Hidrológiai Közlöny 1956 (36. évfolyam)

3. szám - Kovács György: Gát alatti szivárgás vizsgálata

Hidrológiai Közlöny 36. évf. 1956. 3. sz. Ili HIDRAULIKA A véges vastagságú vízáteresztő rétegre telepített gátak alatti szivárgás vízhozamának, illetve a mentett oldalon adódó kilépési sebességek értékeinek meghatározására eddig általános összefüggést nem sikerült találni. A szerző tanulmányában — elektromos modellen végzett vizsgálatok alapján — a sík alaplemez és szádfalazott alaplemez esetére a gyakorlat számára jól használható összefüggéseket ad meg. Gát alatti szivárgás vizsgálata* KOVÁCS GYÖRGY 1. Bevezető A vízáteresztő talajra épült duzzasztóművek, völgyzárógátak és árvédelmi töltések alatt a műtárgy két oldalán levő vízszintkülönbség hatására szivárgás indul meg. Ez a szivárgás három szempontból veszélyezteti a létesítmény állékonyságát, illetve rendeltetésszerű használatát. Duzzasztóművek esetében a szivárgás által befolyásolt felhajtóerő megbontja a műtárgy stabilitását, illetve az általa létrehozott feszültség az alaplemez szilárdságát meghaladva törést idézhet elő. Völgyzáró gátak és árvédelmi töltések esetében számottevő lehet az a vízmennyiség, amely a szivárgás következtében a nagyobb nyomású oldal felől a talajon keresztül eltávozik. Végül az alacsonyabb nyomású oldalon feltörő víz sebessége megbontva a talaj stabilitását, hidraulikus talajtörést idézhet elő. Az ebből keletkező aláüregelések szintén veszélyeztetik a műtárgy stabilitását. A szemcsés talajokban létrejövő szivárgás jellemzőinek — az átszivárgó vízmennyiségnek, a potenciál változásának és a kilépési sebesség eloszlásának számítására általában a konform leképezés módszerét alkalmazzuk. Ezt a számítási módot alkalmazva feltételezzük, hogy a szemcsés áteresztőrétegben kialakuló potenciálos víz-mozgás permanens. Egyszerű összefüggéseket vezethetünk le abban az esetben, ha az áteresztőréteg végtelen mély — a szivárgás által érintett tartomány végtelen féltér — és az alaplemez sík. Megoldható — legtöbbször zárt alakban •— a feladat akkor is, ha az alaplemezhez szádfal csatlakozik. Több szádfal, vagy törtvonalú alaptest továbbá záróréteg jelenlétében közelítő eljárásokat kell alkalmaznunk. Az alaptest körvonalának összetett volta esetén, vagy nem homogén talajban történő szivárgásoknál — záróréteg jelenlétében - a leképező eljárások' igen bonyolultak. Ezért, a már végrehajtott hidraulikus és elektromos kísérletek során is, a kutatók nemcsak arra törekedtek, hogy egy-egy adott feladat esetében határozzanak meg jellemző mennyiségeket, hanem általános összefüggést kerestek a többféle változótól függő értékek meghatározására. Hazánkban is folytak már ilyen vizsgálatok, azonban ezek miután a duzzasztóművekkel voltak kapcsolatosak — többnyire * A tanulmány a Vízügyi Tervező Irodában készült a Mérnökgeológiai Csoport dolgozóinak közreműködésével. (Igazgató : dr. Mosonyi Emil, a Magyar Tudományos Akadémia levelező tagja). Előadásként elhangzott a Magyar Hidrológiai Társaság Hidraulikai és Mezőgazdasági Vízgazdálkodási Szakosztályának 1956. januárban tartott előadóülésén. csak a felhajtóerő alakulását, tehát a potenciál eloszlás változását vizsgálták

1. A következőkben ismertetett kísérletek szükségessége árvédelmi töltésekkel kapcsolatosan merült fel. Ezért céljuk elsősorban az átszivárgó vízmennyiségnek meghatározása volt, másodsorban pedig a buzgárképződés szempontjából veszélyes kilépési sebesség alakulását tanulmányoztuk. Árvédelmi töltésekkel kapcsolatosan természetes vízfolyások mentén nem beszélhetünk a gát alatti kialakuló permanens vízmozgásról, mert az árhullám levonulása alatt az ártér felőli víznyomás értéke a vízszint változásával együtt fokozatosan változik.' Ilyenkor tehát nem alkalmazhatjuk sem a konform ábrázolást, sem az elektromos modelleket feladatunk megoldásához. Abban az esetben azonban, ha az árvédelmi töltések vízlépcsővel visszaduzzasztott, közel állandó szintű vizet tartanak távol a mentett területektől, a mozgás közelítően permanensnek tekinthető. Feladatunk a hazai vízlépcsők megindult tervezésével kapcsolatosan a megfelelő töltés-méreteknek, illetve védelmi rendszereknek a vizsgálata volt. Kísérleteinkben és számításainkban a permanens állapotot feltételezhettük. Ennek megfelelően a kutatáshoz szükséges méréseket elektromos modellen hajtottuk végre. A kísérleteket két csoportra osztottuk. Először szádfal jelenléte nélkül sík vízzáró alaplemezt (a gáttest alapjának sík voltát) feltételezve vizsgáltuk az áteresztő réteg vastagságának hatását, majd a gáttest felezővonalában elhelyezett különböző mélységű szádfalnak és változó vastagságú áteresztőrétegnek együttes hatását tanulmányoztuk. A végrehajtott 26 kísérleti mérés elrendezését, illetve főbb méreteit az 1. ábra szemlélteti. 2. Szádfal nélküli alaplemez vizsgálata A vizsgálat hat kísérleti mérést foglal magába. A 140 cm széles kísérleti asztalon 20 cm hosszú alaplemezt építettünk be. Az áramlási teret a végtelen homogén féltér esetén kialakuló elliptikus áramvonalaknak megfelelően azzal az ellipszissel határoltuk, amely mint szélső áramgörbe a mérőasztalon még kialakítható volt. Ezt az első kísérletet, amelynek áram- és potenciálvonalait, szállított vízhozamát és a kilépési sebességek értékét matematikai úton is tudjuk számítani, az 1 Öllös Géza : Vízépítési műtárgyak alatti szivárgás vizsgálata homogén altalaj esetén. Hidrológiai Közlöny 1954. 9—10 és 11—12. Öllös Géza : Vízépítési műtárgyak alatti szivárgás vizsgálata inhomogén altalaj esetén. Hidrológiai Közlöny 1955. 1 — 2 és 3—4. 0