Hidrológiai Közlöny 2002 (82. évfolyam)
5. szám - Imre Emőke–Czap Zoltán–Telekes Gábor: Az árvízvédelmi töltések anyagát alkotó talajok fizikai egyenletei
IMRE E., CZAP Z., TELEKES G.: Az árvízvédelmi töltések anyagál alkotó talajok 261 Tapasztalatok szerint a c/t szög nem állandó, a szívás függvényében változik. A változás három jól elkülöníthető szakaszra bontható (5. ábra). Az S » 1 szakasz a 0 szívástól a levegő belépési szívás értékig tart, itt =q>. Az 5 < 1 és folytonos vízfázisú szakaszban a szívás a levegő belépési szívás értéktől a reziduális víztartalomhoz tartozó szívás értékéig változik. Itt qf zérusra csökken. Ha 5 < 1 és a vízfázis nem foly-tonos, azaz a szívás a reziduális víztartalomhoz tartozó szívás érték fölött van, akkor q? * 0. 3.4.3. Az Öberg-Sallfors-féle közelítés Öberg-Sallfors (1995) kutatásai szerint a telítetlen talajok szilárdsága jól becsülhető a következő képlettel a telített paraméterek (<p és c), valamint a telítettségi fok (S) alapján nem túlságosan kötött talajok esetén, ha 5> 50%: T = c + (a-Su w)lg(p (42) A képlet alkalmazhatóságát egyszerűsége ellenére korlátozza az a tény, hogy szükséges hozzá a pórusvíznyomás ismerete, amely negatív, és mérése nem egyszerű feladat. 4. Az áramlást leíró fizikai egyenletek A telítetlen talajokban víz, levegő, vízgőz áramlik saját fázisában, a légnemű anyagok mozoghatnak diffúzió útján hidraulikus, hő és ozmotikus gradiens hatására. Itt csak azt a két esetet tárgyaljuk, amikor vízáramlás a folytonos vízfázison, a levegő áramlása pedig a folytonos levegő fázison belül hidraulikus gradiens hatására játszódik le. 4.1. Áramlási potenciál A víz hajtóereje a víz energiájaként v. munkavégző képességeként definiálható. Egy pontban ezt az energiát egy önkényesen választott geodéziai szint segítségével adjuk meg. Három: gravitációs, feszültségi és sebességi komponensből áll. Ezek egy adott elemi térfogatra a következők: m wgy (43) mwu w (44) P w m 2 m wv w (45) ahol y az önkényesen választott geodéziai szint feletti magasság m w a víz tömege, g a nehézségi gyorsulás. Az elemi térfogatra érvényes potenciál-magasság ezek súllyal osztott összege, amely az alábbi alakban írható, ha figyelembe vesszük, hogy a harmadik tag hatása a talajban történő áramlás esetén elhanyagolható: (46) SPy A levegő fázis potenciál-magassága hasonlóan vezethető le, és az alábbi alakban adható meg, ha figyelembe vesszük, hogy két tag hanyagolható el: SP ma (47) Az áramlás - mint termodinamikai folyamat - a potenciál kiegyenlítődésének irányában hat, azaz a víz és a levegő a magasabb potenciálú hely felől az alacsonyabb potenciálú hely felé áramlik. 4.2. Anyagegyenletek Telítetlen talajoknál a folytonos vízfázisra és a folytonos levegő fázisra külön-külön igaz a Darcy törvény, amely a következőképpen írható egydimenziós áramlás esetén: (50) Va dK dy (51) ahol : v w - a víz folyási sebessége, v a - a levegő áramlási sebessége, K, - víz-áteresztőképességi együttható, k 0 - levegő-áteresztőképességi együttható. A telítetlen talajra vonatkozó Darcy-törvények nem-lineárisak, azaz a k^, és k„ együttható nem állandó (6, 7. ábra). Az áteresztőképességet, vagy más szóval az átbocsátóképességet a víz- illetve a levegő fázis térfogatának csökkenése azért befolyásolja, mert áramlás csak a folytonos fázison belül tud lejátszódni. E megállapítás egyik szép bizonyítéka, hogy míg mind a k»- s, mind a w - s függvénynek van, addig a K,- s összefüggésnek nincs hiszterézise tehermentesítés - újraterhelés (kiszáradás-nedvesedés) esetén. 4. 3. A k w- í függvény meghatározása A módszerek két nagy csoportra oszthatók: a mérésekre és a kombinált eljárásokra (5. táblázat). A nagyszámú, időigényes mérési eljárás (Imre, Rétháti; 1991) permanens és a tranziens, illetve laborban vagy helyszínen végzett vizsgálatokra osztható (3. táblázat). Az áramlást leíró változók értéke permanens eljárások esetén időben állandó, tranziens eljárások esetén pedig időben változó. A kombinált eljárások lényege, hogy legfeljebb csak a telített állapotban érvényes áteresztöképességi együttható értékét mérik, az áteresztöképességi együttható további értékeit (a szívás függvényében) a víztartási görbe vagy a szemeloszlás! görbe alapján számítják. ahol p™ egy állandó viszonyítási sűrűség. Mivel az általános gáztörvény szerint állandó hőmérsékleten a légnyomás és a sűrűség lineáris kapcsolatban vannak: RT -•"'-a (48 ) ahol M a mólnyi mennyiségű anyag tömege, R általános gázállandó, T abszolút hőmérséklet (a képletben az abszolút feszültség szerepel), a levegő fázis potenciál-magassága a koncentráció függvényében is felírható: RT 1 ha ~ Pa TT < 4 9> M SP ma a <u CL -0) & QJ i -o <u ce 20 30 W 50 60 70 80 90 100 Telítettség, S, % 6. ábra 3. táblázat: A k„- s függvény meghatározási módjai Méréssel: Kombinált módon: laboratóriumi helyszíni számítással a mért víztartási görbéből számítással a mért szemeloszlási görbéből permanens tranziens permanens tranziens számítással a mért víztartási görbéből számítással a mért szemeloszlási görbéből
