Hidrológiai Közlöny 1983 (63. évfolyam)

4. szám - Dr. Kovács György–Ujfaludi László: Finom szemcsék mozgása kutak környezetében

HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 63. ÉVFOLYAM 4. SZÁM 145—192. oldal Budapest, 1983. április Finom szemcsék mozgása kutak környezetében DE. KOVÁCS f.yOlOY'a MTA levelez« tagja— U ,T F A I, U I) I L Á S Z 1, Ő* 1. A kutatás célkitűzése A belső szuffóziós folyamatok létrejöttéhez a szemcsés közegekben két feltételnek kell teljesülnie. Egyrészt léteznie kell olyan méretű pórusoknak, amelyekben a finom szemcsék képesek elmozdulni; ez a belső szuffózió geometriai feltétele. Másrészt az áramló víz sebességének el kell érnie egy határértéket, amelyhez tartozó áramlási nyomás a finom szemcséket képes eredeti helyzetükből elmozdítani; ez a belső szuffózió hidraulikai feltétele. Szűrővel megtámasztott rétegek esetében (pl. kútszűrők környezetében) ezekhez járul még a külső szuffózió geometriai feltétele, nevezetesen az, hogy vajon a réteg belsejében mozgásba jött finom frakció képes-e áthatolni a megtámasztó szűrő (pl. szitaszövet) hézagain vagy sem. A szuffc»zióval kapcsolatos említett problémák megoldásával foglalkozó, a szakirodalomban közölt kutatások eredményeiről részletes ismertetés jelent meg (KOVÁCS," 1971), ezért ezeket itt csak röviden foglaljuk össze. a) A belső szuffózió geometriai feltétele Néhány szerző (ISZTOMINÄ, CREAGER és mások) a HAZEN-féle P^yenlőtlenségi együttható (U~ D

6

0/D

1

0) alkalmazásával egyszerű összefüggéseket adott meg a talajok szuffózióra való hajlamának eldöntésére. LUBOCSKOV (1962) részletesebb vizsgálatai során kimutatta, hogy a szuffózióra való hajlam megítélése szempontjából a talaj egész szemeloszlási görbéjét figyelembe kell venni. Ebből a célból típusgörbéket dolgozott ki, megadva a szuffózióra nem hajlamos talajok alsó és felső határát. KÉZDI (1969) ugyancsak a teljes szemeloszlási görbe figyelembevételével dolgozta ki módszerét. Eszerint a talajt tetszőleges D

n átmérő mentén két részre osztva azt kell megvizsgálni, hogy a durvább szemű halmaz megfelelően működne-e a finomabb frakció szűrőjeként. A szűrő megfelelő voltát a TERZAGÍH 1-féle szűrőszabály alapján kell meghatározni. Az eljárást a kisebb szemátmérőktől indulva növekvő átmérőkkel kell folytatni, míg végül lesz egy legnagyobb D

n' átmérő, amelyre még éppen teljesül a T

ERZAGHI-kritérium. A talajból a D

n' szemcsefrakciót elhagyva számítható a visszamaradt váz n

v hézagtérfogata. Másrészt viszont KOVÁCS (1971) összefüggése alapján az egyenlőtlenségi együttható figyelembevételével számítható a váz lehet* Vízgazdálkodási Tudományos Kutat ó Központ, Budapest, séges leglazább n„

ma

x hézagtérfogata (vagyis az a hézagtérfogat, amelynél a váz még nem roskad össze). A váz állékonysága n

v és n,,

ma

x értékének összehasonlítása alapján ítélhető ha n

v-=zn,,

m!x

x, akkor a váz stabil, ellenkező esetben nem. b) A belső szuffózió hidraulikai feltétek Több szerző megkísérelte a v

k

r kritikus sebesség elméleti alapon történő meghatározását. KEZDI és C1STIN (1969, ill. 1965). olyan idealizációkból indult ki, amelyek matematikailag könnyen kezelhetők ugyan, a fizikai realitásokat azonban túlzottan leegyszerűsítik. PETRASEV iiz összes számításba vehető változót magában foglaló, bonyolult összefüggést dolgozott ki a v

k

r meghatározására, amely — talán éppen bonyolultsága miatt — nem terjedt el a gyakorlatban. (Az elvi alapon történő megoldások nehézségeire később, a szuffózió folyamatának elemzésekor még visszatérünk.) Néhány kutató laboratóriumi vagy kutakon végzett mérések eredményei alapján empirikus képletet javasolt a kritikus sebesség számítására. Valamennyien a vízadó réteg k szivárgási tényezője függvényében adják meg a t\

r (átlagsebesség értékét): SIGHARDT (1928) ^=6,6 • 10"

2 fk (k m/s) (1) ABRAMOV (1952) v

k

r = &3 VF (k m/d)) (2) Vtr = 3,2 • 10-2 *fk (k m/s) SCHMIEDER (1966) v

k

r=5 -lO"

2 4yT (k m/s)(3) A szakirodalmi eredményeket elemezve megállapítható, hogy a belső szuffózió geometriai feltételének meghatározása megoldottnak tekinthető. A LUBOCSKOV- és a KÉZDI-módszer együttes alkalmazása lehetővé teszi egyrészt a talajok szuffózióra való hajlamának eldöntését, másrészt (a KOVÁCS-íé\e kritériummal együtt) az önfenntartó váz-kitöltőanyag frakciók határainak kijelölését. A szuffózió hidraulikai feltételeinek meghatározása már koránt sem ilyen'egyértelmű. A megadott empirikus összefüggések által szolgáltatott Vir értéknek nagyon különbözőek (Id. a későbbi 11. ábrát). Szűrővel megtámasztott rétegek esetén a szűrőn keresztül létrejövő esetleges külső szuffózió geometriai feltételei nem ismeretesek. Az sejthető ugyan, hogy ez a feltétel összefüggésben van a KEZDI-féle frakció-határokkal, de a felbontás módszere önmagában még nem adja meg a támasztó szűrő megfelelő nyílásméretét. Végül — rendszeres és átfogó laborató-