Hidrológiai Közlöny, 2021 (101. évfolyam)
2021 / 4. szám
Garai József: A hidraulikus talajtörés komplex kritériumai 43 5. ábra. Kimosott talaj súlyszázaléka és a kritikus átmérő Figure 5. The percentage of the washed-out particles and the critical diameter HIDRAULIKUS TALAJTÖRÉS KIALAKULÁSÁNAK FOLYAMATA A buzgárképződés a legkisebb méretű szemcse (doo) kimosódásával kezdődik. Ezeknek a szemcséknek a kirnosódása a talajmátrix eredeti tulajdonságait megváltoztatja. A kimosott szemcse helyén képződő üreg növeli az áteresztő képességet, megrövidíti az átfolyási hosszt, így növeli a hidraulikus gradiens értékét és csökkenti az átfolyási kerület-felület arányát. Mindhárom fizikai változás a kritikus szemcseátmérő értékének növekedését okozza. A folyadékba kerülő kimosott szemcsék megnövelik a sűrűséget (pL), ami a következőképpen vehető figyelembe: Pl (1 xs)Pw T xsPs (2) ahol xs a folyadékban lévő szilárd szemcsék térfogat aránya. További kritikus szemcseméret növelő tényező az, hogy az áramló folyadékban lévő kimosott szemcsék momentuma nagyobb szemcsékhez való ütközés folytán részben vagy teljes egészében átadódik. A felszínen található szemcsék esetén a szemcse nem csak függőleges, hanem oldal irányban is el tud mozdulni. Egy felszíni szemcse egyensúlyvesztése ezért a szemcse gördülésével is bekövetkezhet (6. ábra). A gördülési ellenállás jóval kisebb, mint a függőleges elmozdulás ellenállása. Valószínűleg ez utóbbi folyamat a legfontosabb összetevője annak, hogy a buzgároknál a hidraulikus talajtörés a kritikusnál jóval kisebb hidraulikus gradiens értékek mellett is kialakulnak. Amennyiben a talaj önszűrő, akkor kimosódás nem jön létre, ezért a fenti folyamatok nem tudnak kialakulni, és a hidraulikus talajtörésre a globális egyensúly feltételei a mértékadóak (Garai 2021b). Skempton és Brogan kísérletei alapján, nem önszűrő talaj esetében, 3-8 súlyszázaléknyi egyensúlyát elvesztő szemcse kimosódása vezetett általános hidraulikus talajtöréséhez. Biztonság figyelembevételével a maximális kimosódás megengedett értékeit ezért három súlyszázaléknál javasolt előírni. Ez az érték további vizsgálatok ismeretében esetleg módosulhat. Szemcse egyensúlyvesztésének kialakulása a talaj mátrix felszínén • instabil (v„ > vt) Q instabil (v„ < v,) + • kinetik energia - oldal irányú elgördülés ^ stabil | vízáramlás iránya 6. ábra. A buzgárképződés kialakulásának folyamata Figure 6. Physical process leading to the development of sand boiling SZEMCSEKIMOSÓDÁS ÉS A BUZGÁR KIALAKULÁSÁNAK KRITÉRIUMAI Az első talajszemcse kimosódása akkor következett be, amikor a kritikus átmérő (dc p) azonos volt a legkisebb talajszemcse méretével (d00). Ennek alaján, amennyiben a talaj szemeloszlási görbéje a globális stabilitási zónán kívül esik, akkor a szemcsekimosódás (piping) megelőzésének feltétele az, hogy ^oo — dcp. (3) A globális hidraulikus talajtöréssel szembeni állékonyság feltétele az, hogy a talajban kialakuló hidraulikus gradiens (iz,talaj) értéke bármilyen mélységben kisebb legyen a kritikus hidraulikus gradiens tervezési értéknél (3z,c;d) ■ íz,talaj í-z.c.d ■ (4) A kritikus hidraulikus gradiens tervezési értéke: c.d = —— = — (1 — n) C'a FsYw FSK JYw (5) ahol y' a vízalatti talaj térfogatsúlya, Fs pedig a biztonsági tényező parciális értéke. Összevonva a lokális és globális egyensúlyi feltételeket a talajszemcse kimosódásának kritériuma a következőképpen adható meg: r n(Ps~Pw)9 G,talaj,p < i[ü 36 [ik-z ■dn20; (1 n) Ys-Yw Yw (6) Általános hidraulikus talajtörés kialakulásának kritériuma az, hogy a talaj szemeloszlási görbéje kívül esik a globális stabilitás zónáján, és a talaj 3 súlyszázalékához tartozó szemcseátmérő (d03 ) kisebb a kritikus méretnél (^c.sö)> d. c,sb■ (7) Összevonva a lokális és globális egyensúlyvesztés feltételeit a hidraulikus talajtörés kritériuma a következőképpen adható meg: *-z,talaj,sb < 1 I'm F* i (Ps-Pw)g 36 nkz do3; (1 - n) Ys-Yw Yw (8 )
