Hidrológiai Közlöny 1958 (38. évfolyam)

1. szám - Juhász József: A szivárgás vizsgálata

2Jf Hidrológiai Közlöny 1958. 1. sz. HIDRAULIKA A tanulmány a vízmozgások vizsgálatánál az álló súrlódás értékét bevezetve új szemlélet alapján tárgyalja a szivárgási kérdéseket. Rámutat arra, hogy a fizikai jellemzők ilyen figyelembevétele befolyásolja a szivárgó vízmozgás sebcsségeloszlását, a kis esés hatására létrejövő szivárgás — a mikroszivárgás — törvényszerűségeit, és a kapilláris emelkedés értékét. A szivárgás vizsgálata* JUHÁSZ JÓZSEF a) Az aktív keresztmetszet Megállapíthatjuk, hogy az 1816-ban Girard által felállított sebességképlet óta, lényegében a Poiseuille által csövekre levezetett sebességképletet alkalmazzuk ma is a talajban végbemenő szivárgás vizsgálatánál. Altalános alakja _ Sl da Ap ~ /ju Al ahol Sl a Slichter-féle szám, d a mértékadó szemátmérő, IX a folyadék viszkozitása, ^jj az egységnyi hosszon bekövetkező nyomásváltozás. A klasszikus számítási mód feltételezi, hogy a víz szivárgása a talajhézagok teljes keresztmetszetében történik. A talajszemcsék körül bizonyos vastagságú, különböző módon kötött vízrétegeket találhatunk a higroszkópos víztől egészen a gyengén kötött vízkapacitásnyi vízmennyiség külső széléig. A talajban tehát már természetes állapotban, amikor a szivárgás megindul, van bizonyos menvnyiségű víz. önként kínálkozó gondolat az, hogy a viszkózus víz emiatt a kötött vízréteg miatt csak a szabad hézagtérfogatban közlekedik. Terzaghi [1] tiltakozik ugyan az aktív keresztmetszet fogalmának bevezetése ellen, mert véleménye szerint a talaj teljes hézagtérfogatában levő víz résztvesz a szivárgásban és a leghatározottabban elítéli a csökkentett hézagtérfogat gondolatát. Ha a szivárgó vizet abszolút gördülékenynek tekintjük, Terzaghinak igaza van. A gyakorlat azonban mást mutat. Kézdi így ír a szivárgás és az aktív keresztmetszet kérdéséről [2] : ,,A szemcséket a normális víztől eltérő tulajdonságú vízfilm veszi körül, így a víz szivárgására rendelkezésre álló hézagok menynyisége csökken. A kísérletek valószínűleg jobban megközelítenék a számítást, ha ezt a tényt figyelembe tudnók venni. Ma még azonban a kötött és szabad vízzel kitöltött pórusok térfogatának viszonyát egyes talajok esetében számszerűleg nem tudjuk kellő pontossággal megállapítani." Részletesen vizsgálja a kérdést Müller— Delits [3] könyvében, s már kvalitatív értékelést kapunk a keresztmetszetcsökkenésről. A szűkülést a szemcsékhez kötött vízzel magyarázza. * Részlet az 1957. januárban benyújtott és 1957. májusban nyilvánosan megvédett kandidátusi disszertációból. A kötött vízzel való számolásra azonban nem sikerült sem elméleti, sem empirikus módszert kidolgoznia. Kíséreljük meg a problémát közelebbről megvizsgálni. Első közelítésben tekintsük a talaj hézagait egyenlő átmérőjű csöveknek. Induljunk ki abból az ismert tényből, hogy a cső belsejében a faltól a tengely felé fokozatosan csökkenő erővel kötött víz helyezkedik el. A középen legyen r

] sugarú, levegővel telt henger, a szivárgás megindulásakor. A viszkózus víz belső súrlódása a vízmozgás megindulásának pillanatában lép fel és az egyes vízszálak egymáshoz képest fellépő sebességkülönbségeit okozza. Ennek következménye közismerten a lamináris vízmozgás parabolikus vagy parabolaszerű sebességeloszlása. A dinamikus viszkozitási tényező (;u) számos kísérlet szerint néhány száz atmoszféra nyomásig nem változik. A fal melletti vonzott vízréteg egészen jelentéktelen hányada van csak az intramicelláris solvatatio sávjában olyan nagy erővel kötve, amely finom talajoknál esetleg már hatással van a fx értékére. Ennek a vízrétegnek a vastagsága azonban gyakorlatilag teljesen elhanyagolható. Tehát a talaj által vonzott vízrétegben is változatlan marad a víz /jl tényezőjének értéke. A klasszikus hidraulika szerint a nyugvó víznek belső súrlódása nincs, vagyis teljesen gördülékeny. A falhoz kötött vízmennyiséget a falra merőlegesen ható vonzóerők tartják fogva. A lamináris vízmozgás a cső tengelyével párhuzamos vízszálakban történik, azaz a sebességet okozó nyomásgradiens merőleges a vonzóerőre. A vonzóerőnek tehát nincs tengelyirányú komponense akkor, ha a víznek statikus helyzetében belső súrlódása — súrlódási tényezője — nincs, hanem csak a vonzóerőtől független dinamikus viszkozitási tényezővel rendelkezik. Ennek következtében a szivárgó víz abban az esetben is a teljes keresztmetszetben folyik — az eredeti sebességeloszlás szerint — ha a talajcsőben eredetileg bizonyos mennyiségű vonzott víz van. Ha a talaj cső helyett valódi talaj hézagokat nézünk, a szemcsék elhelyezkedése szerint különböző járatok és bennük különbözőképpen elhelyezkedő kötött víz van, például az 1. ábra szerinti alakban. Lamináris vízmozgás esetére — a kötött víztől függetlenül — berajzoltuk az áramvonalakat. Nyilvánvalóan látható, hogy az áramvonalak a szemcsék közötti — az áramlás irányára merőleges — hézagoktól eltekintve mindenütt párhuzamosak a vonzott víz felületével. Ebből következik, hogy nedves vagy vizes talaj-