Effect of load occurred by soil thickness on soil stress

Öz

Evaluation of soil stress is important to soil management and related cultural processes to be done in appropriate time, and also important to soil fertility and conservation.  In this study, stress and deformation in solid media; the functional relation between stress and strain were investigated theoretically. To evaluate the soil stress due to load on soil surface, an analytical statement was obtained using the time-independent equations between stress and deformation. Soil stress values for different soil depths were calculated using soil particle density values in this expression. The vertical surface stress was found to be directly proportional with particle density and soil depth. Increment in soil depth is more effective on soil stress than increment in particle density. When particle density ranged from 2.50 to 2.80 kg/m3 and average Poisson number was 0.25, soil stress values for a sandy soil varied between 0.0327 and 0.0366 kPa in 0.20 cm soil depth, and between 0.8175 and 0.9156 kPa in 0.50 cm soil depth. When average Poisson number 0.40, clay soil stress values varied between 0.0163 and 0.0183 kPa in 0.20 cm soil depth, and between 0.4087 and 0.4578 kPa in 5.0 cm soil depth.

Anahtar Kelimeler

• Deformation,stress,Poisson number,load,soil thickness

Toprak kalınlığına bağlı oluşan yükün toprak gerilimine etkisi

Öz

Toprak geriliminin değerlendirilmesi, toprak yönetimi ile ilgili kültürel işlemlerin uygun zamanda yapılması, verimliliğinin artırılması ve toprak yönetimi açısından önem taşımaktadır. Bu çalışmada katı ortamdaki gerilim ve deformasyon; gerilim ve deformasyon arasındaki fonksiyonel ilişki teorik olarak incelenmiştir. Toprak yüzeyindeki yük miktarından kaynaklanan toprak gerilimini değerlendirmek için gerilim ve deformasyon arasındaki zamana bağlı olmayan denklemler kullanılarak analitik bir ifade elde edilmiştir. Elde edilen bu ifadeden toprağın özgül ağırlığına bağlı olarak farklı derinlikler için gerilim değerleri hesaplanmıştır. Toprağın düşey yüzeysel geriliminin özgül ağılık ve toprak derinliği ile doğru orantılı olduğu saptanmıştır. Topraktaki yük miktarı veya toprak derinliğinin artışı, özgül ağırlık artışı ile karşılaştırıldığında toprakta gerilimi daha fazla etkilemektedir. Özgül ağırlık 2.50-2.80 kg/m³ aralığında değiştiğinde, kumlu bir toprak için Poisson sayısı ()’nın ortalama 0.25 olması durumunda,  0.2 cm toprak derinliği için gerilim 0.0327-0.0366 kPa; 5.0 cm derinliği için 0.8175-0.9156 kPa aralığında değişmektedir. Killi bir toprak için ise, Poisson sayısı 0.40 alındığında, 0.2 cm toprak derinliğinde gerilim 0.0163-0.0183 kPa; 5.0 cm derinliğinde ise 0.4087-0.4578 kPa aralığında belirlenmiştir. 

Anahtar Kelimeler

• Deformasyon,gerilim,Poisson sayısı,yük,toprak kalınlığı

Kaynakça

1. Burov EB, 2011. Rheology and strength of the lithosphere. Marine and Petroleum Geology 28:1402-1443.
2. Burov E, Cloetingh C, 1997. Erosion and rift dynamics: new thermomechanical post-rift evolution of extensional basins. Earth and Planetary Science Letters 150: 7-26.
3. Ekberli İ, 2008. Sistemli yaklaşımla ekosistemin analizinde matematiksel modelleme yöntemi. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat fakültesinin Dergisi 23(3):170-182.
4. Hart JK, Rose KC, Martinez K, 2011. Subglacial till behaviour derived from in situ wireless multi-sensor subglacial probes: Rheology, hydro-mechanical interactions and till formation. Quaternary Science Reviews 30: 234-247.
5. Jaeger JG, Gook NGW, 1976. Fundamentals of rock mechanics. London: Ghapman and Hall, 585 p.
6. Koltunov MA, Kravchuk AS, Majboroda VP, 1983. Applied mechanics of deformable solid body. Press Vysshaja Shkola, Moscow (in Russian), 349 p.
7. Markgraf W, Horn R, Peth S, 2006. An approach to rheometry in soil mechanics-Structural changes in bentonite, clayey and silty soils. Soil & Tillage Research 91: 1–14.
8. Or D, Ghezzehei TA, 2002. Modeling post-tillage soil structural dynamics: a review. Soil & Tillage Research 64: 41–59.

9. Poulos HG, Davis EH, 1974. Elastic solutions for soil and rock mechanics. New York, John Wiley and Sons, 411 p.
10. Prevost JH, Höeg K, 1975. Soil mechanics and plasticity analysis of strain softening. Geotechique 25 (2): 279-297.
11. Richards R, 2001. Principles of solid mechanics. CRC Press LLC, USA, 446 p.
12. Starovoitov E, Naghiyev FB, 2013. Foundations of the theory of elasticity, plasticity, and viscoelasticit. Apple Academic Press, Toronto, 364 p.
13. Qi P, Hou YJ, 2006. Mud mass transport due to waves based on an empirical rheology model featured by hysteresis loop. Ocean Engineering 33: 2195–2208. Terzaghi K, Peck, RB, Mersi G, 1996. Soil mechanics in engineering practice. John Wiley Sons, Inc. New York, 549 p.
14. Turcotte DL, Schubert G, 1985. Geodynamics. Applications of Continuum Physics to Geological Problems, Volume 1, Press Mir, Moskow (in Russian), pp. 121-218.
15. Verruijt A, 2012. Soil mechanics. Delft University of Technology, Netherlands, 331 p.
16. Vyalov SS, 1986. Rheological fundamentals of soil mechanics. Elsevier, Amsterdam, 565 p.