Hidrológiai Közlöny 1962 (42. évfolyam)

2. szám - Juhász József: Beszivárgás levegő jelenlétében

0)6 Hidrológiai Közlöny 1962. 1. sz. Beszivárgás levegő jelenlétében D R. JUHÁSZ JÓZSEF* a műszaki tudományok kandidátusa Bevezetés Háromfázisú szivárgás az a jelenség, amikor a talajban (egyik fázis) a vízzel együtt (másik fázis) harmadik fázisként levegő is jelen van, illetve mozog. Fontos szerepe van a mérnökgeológiában, elsősorban a vízháztartási, stabilitási és talaj vízszint változási vizsgálatokban. A talajba való beszivárgás ugyanis az esetek döntő többségében háromfázisú szivárgásként jelentkezik. A tanulmány célja, hogy néhány gondolatot vessen fel a háromfázisú beszivárgás fizikájáról, s javaslatot tegyen a levegő jelenlétében történő beszivárgás számítási módjára. Kétfázisú szivárgás tulajdonképpen csak a talaj víztükör alatti talaj víztérben van. Már a kapilláris sáv zárt kapilláris tartományában is mintegy 8—10% levegő lehet [1], A levegőtartalom azonban megsokszorozódik a, nyílt kapilláris tartományban. A talajvíz feletti — és méginkább a kapilláris sáv feletti — talajrétegben a víz általában tehát levegő jelenlétében szivárog. A íázisáteresztőképesség A víz áteresztőképességének változása levegő jelenlétében A levegő és víz együttes jelenléte háromféleképpen lehetséges valamely talajrészben. Egyik eset az, amikor a beszivárgó víz útjában száraz talaj szel vényt talál. A pórusokat kitöltő levegőnek és a beszivárgó víznek ilyenkor jól felismerhető a határa, tehát a két fázis egymás mellett, egymástól elválasztva fordul elő és a levegő rendesen légpárnaként akadályozza a beszivárgó víz előrehaladását, miközben a víz egyre több levegőt enged át [2], A talaj másik háromfázisú állapotában a levegő a vízben elnyelve van jelen. Ez a jelenség általános, hiszen a leeső esőcsepp már útjában magával ragad levegőt, majd a földre érve, és beszivárogva a levegővel többé-kevésbé kitöltött talajba, tovább szaporítja levegőtartalmát. A gyakorlatban a leggyakoribb a harmadik állapot, amikor a két eset együttesen fordul elő. A háromfázisú szivárgás kérdése már évtizedek óta foglalkoztatja a kutatókat és számos kísérletsorozatot végeztek az erre vonatkozó fizikai törvények megállapítása céljából. Ennek ellenére a víz és a gázbuborékok keverékéből álló folyadék szivárgásának fizikája még ma sincsen eléggé felderítve [3]. Egyebek között eddig még nem sikerült tisztázni teljesen az elnyelt gáz búborékainak alakját és méretét, valamint azok mozgási sebességét. Nincs még megbízható adatunk arra, hogy az elnyelt gázbúborékok a pórusok méreteihez képest elhanyagolhatóan kicsinyek-e, vagy megközelítik-e azok nagyságát. * Földmérő és Talajvizsgáló Vállalat, Budapest. A budapesti Műszaki Egyetemen végzett vizsgálat pneumatikus vízemelés esetén számos értékes adatot jelentett e téren, de annak eredménye a talaj vízmozgásra nem vihető át közvetlenül [4], Még az 1930-as évek elején végzett több kísérletsorozat megmutatta, hogy a gázos folyadék áramlásánál a veszteségek nagyobbak, mint ugyanolyan mennyiségű tiszta folyadék szivárgása esetében. Megállapították, hogy azonos mennyiségű gáz hozzákeverése következtében a kisebb nyomáson végbemenő áramlásnál nagyobb veszteségek mutatkoznak, mint nagyobb nyomás alkalmazásakor. Eszerint tehát ugyanolyan gáz-víz arány mellett a nagyobb nyomásnál oldatban maradó gáz kisebb ellenállást fejt ki; mint a kisebb nyomáson a vízből nagyrészt kiváló gáz. A vízben elnyelt gáz búborékainak nagysága a nyomás növekedésével csökken, ami a gáz-víz keveréknek kedvező szivárgási viszonyokat biztosít. A vizsgálatok egyszerűsítése érdekében, a két fázist igyekeztek szétválasztva vizsgálni. A vizgá latok során így megállapították az egyes fázisokra a fázisáteresztőképességet (a folyadékra k

r, a levegőre ki). A kísérletek eredményét a pórusok folyadéktelítettségi százalékának — w-nek — függvényében különböző talajoknál az 1. ábrán mutatjuk be B. B. Lapuk kísérletei nyomán. A függőleges tengelyre a kétfázisú talaj vízáteresztő képességéhez viszonyított fázisáteresztőképességet raktuk fel: k'

v — (vízre), 1. ábra. A fázisáteresztőképességek és az egyes kőzet anyagok pórustérfogatának víztartalma közötti összefüggések <Pue. 1. 3aeucuM0cmu Mejicdy CODEPOIIANIIEM EODBI e OÖBEME nod OMDEABHBIX NOPOD u EODONPOMUIAEMOCMBW <PA3 Fig. 1. Relationship between phase permeabilities and the pore water content of different rocks fazísaiereszfokípesseg A levegőre vonolkozo [ozisátereszióképesség 1 7—1 1 7T A VÍZRE VONATKOZO 40 60 80 Víztartalom, w [%] 20