några av de mest komplexa anläggningsproblemen härrör från samspelet mellan vatten och marken. Det låter vardagligt, men det finns en god chans att du har sett sinkhole på nyheterna. Hur är det möjligt för marken att helt enkelt öppna upp och urskillningslöst svälja något eller någon som råkar vara runt?
vi vet alla om erosion. Det här är processen som tar bort jord och sten från jordskorpan och flyttar den någon annanstans. Och det finns många sätt som detta kan hända: vind, jordskred, nötning och skura., Men här är saken, inget av det kan jämföras med bara rörelsen av vatten. Vatten är den stora erodern. Om du någonsin befinner dig undrar hur kom den här funktionen av jorden att vara här, eller varför är marken formad så, eller bara varför är saker som de är, oftare än inte, svaret är ganska mycket bara vatten.
vattnets förmåga att flytta jord eller sten beror på flera faktorer. Ju snabbare och mer turbulent flödet desto mer erosiv är det. Större partiklar som grus och mer motståndskraftig mot erosion än små partiklar som silt eller lera., En annan viktig markfastighet är sammanhållning, eller enskilda partiklars förmåga att hålla sig till varandra. Lerjordar har mer sammanhållning än sand, så de är mer resistenta mot erosion. Vissa lerjordar är dock dispersiva, vilket innebär att de naturligt tvättar bort med vatten, vilket gör dem särskilt utsatta för erosion. Jag älskar standardtestet för dispersiva jordar, vilket bokstavligen bara är att släppa en jordklump i en kopp vatten och se vad som händer., Slutligen, snarare än fysisk erosion, är vissa material lösliga i vatten, precis som socker eller salt, och kan eroderas bara genom att lösa upp i grundvattnet över tiden.
de flesta av oss tänker på erosion på jordens yta, men erosion kan också förekomma i underytan. Faktum är att forskare och ingenjörer har ett mycket kreativt namn för just en sådan process: intern erosion. Om bara de rätta faktorerna kommer ihop i underytan kan några mycket intressanta saker inträffa, inklusive sinkholes. Men låt oss titta på ett icke-erosivt exempel på grundvattenrörelse först., Detta är en från en video jag gjorde innan kanalen ens kallades praktisk teknik. Vatten strömmar från vänster sida av demo under en obstruktion och över till höger. Lägg märke till två viktiga saker: för det första är rörelsen av vatten långsam. Det finns inte mycket öppet utrymme mellan all sand, så det tar tid för vatten att strömma genom det. För det andra är sanden begränsad. Även om den ville flytta, skulle det inte finnas någonstans att gå.
om dessa två villkor försvinner, är det då sinkholes händer., De flesta naturliga sinkholes händer i områden med stora avlagringar av karbonatstenar, som kalksten. Under långa tidsperioder kan grundvatten som strömmar genom underytan lösa upp berget, skapa hålrum och öppna tunnlar. Faktum är att det här är hur de flesta grottor bildas. Dessa tunnlar och hålrum skapar en betydande förändring karaktären av grundvattenflödet. För det första tillåter de vatten att flöda snabbt precis som det skulle genom ett rör, vilket gör det mer erosivt. För det andra skapar de ett utrymme för jord att tvätta bort., Med dessa två villkor löper varje mark som lägger över en upplösningsfunktion risken att erodera bort från insidan, vilket så småningom leder till ett sjunkhål.
men inte alla handfat hål bildas genom naturliga processer. Faktum är att många av de mest kända sinkholesna på senare tid var mänskliga gjorda. Precis som en grotta upplöst i berggrunden kan fungera som ett rör och låta grundvattnet bära bort jord, kan ett verkligt rör göra samma sak. Och faktiska rör är inte begränsade till områden med en specifik Geologi., Om du kunde ta en titt på undersidan av alla stadsområden, skulle du se miles och miles av vatten, avlopp och dagvatten dräneringsrör. Tyvärr kan vi inte se ner i marken, så jag byggde den här demonstrationen så att vi kan se själva hur det fungerar.
allt som krävs är en liten bit av avveckling eller växling för att skapa en öppning i en av dessa rör och tillåta intern erosion att starta. Vatten som rör sig genom röret kan lossna den intilliggande jorden och bära den bort. Lägg märke till att det inte finns någon signal på ytan att något är fel., När mer jord tvättas bort växer det underjordiska tomrummet. Beroende på typ av jord och erosionshastigheten kan denna process ta dagar till år innan någon märker. Många av våra underjordiska verktyg placeras direkt under vägar, och banar fungerar ofta som en sista bro ovanför slukhålet, gömmer tomrummet nedan. Det är bara en tidsfråga innan något ovan är uppslukat.
Sinkholes är inte det enda problemet som orsakas av intern erosion., En viss typ av intern erosion som kallas rörledningar är den vanligaste orsaken till misslyckande för jord levees och dammar, inklusive Teton Dam i Idaho som dödade 11 personer och orsakade miljarder dollar av skada när det misslyckades 1976. Kanske ska jag bygga en piping demonstration en dag för en separat video. Intern erosion kan vara en naturlig process, men ibland kan sinkholes bildas till dåliga beslut, dålig konstruktion eller bara otur med mänsklig Infrastruktur också., Det är bara en av de komplexa fellägen som civilingenjörer måste överväga när man utformar en struktur som kan interagera med vatten, den stora erodern. Tack för att du tittade på, och låt mig veta vad du tycker!