Hidrológiai Közlöny 1967 (47. évfolyam)
10. szám - Dr. Keserű Zsolt: A kritikus szivárgási sebesség vizsgálatának új szemlélete és módszerei
Kesserü Zs.: A kritikus szivárgási sebesség Hidrológiai Közlöny 1967. 10. sz. 445 a bal oldala pedig nem más, mint a szemcse átmérőjére vonatkoztatott hidraulikus esés, mely a szivárgási nyomás következménye. Ha a kisminta és a főkivitel jellemzőinek kapcsolatát az A = const. feltétel szabályozza (mely a súrlódó és a nehézségi erők együttes figyelembevételét jelenti [7]), így az adott esetben a szivárgási hasonlóságot kellőképpen biztosítja, a főkiviteli vessző nélküli és a kisminta vesszővel jelölt jellemzői között az alábbi kapcsolat van: h 8z h'HZ Ha a leképezés méretaránya A = l/l' = d/d', úgy 1 = (3) azaz a modellezéssel a szivárgási nyomást Z/A értékkel csökkentjük. A jelenség leképzéséhez tehát a határegyensúlyt meghatározó többi külső ós belső erőt is ennek megfelelően kell csökkenteni. A külső erők arányos csökkentése biztosítható, ha a teljes geometriai hasonlóság biztosított, továbbá a főkivitel és a kisminta kőzetének rugalmasságtani jellemzői (a rugalmassági modulus és a kvázi-Poisson szám) megegyeznek, azaz: E'k = Et; m'k = mt, valamint a szűrőszerkezet hossztengelyre merőleges engedékenységét jellemző fiktív rugalmasságtani modulus ugyancsak megegyezik: Erez = E rs z, de a külső határfeltételeken az elmozdulásoktól nem függetlenül működtetett feszültségeket a z, o'<p, Or megfelelően szabályozni kell. Ennek elvi és technikai lehetőségét a későbbiekben bizonyítani fogjuk. Ezzel együtt azonban a megengedhető belső erőket is Z/A arányban kell csökkenteni, tehát a kismintán alkalmazott anyag törési határgörbóje: r'=<p(o') és a főkivitel kőzetének r = <f (o) határgörbéje között 1 1 a' = — O és T' = — T A A paraméterekkel meghatározott konform leképzési kapcsolatnak kell lenni. (Azaz a kisminta anyagának törési határgörbóje a főkivitel anyagának 1/A-szoros mása kell legyen.) Ez csak r = ca alakú törés határgörbéinél lenn e teljesíthető természetes kőzet felhasználásával. Ez a törési feltétel viszont gyakorlati megfigyelések szerint valóságos folvadéktározó homokokra nem jellemző [3]. Egyéb törési feltételnél, valamint E^ — Ek és m k = m/c egyenlőségek biztosítása érdekében, elvileg megfelelően granulált, felületileg kezelt ekvivalens anyaggal ugyan lehetne biztosítani, ha Ek, mk és T = <p(a) ismert lenne, gyakorlatilag azonban leküzdhetetlen nehézségeket jelent. Más közegellenállási törvény, illetve más modelltörvény alkalmazása csak a szivárgási nyomás léptékén változtathat, de a nehézség ugyanaz. E nehézségeket szembeállítva azokkal az előnyökkel, mely a kismintavizsgálatnál lenne elérhető, látható, hogy ilyen kismintavizsgálatok szorgalmazása akkor sem lenne célszerű, ha a kismintán alkalmazott szemcseméretek csökkentése nem korlátozná alkalmazási területét és a Stokes-képlet alkalmazása megengedhető egyszerűsítés lenne. összefoglalva megállapítható, hogy torzított kismintavizsgálat elvileg, torzítatlan kismintavizsgálat pedig gyakorlatilag lehetetlen. Felvetődhet még analóg modell alkalmazásának lehetősége is. Sajnos, jelenleg még nem ismerünk olyan egyszerűen reprodukálható analóg jelenséget, mely a szivárgási nyomás, valamint a sok tényező által befolyásolt kőzetnyomás bonyolult kölcsönhatását leírhatná. 2.3. Egyéb laboratóriumi vizsgálatok lehetőségei Kismintavizsgálatra és analóg modellezésre tehát nincs lehetőség, kialakíthatók azonban olyan laboratóriumi méretű berendezések, melyek a szűrőkút egy célszerűen lehatárolt kis környezetében a természetbeninek megfelelő vagy ahhoz közelálló erők előállításával a jelenség minőségi, illetve mennyiségi vizsgálatára alkalmasak. A határoló felületeknek a szivárgás szempontjából potenciál, illetve áramfelületeknek, a nyomásviszonyok szempontjából egyenlő, átlagos főfeszültségi felületeknek kell lenni. A berendezés egyik határfelülete természetesen a vizsgálandó szűrőberendezés, illetve annak egy szektora. A potenciálfelületeken történik a folyadék ki- és belépése, e felületeken, továbbá az áramfelületeken pedig megfelelően választott, adott esetben az elmozdulástól meghatározott mértékben függő [12, 3], egyenletesen megosztó, külső terhelést kell működtetni. Ezek az általános elvek alapján egy cellakészülék tervezhető, mely egyes alapjelenségek jellegére adhat felvilágosítást, továbbá egy nagyobb méretű vizsgálóberendezés, mely adott viszonyok között a kritikus szivárgási sebesség meghatározására alkalmas. A cellakészülék elvi vázlatát a 2. ábra mutatja. A paralellepipedon alakú kőzetminta, mely cserélhető, gyakorlati kivitelű szűrőszektorhoz csatlakozik, változtatható, de alakváltozástól független terhelések alá helyezhető, továbbá a folyadék ki- és belépése között változtatható nyomáskülönbség és abszolút rétegnyomás állítható elő. A szivárgási és nyomásviszonyok változtatásával a kőzetminta (mely mesterséges kötőanyagok felhasználásával kötött homok is lehet) és a szűrőszerkezetek cseréjével igazolhatók vagy cáfolhatók a kritikus szivárgási sebesség vizsgálatának jelen tanulmányban is2. ábra. Cellakészülék elvi vázlata a kritikus szivárgási sebesség egyes alapjelenségeinek tanulmányozására a: kőzetminta, b: folyadékbetáplálás, c: szííröcső folyadékbetáplálásra, d: próbaszűrű, e: gyűjtőtartály, /: és g: piezométerek Abb. 2. Prinzipskizze des Zellenapparats zur Studierung einiger Grunderscheinungen der kritischen Sickergesehwindi gkeit a: Gesteinsprobe, b: Flüssigkeitsbeschickung, c: Filterohr für die Flüssigkeitsberechnung, d: Probefilter, e: Sammelbehalter, f: und, g: Piezometer Fig. 2. Schematical diagram of cell instrument for studying somé of the fundamental phenomena assoeiated with the critical seepage velocity a: rock sample; b: entrance of fluid; c: filter pipe admitting fluid;<£: test filter; e: colleoting tank; f: and g: piezometers
