Hidrológiai Közlöny, 2019 (99. évfolyam)
2019 / 4. szám
Nagy László: A buzgárképződés feltételei 19 A földmű geometriája determinálja a maximális víznyomást, vagyis a maximális vízszintet a folyóban. Ez a töltés magassága. A folyó vízszintje ugyan lehet magasabb a töltés koronaszintjétől nyúlgát építése esetén, de a tervezés nem erre a vízszintre, hanem a koronamagasságra készül. Vagyis szélső esetben a töltés koronával színelő vízállást kell a számításnál figyelembe venni. Azonban a legtöbb esetben a vízszint nem éri el a korona szintjét. A rögzített legnagyobb árvízkori vízállásból, valamint a buzgár megjelenésekori vízállásból fontos visszaszámolási lehetőség (back analysis) adódik a gátkeresztszelvény buzgárosodásával szembeni ellenállására. A VÍZNYOMÁS KIALAKULÁSA ÉS ANNAK HATÁSA Árvízmentes időben a folyó vízszintje a mederben van. Ennek megfelelően a mentett oldalon a talajvíz nyugalmi szintje a nem túl távoli meder és sík terepviszonyok esetén nagyjából a folyó vízszintje körül van. A semleges feszültség vagy pórusvíznyomás statikus állapotban a nyílt felszínű talajvízszinttől lefelé lineárisan nő. Tetőző víznél statikus állapotot feltételezve az altalaj vízvezető rétegében kialakuló víznyomás magassági vonala a 10. ábrán látható. Az altalaj vízvezető rétegében - homogén izotróp réteget feltételezve - bárhová helyezett piezométercsőben a vízszint eddig a magasságig emelkedik. Feltételezve, hogy a mentett oldali kötött fedőréteg áteresztőképessége legalább két nagyságrenddel kisebb, mint a vízvezető rétegé, már azt kapjuk, hogy a fedőrétegen gyakorlatilag nem megy át a víz, a fedőréteg alján feltorlódik a nyomás, felhajtó erőt hoz létre. Ekkor a fedőréteg alsó síkjára ható felhajtó erőt az itt ható víznyomásból tudjuk meghatározni. A felfelé ható feszültség értéke a 10. ábra jelöléseit használva (hv - h2) x yw értékű lesz. Ezzel kell a klasszikus talajmechanika elvei szerint a fedőrétegnek a vastagságával és telített faj súlyának szorzatával egyensúlyt tartania. Amikor a (hv - frz) x yw = hí * ysat,í értékkel, akkor a biztonsági tényező y = 1. Ezzel azonban nem elégedhetünk meg tervezéskor. 10. ábra. Függőleges feszültségek nagysága a mentett oldali töltésláb alatt statikus terhelés esetén, árvíz tetőzésekor Figure 10. The magnitude of the vertical stresses in the protective side of the dike under static loads during flood peaks A buzgárt a vízoldalról átadódó hidrosztatikus nyomás hozza létre, mely által kialakult nyomás a mentett oldalon nagyobb, mint amekkora mellett még a mentett oldal hidraulikailag állékony. A mentett oldali fedőréteg szemcséinek súlya és összetartó ereje (kohéziója) elégtelenné válik a felfelé irányuló víznyomás ellensúlyozásához. Ekkor a biztonsági tényező y < 1,0 értékkel jellemezhető. A buzgár kialakulása után a töltéstest gyengülése rendszerint lassan, nem robbanásszerűen megy végbe, így lehetőség van a buzgár krátere köré olyan homokzsák ellennyomó medence építésére, amely a közlekedő edények elve alapján egyensúlyt tart. A buzgárból kifolyt víz önmaga alakítja ki a biztonságos állapotot, ugyanis az ellennyomó medencében addig emeljük a víz szintjét, amikor már az anyagkisodrás megszűnt. Ekkor a közlekedő edények elvéhez hasonlóan az ellennyomó medence vízszintje tart egyensúlyt a talajszemcséket elragadni törekvő folyóbeli víznyomással. Ez a helyzet azért veszélyes, mert gyakorlatilag a y = 1,0 biztonsági tényezőhöz tartozó állapotot tartunk fenn. Ezért árvíz alatt a buzgár folyamatos ellenőrzést igényel. Tekintettel arra, hogy a hidraulikus gradiens eloszlása csak homogén talajban egyenletes, rétegzett talajnál az átlagos hidraulikus gradiens értéke csak műkedvelőknek szóló érték, nem ad magyarázatot semmire. A nagy hidraulikus gradiens ugyanis a legkevésbé vízvezető talajnál alakul ki, vagyis a kötött fedőrétegnél. Ezért a kötött fedőréteg átütése buzgárt eredményezhet egy adott helyen. A természet is alkothat olyan gyengített helyeket, melyeken keresztül a buzgár kialakulhat. Ilyenek lehetnek például a repedések (melyek térfogatváltozó talajokban alakulnak ki), fúró vagy üreglakó állatok megtelepedése, elhalt vagy élő gyökerek stb. Kártékony az ember is: műtárgy melletti kontúrszivárgás, de gátszakadás nem megfelelő föld viszszatöltése is kialakíthat buzgárt. Technológiai buzgárnak nevezzük, amikor a mentett oldali feltárás nem megfelelően lett visszatömedékelve, és a fúrólyuk hozza fel a szemcsés talajt a mélyből. A hidraulikus gradiens helyi és az egész szivárgási vonalra vonatkozó értelmezése között különbséget kell tenni. Tény, hogy még manapság sem tudjuk számszerűsítve kezelni a réteg felületén, különösen a talaj közegből kilépő felületén lejátszódó folyamatot, a szivárgásból a felszíni lefolyásba történő átmenetet. Ez azt jelenti, hogy nem tudjuk, mekkora gradiens jelentkezik milyen hosszra elosztva. Valószínű, hogy elég nagy, ha a szemcséket el tudja mozdítani. Azonban ez nem igaz a teljes szivárgási hosszra, vagyis értelmetlenség átlagos gradienst számolni. Egy átlagos vízmolekulának, ha a folyóból a mentett oldalra akar jutni az altalajon keresztül, akkor át kell jutnia a vízoldali fedőrétegen, végig kell haladnia a gát alatti vízvezető rétegben és hogy fakadó vízként megjelenjen, le kell küzdenie a mentett oldali felfelé áramlást. Kétségkívül ezek eredője eltérő gradiensű részekből tevődik össze. Ha a mentett oldal felszakad és vízoldali beszivárgás veszteségétől eltekintünk, akkor értelmezhető egy átlagos gradiens a vízvezető talajban, ez azonban magasabb lesz, mint a valóságos, a vízoldali elhanyagolás miatt. Az így kiszámolt gradiens azonban a tapasztalatok alapján el sem éri a Terzaghi (1943) által meghatározott kritikus gradiens értékét, sőt annak negyedét sem. Terzaghi elméletét a gyakorlat cáfolta, lényegesen kisebb hidraulikus gradiensnél alakulnak ki buzgárok. Chugaev (1971) és később Brandi (2010) vizsgálatai alacsonyabb kritikus gradienst állapítottak meg (7. táblázat és 11. ábra). Chugaev ún. globális (átlagos) gradiensek figyelembevételét javasolta 1958-ban a finomszemcsés és kötött talajokra.
