Hidrológiai Közlöny, 2021 (101. évfolyam)
2021 / 4. szám
36 Hidrológiai Közlöny 2021. 101. évf. 4. szám A klasszikus Terzaghi-féle globális egyensúlyi feltételek érvényességi határa Garai József Debreceni Egyetem Építőmérnöki Tanszék, (E-mail: jozsef.garai@fiu.edu; garai.jozsef@eng.unideb.hu) Kivonat Felhasználva az áteresztőképességi együttható és a szemcseméret közötti empirikus összefüggést, a szemeloszlási görbe ismeretében a kritikus szemcseátmérő értéke jól becsülhető. Amennyiben a talaj a kritikus átmérőnél kisebb szemcsetartománya önszűrő, ebben az esetben az egyensúlyukat vesztett kisebb szemcsék kimosódása gátolt, ezért a tényleges egyensúlyvesztés akkor következik be, amikor a kritikus átmérőnél nagyobb méretű szemcsék is kimosódnak. Önszűrő talajok esetén ezért a globális egyensúlyi feltételek a kritikus átmérőnél kisebb szemcsetartományra is érvényesnek tekinthetőek. Alkalmazva a cu < 3 önszűrési kritériumot a szemeloszlási görbe teljes egészére, lehatárolható az a terület, ahol hagyományos globális Terzaghi-féle egyensúlyi feltételek alkalmazhatóak, illetve az a szemcsetartomány, ami buzgárok kialakulásának szempontjából veszélyes. Az elméleti megfontolások alapján levezetett következtetések jól egyeznek a buzgárokból kimosott talajok szemeloszlási görbéivel, ami azt mutatja, hogy a talajok buzgárképződésre való hajlama a szemeloszlási görbe ismeretében megbízhatóan megítélhető. Kulcsszavak Buzgár, buzgár kialakulása, hidraulikus talajtörés, lokális és globális egyensúlyi feltétel, Terzaghi hidraulikus talajtörési feltétele, kritikus hidraulikus gradiens, áteresztőképességi együttható, szemeloszlás._____________________________________________________ Limitations on the classical “Terzaghi“ hydraulic heave criterion Abstract The well-established relationship between the hydraulic conductivity and the particle size allows calculating the critical diameter directly from the particle size distribution. In case of self-filtering soil, the smaller grains, which lose their stability at lower hydraulic gradient than the critical one, can’t be washed out. Thus, the soil keeps its integrity and the global equilibrium conditions for hydraulic heave are applicable. Thus, sand boiling would not develop. Applying the self-filtering criterion cv < 3 for grains with smaller diameter than the critical one allows separating the global and the local equilibrium regions in the particle size distribution curve. The stability conditions deduced from theory are consistent with the particle size distribution of soils collected from sand boiling. Thus, the particle size distribution curves of soils can be used to identify soils, which are sensitive to sand boiling. Keywords Sand boiling, hydraulic heave, local and global equilibrium conditions, Terzaghi's hydraulic heave criterion, critical hydraulic gradient, coefficient of permeability, particle size distribution.____________________________________________________________________ A Hidrológiai Közlöny korábbi számában (Garai 2021) bemutatásra került az, hogy a jelenlegi előírások (Eurocode 7 2013), melyek hidraulikus talajtörés esetére a globális egyensúly feltételeinek teljesülését kívánják meg, nem alkalmazhatók buzgároknál kialakuló hidraulikus talajtörés vizsgálatára. Buzgárok a talaj felszínén pontszerűen, lokálisan alakulnak ki. A hidraulikus talajtörés kialakulását leíró egyensúlyi feltétel ezért a felszínen lévő egyetlen szemcse egyensúlyi vizsgálatára vezethető viszsza. Gömb alakú szemcsét feltételezve, függőleges vízáramlás esetén az egyensúly feltétele Stokes és Darcy törvényeiből levezetésre került (Garai 2016). Az egyensúlyi feltétel a következő összefüggéssel adható meg: n(ps - pw)g J2 36 pkz d ö iz > i z_talaj (i) ahol ps a szemcse anyagsűrűsége, pw a víz sűrűsége, g nehézségi gyorsulás, p a víz dinamikus viszkozitása, d talajszemcse átmérője, kz függőleges irányú áteresztőképességi együttható, n hézagtérfogat, iz,taiaj a talaj, iz,c pedig a kritikus hidraulikus gradiens értéke, mely utóbbi a következő összefüggés alapján határozható meg: P ,, Ps Pw — = (1 - n)---------Pw Pw (2) ahol p' a talaj vizalatti térfogatsúlya. Bevezetve a kritikus átmérő (dc) fogalmát, mely az a szemcseméret, melynek egyensúlyvesztése a kritikus gradiens értékének elérésekor következik be. Az előző (7, 2) egyenletek összevonásával meghatározható az a szemcsetartomány (d), melyre a hagyományos, globális, Terzaghi féle egyensúlyi feltételek érvényesek. d > dc = 36p 1 — n--------------1 Pw g n (3) A kritikus méretnél nagyobb szemcsék egyensúlyukat a kritikus hidraulikus gradiens kialakulásakor veszítik el, ezért erre a szemcsetartományra a globális egyensúlyi feltételek érvényesek. Jelen tanulmány a globális egyensúlyi feltételek alkalmazásának kritériumait vizsgálja olyan talajok esetén, melyek a kritikus átmérőnél kisebb szemcséket is tartalmaznak. Megvizsgálva a 3.egyenletben megadott egyensúlyi feltételt, látható, hogy az első tag, állandó hőmérsékletet feltételezve, konstansnak vehető: = 2,025 x 10“3 (ms)Í Pw (4)
