György István (szerk.): Vízügyi létesítmények kézikönyve (Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1974)
II. Vízépítési szerkezetek
VÍZÜGYI LÉTESÍTMÉNYEK KÉZIKÖNYVE 11-73 SZIVÁRGÁSI KÉRDÉSEK Homogén izotróp talajban, amelyben érvényesül Darcy törvénye, a szivárgási folyamat a Laplace- féle differenciálegyenletekkel írható le. Ha a perem- feltételek egyszerűek, akkor a differenciálegyenletek megoldhatók, az áram- és ekvipotenciális vonalak egyenletei zárt formában kifejezhetők. Bonyolultabb peremfeltételek esetében — a gyakorlatban általában ezek fordulnak elő — ha szabatos matematikai megoldás nem található, vagy csak nehezen kezelhető bonyolult összefüggésekre vezetne, az áramképszerkesztéshez a kisminta- vagy analógia vizsgálatokhoz lehet folyamodni. Minthogy a természetben rendszerint széles határok között ingadozó anizotrópia érvényesül és a Darcy-féle szivárgási tényező még azonos rétegen belül is nagymértékben ingadozhat, az ismertetendő közelítő összefüggéseknél pontosabb módszerek alkalmazása csak kivételesen indokolt. A szivárgási folyamatok hatását a földmű méretének, szerkezetének stb. kialakításkor kell figyelembe venni. Általában meghatározandó a kialakuló piezometrikus szint (ún. szivárgási görbe), és a kialakuló hidraulikus gradiensek, mert ezek alapján ítélhetők meg a semleges feszültségek és az áramlási nyomások. Ezek nem csupán a rézsűk stabilitásának, hanem az esetleges nyomás alá kerülő közel ^ vízszintes rétegek hidraulikus talaj törésének vizsgálatához is szükségesek. Rendszerint szükség van a szivárgó víz mennyi- gégének ismeretére is, mert csak ennek alapján lehet megítélni pl. a tározók szivárgási veszteségeit, az öntözőcsatorna burkolásának szükségességét vagy a vízszintsüllyesztő-rendszer kapacitását. Gátak szivárgása Szabad felszínű vízzel egyoldalról terhelt gáttestben és a gát alatti rétegekben szivárgás jön létre. A víz a potenciálos áramlás törvényei szerint a magasabban fekvő szabad vízszint (,,felvíz” vagy „vízoldal”) felől az alacsonyabban fekvő vízszint (,,al- víz” vagy ,,mentett oldal”) felé áramlik. E szivárgási áramlás hatásának számbavételéhez ismerni kell az áramképet határoló áramlási vonalakat. Míg az alsó határáramvonal rendszerint adott (vízzáró réteg az altalajban), addig a felső határáramvonal — a szivárgási görbe — alakja és helyzete a két vízszint közötti különbség és a gát geometriai adatainak függvénye. A szivárgási görbe ismeretében számítható a gáton átszivárgó vízmennyiség, a hidraulikus stabilitást befolyásoló szivárgási gradiensek és a gát stabilitására kiható áramlási nyomás. A szivárgási görbe helyzetének és alakjának változatait a homogén azonos vízvezető képességű gáttestet és — alulról vízzáró réteggel határolt — altalajt feltételezve a 11-21. ábra szemlélteti. Ha a vízzáró fekü nagy mélységben helyezkedik el (II-21a ábra) vagy a gáttest rendkívül széles, akkor a szivárgási görbe nem lép ki a felszínre, a teljes folyamat a talajfelszín alatt megy végbe. Ha a fekü magasan helyezkedik el, és a gát szélessége sem túlzott (II-21& ábra), akkor a szivárgási görbe metszi a mentett rézsű vonalát, a víz a rézsűn kilép. Nyilvánvaló, hogy a szivárgási görbe legmagasabb és egyben legkedvezőtlenebb helyzete az lesz, ha a gát közvetlenül vízzáró alaprétegen áll. Az elmondottakból következik, hogy a biztonság javára tett közelítéssel a gátban várható víznyomások vízzáró rétegen álló gát feltételezésével vizsgálhatók. Vízzáró alaprétegen álló homogén anyagú gáttestben kialakuló szivárgási görbe helyzete és alakja, kizárólag a gát keresztszelvényének méreteitől függ (II-21c ábra). Az irodalomban számos módszer található a szivárgási görbe meghatározására, ezek közül az általánosan használható Kozeny—A. 2 V777777777777777777777777779777777?-2—.-------^ \ c) > .~...„ \ N 2 V^77777ÁV7?^V77777777^7ZV77^. 11-21. ábra. A talajvízszint helyzete befolyásolja a szivárgási görbét 1 vízvezető réteg; 2 vízzáró réteg; 3 szivárgási görbe; 4 természetes talajvízszint; a a talajvíz mélyen a felszín alatt fekszik; b a talajvíz a felszín közelében fekszik; c a gát vízzáró rétegen áll, a szivárgási görbe alakját a gátméretek is befolyásolják 233
