Hidrológiai Közlöny, 2021 (101. évfolyam)
2021 / 2. szám
26 Hidrológiai Közlöny 2021. 101. évf. 2. szám A hidraulikus talajtörés globális és lokális feltételei Garai József Debreceni Egyetem Építőmérnöki Tanszék, (E-mail: jozsef.garai@fiu.edu; garai.jozsef@eng.unideb.hu) Kivonat Függőleges vízáramlás esetén hidraulikus talajtörés akkor következik be, ha a talajra ható víznyomás nagyobb, mint a talaj súlya. Ez az elméletileg jól megalapozottnak tűnő méretezési eljárás a gyakorlati tapasztalatokkal nincs összhangban. Buzgárok a talaj önsúlyának 10-50%-t kitevő víznyomások mellett is kialakulnak. Az ellentmondás abból adódik, hogy az egyensúlyi feltétel kielégítése globálisan vizsgált, viszont buzgárok kialakulásánál a talajtörés lokálisan következik be. Egyetlen gömb alakú szemcse egyensúlyát vizsgálva, a lokális talajtörés feltételei a jól ismert Stokes és Darcy féle összefüggések felhasználásával egyszerűen megadhatók. Hidraulikus talajtörések vizsgálatakor mind a globális, mind a lokális egyensúlyi feltételeket ki kell elégíteni. Kulcsszavak Buzgár, buzgár kialakulása, hidraulikus talajtörés, lokális, globális egyensúlyi feltétel.__________________________________________ Global and local criteria for hydraulic heave Abstract In a vertical upward flow hydraulic heave occurs when the seepage pressure of the water exceeds the buoyant weight of the soil. Eventhough this condition theoretically seems well founded, contradicts with experiments. Sand boiling can occur if the seepage pressure is only 10-50 % of the buoyant weight of the soil. The discrepancy arises from the improperly chosen global equilibrium condition because in sand boiling the hydraulic failure occurs locally. Assuming spherical shape for the grains, the equilibrium conditions of a single grain can be derived from Stokes and Darcys laws. In order to avoid sand boiling both global and local equilibrium conditions should be satisfied. Keywords Sand boiling, hydraulic heave, local and global equilibrium conditions. BEVEZETÉS A buzgár függőleges vízáramlás hatására bekövetkező hidraulikus talajtörés. Az egyensúly feltétele elméletileg igen egyszerű. A talaj súlyának nagyobbnak kell lennie, mint a talajra ható víznyomás (pl. Powrie 2014). Gyakorlati tapasztalatok azt mutatják, hogy buzgárok a talaj súlyánál jóval kisebb víznyomások (0,1-0,5) mellett is kialakulhatnak (Daniel 1985, Turnbull és Mansur 1961, U.S. Army 1956, USACE 2005, Jantzer és Knutsson 2010, Nagy és Műszák 2012, Pratama és társai 2020). A mérnöki gyakorlat ezt azzal ellensúlyozza, hogy jóval magasabb biztonsági tényező értéket (4-5) kíván meg a buzgárok kialakulásának megelőzésére (pl. Harr 1962, Taylor 1948). Hogyan lehetséges az, hogy az elméletileg hibátlan egyensúlyi feltételt a gyakorlatban kialakuló buzgárok nem elégítik ki? Erre a kérdésre keresi a választ a tanulmány. HIDRAULIKUS TALAJTÖRÉS VIZSGÁLATÁNAK JELENLEGI GYAKORLATA Valamennyi előírás azt követeli meg, hogy a talaj súlyának nagyobbnak kell lennie, mint az áramlási nyomás. Ez a feltétel három különböző módon (a-c) vizsgálható. Terzaghi (1922) nagymodell kísérletei azt mutatták, hogy egy szádfallal határolt munkagödör esetén a talaj hidraulikus talajtörése a szádfal levert mélységének kb. a fele távolságáig következik be (7. ábra). Ennek a talajtömegnek az egyensúlyi feltétele függőleges vízáramlás esetén a következőképpen adható meg: ahol W'a talaj vízalatti súlya, U a szivárgási áramkép alapján meghatározható dinamikus víznyomás eredője, Fs pedig a biztonsági tényező (factor of safety). Terzaghi kísérletei alapján a vízalatti talaj súlya: W'=\y'D2 (2) ahol y' a talaj vízalatti térfogatsúlya, D pedig a szádfal leverési mélysége. A hidraulikus nyomás eredője a következő összefüggés alapján határozható meg: U = \ywDha, (3) ahol yw a víz térfogatsúlya, ha pedig a hidraulikus nyomómagasság átlagértéke a vizsgált talajtérfogat alján. Terzaghi nagymodel kísérletei a fenti egyensúlyi feltételekkel (1-3 egyenletek) jó egyezést mutattak (Terzaghi és Peck 1948). A jelenlegi előírások (EC-7 2013) nem határolják le a vizsgálandó térfogatot és az egyensúlyi feltétel kielégítését bármilyen talajtérfogat esetére megkövetelik. Sdst-.d — ^stb;d> (4) ahol Sdst;d a talajtörést előidéző víznyomás eredő erejének tervezési értéke, Gstb d pedig a vizsgálat stabilizáló talajtömeg vízalatti súlyának tervezési értéke. Az Eurocode 7 (2013) az egyensúly teljesülésének igazolását a következő feltétel kielégítésével is lehetővé teszi: udst;d — astb-,d (5)
