INICIJALNI POKAZATEQI NASTANKA UNUTRAÅWIH EROZIONIH … · standardu JUS - U.B1.020. Rezultati ovih ispitivawa ukazuju da su makro- Rezultati ovih ispitivawa ukazuju da su makro-

JUL–SEPTEMBAR, 2005. 117

UDK 630*116.2Originalni nauøni rad

INICIJALNI POKAZATEQI NASTANKA UNUTRAÅWIH EROZIONIH PROCESA

GROZDANA GAJIÕ

Izvod: Tlo lesnog porekla predstavqa erodibilnu sredinu. Osetqivost lesnog tlana unutraåwu eroziju raste sa poveõawem poroznosti, posebno makro poroznosti.Interakcija fiziøkih karakteristka tla i hidro-geo-mehaniøkih parametara pred-stavqaju osnov za daqa istraÿivawa zemqiåta u pogledu pojave i razvoja procesaunutraåwe erozije. U radu je pomoõu formiranih matematiøkih modela, na osnovueksperimentalno dobijenih rezultata fiziøkih osobina tla i hidro-geo-mehaniø-kih parametara, prikazana uspostavçena funkciona zavisnost izmeæu pojedinihparametara lesnog tla. Na bazi prikazanih rezultata ispitivaña, matematiøkihmodela i uspostavçene funkcione veze izmeæu vodnog reÿima i otpornih karakte-ristika zemqiåta definisani su pokazateçi nastanka inicijalne unutraåweerozije i sagledani su efekti praktiøne primene dobijenih rezultata.

Kçuøne reøi: fizika tla, hidro-geo-mehaniøki parametri, matematiøko modeli-rañe, geo-statistika, pokazateqi nastanaka unutraåwih erozijonih procesa.

INITIAL PARAMETERS OF THE GENESIS OF INTERNAL EROSION PROCESSES

Abstract: The soil of loess origin is an erodible environment. The susceptibility of loess soilto internal erosion grows with the increase of porosity, especially macro-porosity. The interac-tion of soil physical characteristics and hydro-geo-mechanical parameters is the base of furt-her soil research from the aspect of the occurrence and development of internal erosionprocesses. This paper uses the mathematical models, based on experimental results on physi-cal properties of soil and hydro-geo-mechanical parameters. It presents the functional depen-dence between individual parameters of loess soil. Based on the study results, mathematicalmodels and functional relation between water regime and soil resistance characteristics, wedefined the parameters of the genesis of initial internal erosion and analysed the effects of thepractical implementation of the study results.

Key words: soil physics, hydro-geo-mechanical parameters, mathematical modelling, geo-sta-tistics, parameters of genesis of internal erosion processes.

1. UVOD I CIÇ RADA

Unutraåwa erozija u suåtini predstavqa eroziju unutar filtracio-no neotporne geomehniøke sredine. Posledica razvoja unutraåwih eroz-ionih procesa su nastanak: erozionoh kliziåta, teciåta, odrona, jaruga,i razvoja karstnih pojava. Stepen i intenzitet razvoja unutraåwe erozijezavisi u prvom redu od geneze eroziono geotehniøkog modela, odnosno odfiziøko-mehaniøkih karakteristika, koje definiåu otpornost zemqiå-ta na eroziju i dinamiønosti filtracionog toka. Definisañe pojave na-stanka, kao i praõeñe mehanizma i dinamike unutraåwe erozije je slo-ÿen istraÿivaøki zadatak i zahteva primenu viåe metodoligija i metodaukçuøujuõi i realnost postavki u domenu stohastiønosti modela.

118 „[UMARSTVO” 3

Hipoteza od koje se polazi bazira na øiñenici o postojawu uzajamnepovezanosti otpornosti zemqiåta i stepena aktivizacije dubinske eroz-ije. Kako intenzitet unutraåwe erozije u opåtem smislu zavisi od hi-drodinamiøkih sila vode (kao agensa), i ukupne otpornosti zemqiåta naeroziju (ako predmeta erozije), proizilazi zakquøak da je uticaj otporno-sti zemqiåta na stepen aktivizacije unutraåwe erozije jedan od predo-minantnih faktora.

Osnovni ciq istraÿivawa obuhvata prouøavawe ukupne otpornostizemqiåta na stepen aktivizacije unutraåwe erozije, a na bazi ispitiva-wa fiziøko-mehaniøkih, posebno filtracionih osobina tla, uzimajuõi uobzir i promenu otpornih svojstava pri razliøitoj vlaÿnosti i vodoza-siõewu. Osnov za razmatrawe problema unutraåwe erozije je prouøavawefiziøkih karakteristika i hidro-geo-mehaniøkih parametara zemqiåta.Mehanizam nastanka dubinske erozije uslovqen je razliøitim øiniocimakoji deluju na promenu naponskog staña, fiziøko-mehaniøkih karakteri-stika i vodnog reÿima, erozijom angaÿovanog zemqiåta, [4]. U zavisno-sti od promena ovih parametara, zavisi stepen aktivizacije i oblik unu-traåwe erozije kod makroporoznog, kolapsibilnog lesnog tla.

2. MATERIJAL I METODA RADA

2.1. Poreklo materijala

Lesno zemqiåte koje je ispitivano i analizirano u ovom radu je sapodruøja poznatog pod nazivom “zemunski lesni plato”- gorwi Zemun. Ze-munski lesni plato prostorno obuhvata gorwi Zemun, Batajnicu, Surøin,Dobanovce, Ugrinovce i ukupne je povråine oko 20 000 hektara. Zemunskilesni plato ima blago zatalasanu povråinu øije se apsolutne kote kreõuod 75÷114 m. Obodni delovi platoa prema Dunavu i Savi zavråavaju odse-cima visine 20÷30 m, Slika -1. Geotehniøkim istraÿnim radovaima defi-nisana je graæa terena u kojoj se izdvajaju dva kompleksa stenskih masaformiranih u razliøitim uslovima sedimentacije:• kompleks kopnenih sedimenata, kvartarne starosti koji øine hori-

zonti lesa sa meæuslojevima “pogrebene zemqe” i lesoidna ilovaøa, i • kompleks jezerskih sedimenata, pleistocenske starosti, u kome se

smewuju peskovite gline i glinoviti peskovi.Lesnu seriju øine pet horizonata lesa, koji su meæusobno razdvojeni

sa øetiri horizonta pogrebene zemçe. Debqina lesnih naslaga je najøeå-õe 15 ÷ 20 m a u obodnim delovima platoa i do 35 metara.

Na israÿivanom podruøju podzemna voda se javça u svoja dva osnovnavida: kao slobodna i kao fiziøki vezana voda. U kompleksu lesnih nasla-ga formirana je sloÿena izdan etaÿnog tipa. Sloÿenost se ogleda u uslo-vima formirawa, dubini pojavqivaña i naøinu prihrawivawa izdanskezone. Lesne naslage, ispitivanog terena odlikuju se sloÿenim tipom po-roznosti: cevasta, meæuzrnska i pukotinska. Ovako sloÿena struktura po-roznosti lesnog kompleksa omoguõava formirawe izdani. Nadizdanskazona je veoma promenqive debqine i direktno zavisi od konfiguracijeterena i visine zone kolebawa izdani. Nadizdanska zona ima funkciju


hidrogeoloåkog kolektora sprovodnika i obuhvata Ι, ΙΙ i reæe ΙΙΙ hori-zont lesa, odnosno Ι i retko ΙΙ hotizont pogrebene zemqe. U nadizdanskojzoni na mestima gde je pogrebena zemqa jaøe zagliwena, postoji moguõnostformiraña “lebdeõih” izdani. Ovaj tip izdani nije stalnog karakterak-tera. Zavisi od debqine pogrebene zemqe - hidrogeoloåkog izolatora,koliøine i rasporeda ponirujuõe vode, kao i sloÿenih fiziøko-hemij-skih procesa. Osim “lebdeõih” izdani u nadizdanskoj zoni, posle padavi-na postoji i “lutajuõa” slobodna voda, koja se veoma brzo proceæuje u iz-dan. Na kontaktu sa izdani postoji izraÿen pojas kapilarnog pewawa.Ostali deo vode u nadizdanskoj zoni je fiziøki vezan za øvrste øestice -vezana voda.

2.2. Metod rada

Pojavu i razvoj procesa unutraåwe erozije, kao i wen mawi ili veõiintenzitet uslovçavaju, s jedne strane, fiziøke i otporne karakteri-stike tla, i dinamiønost filtraciono strujnog toka, odnosno, s drugestrane hidro-geo-dinamiøkih parametara [1]. Iz tih razloga je i ispiti-vawe iålo u dva pravca. Jedan pravac je bio ispitivawe osetqivosti pro-mena fiziøkih i otpornih karakteristika lesnog tla sa promenom vlaÿ-nosti, odnosno sadrÿajem vode u tlu. Drugi pravac se odnosio na defini-sawe hidro-geo-mehaniøkih parametara i wihova promena u odnosu napromenu suvih zapreminskih teÿina lesnog tla. Praktiøni znaøaj rezul-tata ovih ispitivawa je omoguõila primena geostatistiøkih metoda u ko-naønoj analizi.

Eksperimentalna ispitivawa fiziøko-mehaniøkih osobina tla su iz-vråena na reperezentativnim uzorcima makroporoznog lesnog tla sa po-druøja “zemunskog lesnog platoa”-gorwi Zemun. Sva terenska i laborato-rijska ispitivawa su vråena u ciçu definisawa erozione stabilnostina unutraåwu eroziju. U tom smislu poseban akcenat je dat na ispitivawaotpornih karakteristika tla sa razliøitim sadrÿajem vlaÿnosti w (%).

Sl. 1 Geotehniøki presek terena eksperimentalne lokacije lesnog odseka u priobaqu Dunava

Figure1. Geotechnical section of the sample plot of loess segment of the Danube bank


Ova ispitivawa su obavçena u geomehaniøarskoj laboratoriji Åumar-skog fakulteta po standardnom postupku. Takoæe, od posebnog znaøaja su ieksperimentalna ispitivawa nastanka - poøetne - inicijalne unutraåweerozije i teøewa tla pri prekoraøewu graniønih hidrodinamiøkih uslo-

va, odnosno kritiønom hidrauliøkom gradijentu ( i ). Pri øemuje kritiøni gradijent nastanka unutraåwe erozije (pomerawa i pre-

grupisavawa øestica tla) i kritiøni gradijent teøeña tla. Ispitiva-ña su izvråena na uzorcima lesnog tla, u aparatu B.N. Slavjanov-a [5]. Zapotrebe ispitivawa na naåem podruøju modifikaciju aparata je izveåioprof. dr Vlahoviõ M. [6]. Uporedo sa ovim merenim vrednostima inici-jalne unutraåwe erozije, izvråena su i laboratorijska ispitivawa na is-tim uzorcima radi odreæivaña granulometrijskog sastava i drugih fi-ziøko-mehaniøkih karakteristika.

2.3. Tip ispitivawa i merodavni rasponi ispitivanih parametara zemqiåta

Granulometrijski sastav

Uøeåõe pojedinih frakcija se znatno mewa kako u horizontalnom, ta-ko i u vertikalnom profilu, åto je posledica primarnih uslova taloÿe-wa, (jaøine i pravca duvawa vetra), i dejstva sekundarnih procesa dubin-ske erozije (sufozije, prestruktuiraña øestica i ruåewa strukture).Ispitivawe je izvråeno, kombinovanom metodom, prema standardu JUS -U.B1. 018 Merodavni rasponi procentualnog uøeåõa pojedinih frakcijamakroporoznog lesa su: glina 2 ÷ 19% ( 8 ), praåina 73 ÷ 91% ( 82.6 ), Pe-sak: sitan 1 ÷ 15% ( 7.35 ), sredwi 0 ÷ 5% ( 1.3 ), krupan 0 ÷ 2% ( 0.35 ), izgrupacije åçunka registrovan je samo sitan åçunak u granicama 0 ÷ 1%,sa sredwom vrednosti od ( 0.2 )%, dok frakcije sredweg i krupnog åqunkanisu registrovane. Stepen neravnomernosti se kreõe u rasponu od 4.9 ÷22.8, (10,0).

Analizirajuõi rezultate istraÿivawa, moÿe da se zakçuøi da je ceomakroporozni kompleks lesnih naslaga promenqivih strukturnih svoj-stava iz øega proizilazi promenqivost fiziøko-mehaniøkih karakteri-stika. Sam granulometrijski sastav makroporoznog lesa, nije primaranpodatak za odreæivañe vodopropustqivosti, kao i stepena aktivizacijeunutraåwe erozije. Zbog toga se moraju sagledati i svi drugi parametri ipokazateqi i to: suve zapreminske teÿine, efektivna poroznost, otpor-nost na smicawe i wegova ukupna deformabilna svojstva, odnosno kolap-sibilnost u uslovima dejstva strujno filtracionog toka podzemne vode.

Plastiønost

Odreæivañe Aterbergovih granica konsistencije izvråene su premastandardu JUS - U.B1.020. Rezultati ovih ispitivawa ukazuju da su makro-prozne lesne naslage niske ( CL ) do sredñe ( CI ) plastiønosti sa grani-com plastiønosti koja se kreõe u rasponu od 15.2 ÷ 24.3%, ( 20.7 ). Ovakoåirok raspon u pogledu granice plastiønosti uslovio je, izmeæu ostalih,naglaåeno hetrogen sastav sa smewivawem peskovitih, praåinastih do

Jue JtJue

Jt


praåinasto peskovitih zona. Sadrÿaj glinenih frakcija je, takoæe, jedanod bitnih pokazateqa plastiønosti. Sadrÿaj glinenih frakcija kod ma-kroporoznog lesa iznosi mah. do 20%, s tim da u peskovitim zonama skoroizostaju ili ih ima u neznatnim koliøinama. Merodavni rasponi ostalihpokazateqa plastiønosti su: granica teøewa 31 ÷ 49% ( 38.1 ), indeks pla-stiønosti 9.40÷25.90 ( 15.99 ), indeks konsistencije 0.43÷1.54 ( 0.913 ).

Prikazane vrednosti Atebergovih granica plastiønosti, imaju zaciq da se sagledaju i moguõe promene otpornosti na smicawe (ugao unu-traåweg trewa i kohezija), zatim bubrewe i zapreminske promene, kao isama senzitivnost ove sredine, åto je od znaøaja za reåavawe problemateøeña tla u odreæenim hidrodinamiøkim uslovima, a naroøito pri dina-miøkim optereõewima.

Poroznost

Poroznost je veoma znaøajna u naslagama lesa i jedna je od bitnihstrukturnih svojstava za ocenu fiziøko-mehaniøkih karakteristika. Zalesne naslage tipiøna je primarna cevasta poroznost øija se gustina po-javqivaña veoma mewa u horizontalnom, a naroøito u vertikalnom prav-cu profila, (sa dubinom se smawuje). Cevasta poroznost je veoma izraÿe-na u I horizontu, neåto je mawa u II horizontu, da bi dubqe, u izdanskoj zo-ni sasvim nestala. Znaøajnu ulogu ima i sekundarna poroznost koja se ulesnim naslagama manifestuje prisustvom makro pora i prslina. Prisu-stvo makro pora utvræeno je u povråinskim delovima (nadizdanskoj zo-ni), i u veõini sluøajeva su delimiøno zapuwene glinovitim ili peskovi-tim materijalom, sa vidqivim tragovima delovawa filtracije podzemnevode. Makro pore imaju nepravilan pravac priÿaña sa preønicima kojimogu dostiõi i 1cm. Ukupna poroznost makroporozne zone lesa se kreõe ugranicama od 34% ÷ 53% ( 46.96 ), dok je koeficijent poroznosti 0.56÷1.35,sa sredwom vrednosti od 0.875.

Zapreminske mase

Kod fiziøkih svojstava od bitnog zanaøaja su suve zapreminske masekoje direktno rezultiraju iz veliøine poroznosti lesnih naslaga. Kaotakve bile su putokaz u kom pravcu usmeriti odreæene opite i pod kojimuslovima ih izvesti.

Utvræeno je da suve zapreminske mase variraju u åirokom dijapazonu.Mada, generalno posmatrano, rastu sa dubinom profila, odnosno sa pro-menom primarnih strukturnih svojstava (poroznosti). Primenom stan-darda JUS - U.B1.016 dobijene su vrednosti prirodno vlaÿnih i suvuh za-preminskih masa. Ispitivane vrednosti zapreminskih masa su u rasponuod γ = 15.5 ÷ 20.4 kN/m3 ( 17.85 ), odnosno γd = 12.5 ÷ 15.6kN/m3 ( 14.60 ). Vezasuvih zapreminskih masa i poroznosti jasno se uoøava prateõi promenuraspona ovih vrednosti u vertikalnom profilu. Takoæe, se moÿe uoøitida sa poveõawem dubine, odnosno smawewem poroznosti raste zasiõenosttla.


Vodopropustqivost

Vodopropustqivost lesnih naslaga u direktnoj je zavisnosti od sop-stvenih fiziøkih karakteristika, sa jedne strane i od viskoziteta teøno-sti i drugih hidrofiziøkih pokazateqa, sa druge strane. Fiziøke karak-teristike koje uslovqavaju, kako koliøinu, tako i tip i karakter vodo-propustqivosti u makroporoznim lesnim naslagama su: poroznost, zbije-nost i granulometrijski sastav sa stepenom neravnomernosti. Makropo-rozne lesne naslage imaju karakteristiønu primarnu vertikalnu cevastuporoznost i sekundarnu poroznost sa izraÿenim makro porama i prslina-ma. Ovakav vid poroznosti, u peskovitim zonama lesa zamewuje itergranu-larna poroznost. S obzirom na izraÿenu poroznost u vertikalnom prav-cu, primarna vodopropustçivost makroporoznih zona lesa je u vertikal-nom pravcu, dok je u horizontalnom pravcu minimalna i neznatna u ukup-nom bilansu vodopropustqivosti lesa. Veliøina vodopropustqivosti udirektnoj je vezi sa preønikom pora i veliøinom prslina. Za odreæivaweveliøine vodopropustqivosti uraæeni su laboratorijski opiti, prime-nom standarda JUS - U.B1.034, i dobijene vrednosti koeficijenta fil-tracije koji se kreõe u dijapazonu od 10 -5 ÷ 10 -3 cm/sec., s tim da je sredwavrednost koeficijenta filtracije 10 -3 cm/sec, åto makroporoznu zonulesnih naslaga svrstava u vrlo propustqiva tla.

Otporne karakteristike

Jedan od najvaÿnijih mehaniøkih parametara tla je øvrstoõa na smi-cawe. Elementi unutraåweg otpora zemqiåta, odnosno parametri ot-pornosti na smicawe su ugao unutraåweg trewa i kohezija. Rezultatiispitivanog, nekonsolidovanog makroporoznog, lesnog tla su pokazaliveoma åirok raspon vrednosti parametara otpornosti na smicawe (ϕ = 8o

÷ 26o ( 18 ), i c = 9 ÷ 25.6 kN/m2 ( 17.4 )). Razlog ovako åirokom rasponuvrednosti ugla unutraåweg trewa i kohezije jesu fiziøka svojstva lesnogtla i sadrÿaj vlaÿnosti u tlu. Od uticaja na parametre otpornosti nasmicawe, kod makroporoznog lesnog tla su heterogenost sastava, velikisadrÿaj praåine, velika poroznost, mala zbijenost i niske vrednosti su-vih zapreminskih masa. S obzirom da se u uslovima provlaÿavawa moguoøekivati promene u navedenim fiziøkim osobinama i da dolazi do dej-stva pornih pritisaka, dolazi i do smawewa parametara otpornosti nasmicawe u uslovima provlaÿavawa makroporoznog lesnog tla. To znaøida se u uslovima provlaÿavawa mora raøunati sa smawenim vrednostimaugla unutraåweg trewa i kohezije.

Deformabilna svojstva

Pokazateqi mehaniøkih svojstava utvræena su i preko opita defor-mabilnosti na reprezentativnim uzorcima sa spreøenim boønim åire-wem, primenom standarda JUS - U.B1.028, iz svih evidentiranih sredinamakroporoznog lesnog kompleksa. Rezultati pokazuju direktnu zavisnostdeformabilnih karakteristika od strukturnih i fiziøkih svojstava.Povråinski nivoi lesnog kompleksa karakteristiøni su po izuzetnojstiåqivosti. Merodavni rasponi pokazateqa deformabilnosti makro-


poroznog i kolapsibilnog lesnog tla su: za optereõewa σ=50÷100 kN/m2 Ms =3900 ÷ 5 400 kN/m2 (3 100*), σ = 100÷200 kN/m2 Ms = 2 300 ÷ 3 800 kN/m2 (2300* ÷1800o), σ = 200÷400 kN/m2 Ms = 3 000 ÷ 3 500kN/m2 (4 000*o ÷ 3 200x), provlaÿa-vawe tokom opita je izvråeno na * σ = 0,00 kN/m2 o σ = 100,00 kN/m2 x

σ = 200,00 kN/m2 Kolapsibilnost lesnog tla uslovqena je izmeæu ostalogstrukturnim razarawem usled delovawa untraåwe erozije i hidrodinamiøkekonsolidacije tla. Pokazateq kolapsibilnosti, indeks towewa se kreõe urasponu od 0.0066 ÷ 0.028.

3. REZULTATI ISTRAŸIVAWA I WIHOVA ANALIZA

Namenska eksperimentalna ispitivawa fiziøko-mehaniøkih pokaza-teqa makroporoznog lesnog tla izvråena su na 47 uzoraka. Pored fiziø-kih karakteristika, suvih zapreminskih masa, poroznosti i vlaÿnosti,ispitivani su i parametri otpornosti na smicawe, ugao unutraåweg tre-wa i kohezija i to u uslovima razliøitog sadrÿaja vlaÿnosti. Ova ispi-tivaña imala su za ciq sagledavawe opåte otpornosti makroporoznoglesnog tla na unutraåwu eroziju pogotvo u uslovima poveõane vlaÿnostii vodozasiõewa. Rezultati ovih ispitivawa su prikazani u tabeli 1. Pri-kazani rezultati imaju za ciq kako ocenu merodavnih vrednosti tako i

uspostavqawe korelacione veze i .

Tabela 1: Eksperimentalno dobijene vrednosti otpornih karakteristika makroporoznog lesnog tla

Table 1: Experimental values of resistance characteristics of macroporous loess soil

LEGENDAγd suva zapreminska masa n ukupna poroznpost c kohezija

W prirodna vlaÿnost ϕ ugao unutraåweg treña

No γd W n ∠ ϕ c No γd W n ∠ ϕ c No γd W n ∠ ϕ c

(kN/m3) (%) (%) ( o ) (kN/m2) (kN/m3) (%) (%) ( o ) (kN/m2) (kN/m3) (%) (%) ( o ) (kN/m2)

1 13.7 7.5 47.3 16 19.6 17 16.3 11.0 37.3 23 20.8 33 14.2 18.5 45.4 18 16.6

2 15.7 20.1 39.6 17 15.0 18 15.2 15.0 41.5 20 20.0 34 15.3 6.0 41.1 21 20.5

3 12.2 30.0 53.1 11 10.0 19 15.0 10.0 42.3 19 17.5 35 14.8 6.5 43.1 20 18.4

4 12.6 25.1 51.5 12 9.0 20 15.5 5.0 40.4 20 18.9 36 16.5 8.9 36.5 24 22.5

5 16.7 7.6 35.8 26 15.0 21 13.8 18.8 46.9 16 17.5 37 16.3 12.5 37.3 25 25.6

6 15.4 12.5 40.8 21 19.0 22 12.8 24.0 50.8 14 14.2 38 16.0 5.0 38.4 23 21.5

7 13.5 27.5 48.1 14 15.0 23 12.5 28.4 51.9 12 12.3 39 14.9 3.0 42.7 19 18.3

8 14.5 15.2 44.2 18 22.5 24 13.0 33.2 50.0 10 11.3 40 15.6 17.5 40.0 21 15.0

9 15.9 15.0 38.8 15 14.1 25 14.2 22.5 45.4 15 14.3 41 13.9 12.0 46.5 17 23.8

10 15.7 8.1 39.6 21 25.2 26 15.5 10.8 40.4 21 19.9 42 13.4 19.0 48.5 14 22.0

11 16.1 16.3 38.1 23 18.0 27 14.9 20.2 42.6 16 17.2 43 13.1 31.0 49.6 13 12.5

12 15.0 22.5 42.3 18 17.5 28 12.1 31.0 53.5 10 14.0 44 13.6 28.0 47.7 15 9.5

13 14.1 21.2 45.8 14 11.2 29 15.5 23.5 40.4 16 13.5 45 13.0 4.0 50.0 17 16.2

14 12.4 34.1 52.3 8 10.5 30 13.9 14.3 46.5 19 18.0 46 14.6 8.0 43.8 18 14.5

15 12.9 35.3 50.4 10 12.5 31 13.5 26.5 48.1 13 13.0 47 16.2 14.0 37.7 23 16.0

16 12.7 25.7 51.5 9 12.0 32 14.4 17.0 44.6 18 18.7

( )c f w= ( )ϕ=f w


Na 47 uzoraka makroporoznog lesnog tla izvråena su merewa poøetne- inicijalne unutraåwe erozije i prelaska u stawe teøewa u momentu slo-ma usled prekoraøewa graniønih uslova otpornosti tla pri delovawufiltraciono strujnog toka. Parametri koji su na ovaj naøin dobijeni jesukritiøni gradijent u momentu poøetka pomerawa øestica - unutraå-

we erozije, i kritiøni gradijent pri plastiønom teøewu makroporoz-nog lesnog tla. U tabeli 2 date su vrednosti rezultata dobijenih eksperi-mentalnim ispitivawem lesnog tla.

Tabela 2: Eksperimentalno dobijene vrednosti pokazateqa unutraåñe erozije kod makroporoznog lesnog tla

Table 2: Experimental values of internal erosion parameters in macroporous loess soil

LEGENDAγd - suva zapreminska masa Kf - koeficijent filtracije Iue - gradijent pri nastanku unutraåñe erozijen - ukupna poroznost Im - indeks towewa It - gradijent pri nastanku teøewa tla

3.1. Promena parametara otpornosti u funkciji promene vlaÿnosti

Kako su ugao unutraåweg trewa i kohezaija jedan od osnovnih pokaza-teqa otpornosti tla izvråena su eksperimentalna ispitivawa promeneovih parametara u funkciji promene vlaÿnosti. Ispitano je ukupno 47uzoraka a rezultati su prikazani u tabeli 1 [2].

Na osnovu eksperimentalno dobijenih rezultata formirani su mate-metiøki modeli i izvråeno je testirawe veza kroz kompleksnu regresio-nu analizu i dobijeni su sledeõi rezultati: Utvræena je funkciona ve-

za Realni razvoj regresione krive kao i optimalne vrednostiminimuma i maksimuma daje polinom V-stepena. Matematiøki model sa

No γd n Kf Im Iue It No γd n Kf Im Iue It No γd n Kf Im Iue It

(kN/m3) (%) (cm/s) ( / ) ( / ) ( / ) (kN/m3) (%) (cm/s) ( / ) ( / ) ( / ) (kN/m3) (%) (cm/s) ( / ) ( / ) ( / )

1 13.7 47.3 2.4x10-3 0.018 3.0 3.7 17 16.3 37.3 1 x 10-5 0.007 5.8 7.3 33 14.2 45.4 2 x 10-3 0.016 2.8 4.5

2 15.7 39.6 8 x 10-4 0.011 5.2 6.4 18 15.2 41.5 4 x 10-4 0.012 4.3 5.1 34 15.3 41.1 4 x 10-4 0.013 4.8 5.5

3 12.2 53.1 7 x 10-2 0.025 1.6 2.9 19 15.0 42.3 7.5 x 10-4 0.013 4.5 5.2 35 14.8 43.1 8 x 10-4 0.014 3.8 4.7

4 12.6 51.5 9 x 10-2 0.024 2.15 3.6 20 15.5 40.4 4 x 10-4 0.011 5.3 5.5 36 16.5 36.5 3 x 10-5 0.007 6.3 7.3

5 16.7 35.8 7.2x10-6 0.005 6.6 7.3 21 13.8 46.9 7.5 x 10-3 0.018 2.5 4.0 37 16.3 37.3 8 x 10-5 0.008 6.2 7.1

6 15.4 40.8 2.3x10-4 0.011 4.2 5.9 22 12.8 50.8 1.5 x 10-3 0.023 2.1 3.4 38 16.0 38.4 1 x 10-5 0.009 5.5 6.9

7 13.5 48.1 3 x 10-4 0.02 3.2 3.5 23 12.5 51.9 9.1 x 10-2 0.024 1.8 3.2 39 14.9 42.7 8 x 10-4 0.014 3.8 5.7

8 14.5 44.2 1 x 10-4 0.015 3.3 4.6 24 13.0 50.0 9.5x10-5 0.022 2.3 4.0 40 15.6 40.0 3 x 10-4 0.01 4.7 5.9

9 15.9 38.8 1.1x10-5 0.009 5.5 6.6 25 14.2 45.4 8.2x 10-3 0.016 3.4 4.7 41 13.9 46.5 3.5 x 10-3 0.017 2.9 4.8

10 15.7 39.6 2.3x10-4 0.01 4.5 6.2 26 15.5 40.4 4 x 10-4 0.011 4.0 5.7 42 13.4 48.5 7.5 x 10-3 0.02 2.8 4.5

11 16.1 38.1 9.3x10-6 0.008 5.2 6.5 27 14.9 42.6 2 x 10-4 0.013 4.0 5.3 43 13.1 49.6 9.1 x 10-3 0.022 2.4 3.7

12 15.0 42.3 3.5x10-4 0.013 3.8 5.6 28 12.1 53.5 6 x 10-2 0.026 1.8 2.9 44 13.6 47.7 5.3 x 10-3 0.019 2.3 4.7

13 14.1 45.8 8 x 10-3 0.016 3.1 4.2 29 15.5 40.4 6 x 10-4 0.012 4.8 6.2 45 13.0 50.0 2 x 10-3 0.022 1.8 3.2

14 12.4 52.3 2 x 10-2 0.025 1.9 3.5 30 13.9 46.5 8 x 10-3 0.017 3.3 4.6 46 14.6 43.8 8.5 x 10-4 0.015 3.2 5.2

15 12.9 50.4 1 x 10-3 0.022 2.4 3.8 31 13.5 48.1 5 x 10-3 0.02 2.6 4.0 47 16.2 37.7 1 x 10-5 0.007 6.0 6.7

16 12.7 51.5 9 x 10-2 0.023 2.3 2.9 32 14.4 44.6 1 x 10-4 0.015 3.7 4.8

Jue

Jt

( )ϕ=f w


regresionom krivom prikazan je na slici 2. Polinom V-stepena koji daje

funkcionu vezu ima regresionu jednaøinu:

Sa pokazateqima:

Promene kohezije u zavisnosti od koliøine vlaÿnosti su takoæe ana-lizirane geostatistiøkim metodama i dobijeni su sledeõi rezultati: Ut-

vræena je funkciona veza Matematiøki model sa regresionomkrivom prikazan je na slici 3. Polinom VI-stepena koji daje funkcionu

vezu ima regresionu jednaøinu:

Sa pokazateqima:

Na osnovu uspostavçenih korelacionih veza i

moÿe se zakquøiti da les pri sadrÿaju vlaÿnosti od dostiÿe

maksimalnu vrednost ugla unutraåweg trewa od dok se minimal-

na vrednost ugla unutraåweg trewa od postiÿe pri sadrÿaju

vlaÿnosti od . Maksimalna vrednost kohezije od ,

Koeficijent korelacije .......... 0.889 F-test .......................................... 21.772Koeficijent determinacije .... 0.789 Standardna greåka procene ...... 0.111

Slika 2. Figure 2.

Slika 3Figure 3.

Koeficijent korelacije .......... 0.815 F-test ............................................ 9.259Koeficijent determinacije .... 0.665 Standardna greåka procene ..... 0.185

( )ϕ=f wϕ=+−+−+−−126247025001125242 3044065.... . .wwwww

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40VLA@NOST w (%)

UG

AO

UN

UTR

A[N

JEG

TR

ENJA

ϕ

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40

VLA@NOST w (%)

KO

HEZ

IJA

C (

kN/m

2)

( )c f w=

( )c f w=

cwwwwww=+−+−+−−−−−17503001213313162033044055076.......

( )ϕ=f w ( )c f w=w=10%

ϕ =210

ϕ =90

w=34% c kNm=205 2.


se postiÿe pri vlaÿnosti od , minimalna vrednost kohezije od

, je pri vlaÿnosti od . Interesantno je istaõi poda-tak, evidentan praõewem toka razvoja regresione krive, a to je da se i primawim vrednostima vlaÿnosti od primeõuje opadañe vrednostiugla unutraåweg treña. Veoma identiøna situacija je i kod regresionekrive vezane za koheziju, s tim åto vrednost kohezije poøiwe da opadapri smañeñu sadrÿaja vlaÿnosti od

3.2. Promena hidro-geo-mehaniøkih parametara unutraåwe erozije u funkciji promene suvih zapreminskih masa

Hidro-geo-mehaniøki parametri inicijalne unutraåwe erozije ana-lizirani u ovom radu su vrednosti gradijenta pri nastanku procesa unu-

traåñe erozije i vrednosti gradijenta pri nastanku teøewa

tla u funkciji promene pokazateqa fiziøkih osobina lesnog tla

. Eksperimentalno ispitivawe je izvråeno na 47 uzoraka makropo-roznog lesnog tla i dobijene su vrednosti koje su prikazane u tabeli 2 [2].

Po formirawu matematiøkih modela na osnovu eksperimentalno do-bijenih vrednosti i testirana je veza ovih pokazateqa unutraåweerozije i fiziøkih osobina tla, odnosno suvih zapremunskih masa lesnogtla, i dobijeni su sledeõi rezultati: Utvræena je funkciona ve-

za Polinom III-stepena koji daje funkcionu vezu

ima jednaøinu:

Sa pokazateqima:

Koeficijent korelacije .......... 0.988 F-test ........................................ 247.770

Koeficijent determinacije .... 0.976 Standardna greåka procene ...... 0.012

Slika 4.Figure 4.

Slika 5.Figure 5.

w=109%.

c kNm=115 2. w=30%

w=10%

w<109%.

( )Jue

( )Jt( )γ d

Jue Jt

( )Jue f d= γ ( )Jue f d= γ

Jue dd d=−+−8011641100222 3.. . .γγγ

0

1

2

3

4

5

6

7

10 11 12 13 14 15 16 17 18

SUVA ZAPREMINSKA TE@INA γd (kN/m3)

GR

AD

IJEN

T

(Iue

)

2

3

4

5

6

7

8

11 12 13 14 15 16 17

d

GRA

DIJ

ENT

( It

)


Na slici 4 prikazan je matematiøki model sa krivom koja daje fun-kcionu zavisnost.

Promene gradijenta teøewa tla u funkciji promene suvih zapre-

minskih masa su takoæe ispitivane geostatistiøkim metodama i do-

bijeni su sledeõi rezultati: Utvræena je funkciona veza .Funkcionu vezu kao i optimalne vrednosti minimuma i maksimuma dajepolinom III-stepena. Matematiøki model sa regresionom krivom prika-

zan je na slici 5. Polinom III-stepena koji daje funkcionu vezu

ima jednaøinu:

Sa pokazateqima:

Na osnovu uspostavqenih korelacionih veza i

moÿe se zakquøiti da les pri suvoj zapreminskoj teÿini od

, je mnogo osetçiviji na nastanak unutraåwe erozije iteøewa, odnosno potrebni su gradijenti reda veliøine 2÷4, u odnosu na

gradijente kada su suve zapreminske mase , pod uslovom da nedoæe do pornog pritiska u lesnom tlu. U uslovima uspostavqawa i traja-wa pornog pritiska vlada drugo naponsko stawe na øvrste øestice tla, pafiltraciona sila nema toliki uticaj na pomerañe øvrste øestice, odno-sno gradijent nema znaøajnijeg uticaja. Po slabqewu pornog pritiska po-novo se uspostavça naponsko stañe kao i pre nastanka pornog pritiska.

4. ZAKQUØAK

Na osnovu prikazanih eksperimentalnih ispitivawa fiziøko-meha-niøkih karakteristika, a posebno otpornih karakteristika - inicijalneunutraåwe erozije i teøewa makroporoznog lesnog tla, i wihovom obra-dom matematiøkim metodama geostatistike moÿe da se zakquøi:

Pokazateqi nastanka unutraåwih procesa su otporne karakteri-stike zemqiåta i gradijenti pod kojima se odvija filtracija podzemnihvoda. Kriterijume ovih pokazateqa za natanak erozionih procesa, kod le-snog tla treba traÿiti u funkcionoj zavisnosti prirodne vlaÿnosti iparametara otpornosti na smicawe i funkcionoj zavisnosti suvih zapre-minskih masa i gradijenata filtracije podzemne vode. Meæusobnom inte-racijom kriterijuma dobijenuh iz funkcione zavisnosti dobiõe se krite-rijum nastanka unutraåwih erozionih procesa za lesno zemqiåte.

Koeficijent korelacije ........... 0.978 F-test ...................................... 256.750

Koeficijent determinacije ..... 0.967 Standardna greåka procene .... 0.013

( )Jt

( )γ d

( )Jt f d= γ

( )Jt f d= γ

Jt d d d=−+−6197127108600172 3. . . .γγγ

( )Jue f d= γ

( )Jt f d= γγd kNm=÷1214 3

γd kNm=16 3


Otporne karakteristike (ugao unutraåweg trewa i kohezija), imajusniÿene vrednosti, u uslovima poviåene vlaÿnosti i vodozasiõewa, od-nosno pad od vråne na rezidualnu øvrstoõu za oko dva puta.

Rezultati esperimentalnih ispitivawa poøetne - inicijalne unu-traåwe erozije i teøewa tla dovedeni su u funkcionu vezu sa suvim za-preminskim masama uz visok stepen korelacione zavisnosti. Sa poveõa-ñem suvih zapreminskih masa potrebni su veõi gradijenti i veõe brzineda bi se ostvarila filtracija koja inicira slom strukture - unutraåwueroziju.

Uspostavqene korelacione zavisnosti: otpornih karakteristika i

vlaÿnosti, kao i zavisnosti hidrauliøkih gradijenata i i su-vih zapreminskih masa omoguõavaju racionalnost u istraÿivawu i ispi-tivawu unutraåwe erozije u okviru makroporoznih lesnih naslaga.

5. LITERATURA

Ga jiõ G. (1994): “Uticaj fiziøko-mehaniøkih karakteristika zemqiåta na pojavu irazvoj procesa dubinske erozije” magistarski rad odbrañen 1994 godine naÅumarskom fakultetu u Beogradu.

Ga jiõ G. (2000): “Uticaj otpornosti zemqiåta na stepen aktivizacije dubinske eroz-ije” doktorska disertacija odbrañena 2000 godine na Åumarskom fakultetu uBeogradu

To do ro viõ T. ; Ga jiõ G. (1996): "Application of the method of erosion-control soil engi-neering in the study of the mechanism of landslides and sanation of terrain", First EuropeanConference and Trade Exposition on Erosion Control, Barcelona, may 29-31.

To do ro viõ,T. ; Ga jiõ G. (1997): “Applications geotechnical approach to structures onmacr-oporous loess soil”, APCOM ’97 - Symposium on computers applications and opera-tions research in the mineral industries, 2nd Regional, Moscow state Mining University,Moscow, Russia, August 24-28.

Slav ja nov V.N. , Fan de e va V.I., - “Inÿenerno geologiøeskie procesi i javle-nija ih znaøenie dça stroiteelstva”, Gossteojizdat, Moskva, 1963.

Vla ho viõ M., - “Prilog prouøavawu procesa filtracije i konsolidacuje normalnokonsolidovanih tla”, Doktorska disertacija, odbrawena na Rudarsko geoloåkomfakultetu 1977 god.

( )Jue ( )Jt


INITIAL PARAMETERS OF THE GENESIS OF INTERNAL EROSION PROCESSES

Grozdana Gajiõ

Sum mary

Internal erosion is actually erosion within the filtrationally unresistant geomechanical environ-ment. The consequences of internal erosion development are: erosion landslides, soil flow, rockfall,gulleys, and the development of karst phenomena. The degree and intensity of internal erosion deve-lopment depends primarily on the genesis of erosion geotechnical model, i.e. on physical-mechanicalcharacteristics, which define the soil resistance to erosion and the filtration dynamics.

The parameters of the genesis of internal process are soil resistance characteristics and the gradi-ents of groundwater filtration. The criteria of the parameters for the genesis of loess soil erosion pro-cess are in the functional dependence of natural moisture and the parameters of shear strength andfunctional dependence of dry bulk density and gradients of groundwater filtration. By the interactionof criteria obtained from the functional dependence we shall get the criterion of genesis of loess-soilinternal erosion.

Resistance characteristics (angle of internal friction, and cohesion) have lower values in the con-ditions of higher moisture and water saturation, i.e. the drop from the top to residual strength by abouttwo times.

The results of experimental research of initial internal erosion and soil flow are in functionalrelationship with dry bulk densities, with a high correlation. The higher dry bulk densities require hig-her gradients and greater velocities, so as to achieve the filtration which initiates the failure of thestructure.

The correlations of resistance characteristics and moisture, as well as the dependence of hydrau-

lic gradients and and dry bulk densities enable the rationality in the study and investiga-tion of internal deep erosion in macroporous loess layers.

( )Jue ( )Jt


Documents

INICIJALNI POKAZATEQI NASTANKA UNUTRAÅWIH EROZIONIH … · standardu JUS - U.B1.020. Rezultati ovih ispitivawa ukazuju da su makro- Rezultati ovih ispitivawa ukazuju da su makro-