Hidrológiai Közlöny 1982 (62. évfolyam)

8. szám - Újfaludi László: Háromdimenziós szivárgás vízépítési műtárgyak környezetében

Újfaludi L.: Háromdimenziós szivárgás Hidrológiai Közlöny 1982. 8. sz. 339 terjedő térbeli torzfelület (ennek közvetlenül a műtárgy oldalfalához simuló vonalát hozzávetőlegesen berajzoltuk az 1. és a 2. ábrán). A szabad felszín modellezése nagy gondot okozna annál is inkább, mert kezdetben nem ismerjük a felület alakját. A problémát néhány tájékozódó kísérlettel sikerült megoldani, a következőképpen: Sík lapokkal határolt közelítő szabad felszíneket építettünk be különböző vízzáró-mélységek esetén. Mérés útján meghatároztuk a három legfontosabb szivárgási mozgásjellemző (a vízhozam, a kilépési gradiens és a felhajtóerő-eloszlás) értékét a közelítő szabad felszínnel és anélkül. A kétféle érték között csak a legkisebb vizsgált vízzárómélység M/b = 0,4 esetén mutatkozott különbség, nagyobb M/b - értékeknél már nem. Ennek nyilvánvaló magyarázata az, hogy a szabad felszín — fokozatosan süllyedő jellegénél fogva — elsősorban az átáramlási keresztmetszet fokozatos csökkentése révén módosítja az áramképet a teltszelvényű áramláséhoz képest. A vízvezető rétegvastagság növekedésével azonban ennek a keresztmetszet-csökkenésnek viszonylagosan egyre kisebb a jelentősége, az áramkép tehát egyre jobban közelít a teltszelvényű esetéhez. Ezért a továbbiakban — az M/b = 0,4 esetet kivéve — az összes vizsgálatokat teltszelvényű szivárgás feltételezésével végeztük. I — Az alvízi szintmagasság minden esetben a felvízinek 1/4-e volt (Í. és 2. ábra). Ez további megszorítást jelent az általános esethez képest, ennek jelentősége azonban nem túlságosan nagy, mert a mozgásjellemzők értéke (az alvízi rézsün előálló lokális jelenségektől eltekintve) általában a két szint különbségétől függ. (A modelleken egyébként, amint azt az első két ábra mutatja, csak a felvízi szint alatti térrészt vettük figyelembe, mivel szivárgási szempontból csak ennek van jelentősége.) Sík alapozású műtárgyak esetén a vizsgált geometriai mérettartomány a következő volt (jelöléseket ld. az 1. ábrán): 0,4^ilf/6<2,67, ezen belül E/L = 3,33 esetén 0,333<Ä/iy<0,533 E/L=l,00 esetén 0,10 0,10 E/L = 0,50 esetén 0,05 0,08 (1) E L = 0,20 esetén h/L = 0,03 Szád- és szárny falas műtárgyak vizsgálatakor (2. ábra) a falak hosszát különböző szélesség/hosszúság arányok esetén a következőképpen vettük fel E/L = 3,33 esetén l,05=sD/B^s 2,lés 0,46 0,92; E/L= 1,00 esetén 1,5 .^D/Brs2,l és 0,25^d/h^ 1,4; E/L = 0,50 esetén 3,0 sí/B<6,0 és 0,5 2,8; (2) E/L= 0,20 esetén 2,5 ^sD/B-s7,5 és 0,4 ?sd/h-.s 3,5 A függőleges, illetve az oldalirányú süllyesztést az yl-típusú műtárgyaknál minden esetben e/h — a/h = 0,5 értékre vettük fel, a iJ-típusú műtárgyaknál a köröm mérete álh = 0,25 volt. A fenti tartományok egyúttal a kapott eredmények érvényességi tartományát is kijelölik; természetesen kismértékű extrapoláció minden esetben végezhető. 3. Az eredmények ismertetése A kutatási eredmények interpretálása során azt a módszert követtük, hogy a háromdimenziós modellekben mérés útján meghatározott mozgásjellemzőket a geometriailag hasonló kétdimenziós esetekével hasonlítottuk össze. Ezek számítására, sok különböző közelítő módszer áll rendelkezésre, mi az alábbiakat használtuk: Egyrétegű talajra alapozott műtárgyaknál — a vízhozamot kis süllyesztések esetén a Kovácsféle [4] módszerrel; nagyobb süllyesztések esetén Csugajev [5], [6] módszerével, — a kilépési gradienst és a felhajtóerő-eloszlást Csugajev módszerével számítottuk. Kétrétegű talajra alapozott műtárgyaknál — a vízhozamot az általunk korábban jovasolt módszerrel [10],[11] — a kilépési gradienst és a felhajtóerő-eloszlást Kamenszkij [7], Oalli [8], ill. Juhász [9] módszerével számítottuk. Az összehasonlítás során alkalmazott hidraulikai mennyiségek értelmezése a következő: A vízhozamot mind a három — mind a kétdimenziós esetben "az áramlási irányra merőlegesen vett 1 m széles műtárgy-szakaszra vonatkoztattuk; a háromdimenziós esetben Q-val, a kétdimenziós esetben q-val jelöltük. A kilépési gradienst a háromdimenziós modellekben az alvízi mederfenék középvonala és a műtárgy alvízi homlokfelületének döféspontjában (1. és 2. ábra C-pont) mértük, /ki-vel jelöltük. Ennek kétdimenziós megfelelője az alvízi homlokfelület és a mederfenék metszésvonalának tetszőleges pontjában fellépő gradiensérték, ezt vei jelöltük. 3. ábra. Az egyik A-típusú műtárgy elektromos analóg modellje. (A tengelyszimmetria miatt az elrendezéseknek csak egyik jelét modelleztük) Puc. 3. ModeAb 9TJJA odnoeo U3 coopyotcenuü muna A (B BHfly OCeCHMMeTpHMHOCTH MOAejlHOBaJiaCb TOJlbKO riOJIOBHHa KOHtfíHrypauHH) Abb. 3. Elektrisches Analogenmodell eines der Objekte Typ A Wegen der Achsensymmetrie haben wir nur die einp Hplfte der Anordnung modelliert