Hidrológiai Közlöny, 2018 (98. évfolyam)
2018 / 4. szám - SZAKCIKKEK - Imre Emőke - Firgi Tibor: A víztartási görbe talajmechanikai alkalmazása
28 Hidrológiai Közlöny 2018. 98. évf. 4. sz. érésig a talajminta vízzel gyakorlatilag telített. A víztartalom nem változik, a görbe közel vízszintes; 2. tartomány: A szívás növekedésével rohamosan csökken a víztartalom és nő a levegőtartalom; 3. tartomány: A szívás növekedésével csak kis mértékben csökken a víztartalom. A görbe ellapul. Az 1 000 000 kPa felső határ a nedvesség porózus anyagból való kivonásának problémájához kapcsolódó termodinamikai megfontolásokon alapul. Ez a vízfázisnak az az energiaszintje, ahol bármely porózus anyag relatív nedvességtartalma zérusra csökken. Általában csak a száradási ágat mérik egy kezdeti telített állapotból. A rugalmas-képlékeny értelmezés Az állapotváltozók közötti kapcsolatot leíró anyagegyenletek kifejlesztése során bonyolultabb, kontinuum- mechanikai modellek megalkotása során kialakították a víztartási görbe rugalmas-képlékeny értelmezését (Sheng és társai 2008, Imre és társai 2012a). A víztartási görbe hiszterézise általában nagyobb jelentőségű annál, semhogy el lehessen hanyagolni. Emiatt ezt a görbét ki kell egészíteni egy nedvesedési ággal, amit a .?we víz belépési érték, valamint az előzőekben leírt 8WS meredekség jellemez (3b. ábra). Az St fő száradási (deszorp- ciós) és nedvesedési (adszorpciós) ágai közötti visszafordítható átmenetek leírására egy 8WS meredekségű, párhuzamos vonalsereg szolgál. A víztartási görbe egy fő száradási és egy fő nedvesítési ággal jellemezhető (ezek mentén képlékeny az állapot), ezek közé is eshet a tényleges görbe egy szakasza (ezek mentén rugalmas az állapot). A javasolt rugalmas-képlékeny modell a 3. ábrán látható. Első közelítésként tételezzünk fel szakaszonként lineáris összefüggést a telítettségi fok és a szívás logaritmusa között: dÁ=—Ávs— (49) ahol a 8ws meredekség a szívás értékével változhat. A telítettséghez tartozónál kisebb szívás esetén a talaj telített, a telítettségi fok lényegében konstans. A reziduális szívásnál nagyobb értékekre a víztartalom fokozatosan nullára csökken 106 kPa-ig (Fredlund és Rahardjo 1993). Száradó talajnál a 8ws (képlékeny állapotot jelző) meredekség a levegő belépési és a reziduális víztartalomhoz tartozó szívás között állandónak tételezhető fel (Wheeler és társai 2003). Ezek alapján, a 3b. ábra szerint 0 S < Sga ^•WS s5a<s<si Avs Sae < S < 5, (50) ahol ,s'ae a levegő belépési szívás, és ,vrc a reziduális víztartalomhoz tartozó szívás. E modell esetén a fő ágak meredekségét a száradási ág levegő belépési és reziduális víztartalomhoz tartozó szívások közötti szakaszának a meredekségével egyezőnek tekintjük. A nedvesedési ág víz belépési érték feletti szakaszát is 8WS (rugalmas állapotot jelző) meredekségűnek tételezzük fel (lásd 3b. ábra). Az itt alkalmazott egyszerűsítések hasonlóak a Wheeler és társai (2003) modellhez. Ebben az egyszerűsített modellben a teljes telítettséghez tartozó legnagyobb szívás érték a telítési szívás (ssa), és nem a levegő belépési szívás (sae). 4. ábra. Különböző szemeloszlású talajok jellegzetes száradási ágon vett víztartási görbéje (Imre 2008 és 2009) Figure 4. Water retention curves measured in characteristic drying branch of soils which have different grain size distribution (Imre 2008 and 2009) A talaj típusának és kezdeti állapotának hatása Három lényegesen eltérő szemeloszlású talaj (szemcsés, átmeneti, kötött) víztartási görbéje látható a 4. ábrán. A háromféle talaj víztartási görbéje jellegében hasonló. Az eltérés a különböző szemeloszlással (pórustér-eloszlással) magyarázható. Az 5. ábrán Croney és Coleman (1958) londoni agyagon végzett kísérleteinek eredményei láthatók. Kísérleteiket annak megállapítására végezték, hogy a talajt ért korábbi hatásoknak (kiszáradás, telítődés, átgyúrás) milyen a hatásuk a víztartalom-szívás görbére. A termett talaj víztartási görbéje a kezdeti szakaszon nagymértékben eltér az azonos anyagból vízben ülepített minta görbéjétől. Ennek valószínű oka, hogy az első kiszáradás irreverzibilis változást okoz a pórusméret-eloszlás- ban. Hasonló jelenséget figyeltek meg, ha egy talajt különböző víztartalmakon tömörítették, ekkor is egyértelmű a kapcsolat w és (ua-uw) között. 5. ábra. A feszültségi előzmények hatása a víztartási görbére (Imre 2008 és 2009) Figure 5. The effect of the stress history on the water retention curve (Imre 2008 and 2009)
