერი მიწისძვრა“ F >1,0 ამერიკის საინჟ.კორპუსი
1/2 - 1/3pha F >1,0 მარკუსონი
1/2pha F >1,0 ჰაინეს-გრიფინი, ფრანკლინი

pha არის პიკური ჰორიზონტალური აჩქარება, g-ში

ფსევდო-სტატიკური მეთოდი ფერდობების სეისმური მდგრადობის განსაზღვრისათვის მიუხედავად მისი სიმარტივისა შეიძლება გამოყენებული იყოს მხოლოდ ისეთი ფერდობებისათვის, რომლებიც არ კარგავენ მნიშვნელოვან სიმტკიცეს მიწისძვრის დროს. ამ მეთოდს არ შეუძლია მოახდინოს რეალურად მიწისძვრის რყევით გამოწვეული დინამიკური ეფექტის მთელი კომპლექსის მოდელირება მუდმივი არამიმართული ფსევდო-სტატიკური აჩქარების საშუალებით და იგი რეკომენდებულია ისეთი ფერდობებისათვის, რომლებიც ციკლური დატვირთვის შემთხვევაში არ კარგავენ სიმტკიცის 15%-ზე მეტს /8/. თუ ფერდობი აგებულია ისეთი მასალით, რომელსაც ციკლური დატვირთვისას სიმტკიცის დიდი ნაწილი ეკარგება, ფსევდო-სტატიკური მეთოდით ანგარიშის შემთხვევაში, როცა მაგნიტუდა 6,5-ია, სეისმურობის კოეფიციენტის ჰორიზონტალური მდგენელის მნიშვნელობა უნდა აღებული იქნეს 0,1-ის ტოლი და 8,25 მაგნიტუდის შემთხვევაში კი _ 1,15, რათა გარანტირებული იყოს ფერდობის მდგრადობის შენარჩუნება. არსებობს მაგნიტუდის სხვადასხვა მნიშვნელობისათვის აგებული გრაფიკი, რომლის მიხედვითაც შესაძლებელია განისაზღვროს სეისმურობის კოეფიციენტის ჰორიზონტალური მდგენელი (ნახ.3) /8/

Seismology9.jpg

ნახ.3. სეისმურობის კოეფიციენტის ჰორიზონტალური მდგენელის განსაზღვრა მაგნიტუდის მიხედვით

მიუხედავად იმისა, რომ წლების მანძილზე მეცნიერები მუშაობდნენ სეისმურობის კოეფიციენტის ჰორიზონტალური და ვერტიკალური მდგენელის სიდიდის დასადგენად ფსევდო-სტატიკური მეთოდით მიწის ფერდობების სეისმური მდგრადობის ანგარიშისათვის, დისკუსია მათ შორის აქამდე არ წყდება პიკური აჩქარების წილების გადანაწილებაზე სეისმურობის კოეფიციენტის ჰორიზონტალურ და ვერტიკალურ მდგენელებს შორის. /5,6,7/. თუ მოცემულია გრუნტის პიკური ჰორიზონტალური pgah და ვერტიკალური პგავ აჩქარება, რომელიც ეფუძნება სამშენებლო მოედნის სეისმოლოგიურ კვლევებს, როგორ უნდა შეირჩეს სეისმურობის კოეფიციენტი, ან თუ მოცემულია მხოლოდ ერთერთი აჩქარება, როგორ უნდა განისაზღვროს მეორის მნიშვნელობა, გამოყენებული უნდა იყოს მხოლოდ pgah, pgav თუ მათი კომბინაცია და როგორ. ზოგი თვლის, რომ პგავ = 2/3pgah, სეისმურობის კოეფიციენტი კომბინაციაში _ ჰორიზონტალური 2/3pgah, ვერტიკალური 1/3pgav ან 4/9pgah. /7/. ზოგიც მიიჩნევს, რომ იგი უნდა იყოს ტოლი 1/2 ჰორიზონტალური მდგენელისა /1/. ყოველ შემთხვევაში ეს საკითხი პრობლემატურია დღესაც.