Vízügyi Közlemények, 1971 (53. évfolyam)

1. füzet - Kovács György: A szivárgó vízmozgás hatása a szemcsés rétegek állékonyságára

A SZIVÁRGÓ VÍZMOZGÁS HATÁSA SZEMCSÉS RÉTEGEK ÁLLÉKONYSÁGÁRA DR. KOVÁCS GYÖRGYI I. AZ ÁRAMLÁS HATÁSÁRA LÉTREJÖVŐ SZEMCSEMOZGÁS ÉRTELMEZÉSE ÉS OSZTÁLYOZÁSA Az áramló víz a vízvezető réteg szemcséire a nyugalomban levő víztől eltérő erővel hat. Ez a hidrodinamikai felhajtó erő a hidrosztatikai felhajtó erőnek és az áramlási nyomásnak eredője. (Az utóbbi elnevezés, bár általánosan elterjedt, nem teljesen szabatos, mert általában nem feszültség vagy terhelésdimenziójú mennyiséget, hanem nyomóerőt vizsgálunk.) Az áramlási nyomás vektora párhuzamos a hidraulikai gradiens vektorával — így tehát a sebességvektorral és az áramvonallal is — elemi hasábra ható nagyságát pedig a hasáb áramlásirányú élhosszának, az áramlásra merőleges felületének, a víz fajsúlyának, és a gradiensek a szorzataként számíthatjuk. Ha a réteg egy szemcséjére ható áramlási nyomás nagyobb mint a szemcse áramvonal irányú elmozdulását akadályozó erők, a szemcse mozgásba jön az áramlás iránya és a réteg belső szerkezete által megszabott pálya mentén. A jelenség a réteget felépítő szemcsék legkisebbjének elsodrásával kezdődik. Ezek a kis szemek a réteg belsejében is megmozdulhatnak, ott, ahol a helyi sebesség meghatározott határértéket túlhalad, majd bizonyos út megtétele után újra nyugalomba jutva, a leülepedés helyén az eredeti állapothoz viszonyítva csökkentik a réteg hézagtérfogatát, növelik a finom szemcsék arányát és így csökkentik a szivárgási tényezőt. Ahonnan a víz a finom szemcséket elragadta, ott természetesen a réteg jellemzői ellenkező értelemben változnak, növekszik a hatékony átmérő, a hézagtérfogat és a szivárgási tényező. Ide összpontosul tehát a kisebb ellenállást keresve az áramlás, növekszik a sebesség, növelve ezzel a további szemcsék elsodrásának a veszélyét. Előfordul, hogy a mozgásba hozott szemcsék kolmatáció jellegű kiülepedése nem következik be, hanem a víz az egész vizsgált tartományon keresztül magával képes sodorni ezeket. Ilyenkor a szilárd váz tömege fokozatosan csökken. Nem alakulnak ki az áramlás irányában csökkent vízvezetőképességű zónák, így még nagyobb mértékben fennáll az áramlás koncentrálódásának lehetősége. Mindaddig, míg a szivárgó víz elsodró ereje csak a finom szemcséket tudja megmozgatni és azokat úgy szállítja keresztül a nagyobb szemcsék közötti pórusokon, hogy az utóbbiak tovább is egymásra támaszkodva állékony szerkezetet alkotnak és folyamatosan adják át egymásnak a felső rétegek terhelését, a létrehozott változás csak az áramlást befolyásolja. Ha azonban — éppen a bekövetkezett hidraulikai változások hatására — megindul a vázat alkotó szemcsék kisodrása is, a réteg elveszti stabilitását. A visszamaradó szemcsék stabil állapotra 1 Dr. Kovács György a müsz. tud. doktora, Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Intézet igazgatóhelyettese.