Hidrológiai Közlöny 1999 (79. évfolyam)
4. szám - Imre Emőke–Czap Zoltán–Telekes Gábor: Az árvízvédelmi töltéseket is alkotó telítetlen talajok feszültségi állapotváltozói
198 HIDROLÓGIAI K .ÖZL ÓNY 1999. 79. ÉVF 3. SZ. A hártya több fizikai jellemzője (pl. sűrűség, hővezetés) lényegesen eltér a víz fizikai jellemzőitől, és az átmenet nem folytonos. Határfelületei is vannak, hiszen bizonyos élőlények képesek járni az alsó és felső felületén (2. ábra). Ezek a fizikai jellemzők kielégítik a fázis definícióját, amely a következő. Ahhoz, hogy egy keverék egy részét fázisnak tekintsük, szükséges, hogy a.) tulajdonságai eltérjenek a vele érintkező részekétől, b.) legyenek határfelületei. 2. ábra A hártya alsó és felsőfelületén élő rovarok. (Milne és Milne, 1978) 3. Történeti áttekintés A hatékony feszültség fogalma az 1936-ban rendezett első Talajmechanikai és Alapozási Világkonferencia óta közismert. Értelmezése, amely szerint egy olyan ún. feszültségi állapotváltozóról van szó, amelynek segítségével a telített talajok viselkedése kontinuummechanikai megközelítéssel, egységesen tárgyalható, csak jóval később vált elfogadottá. A telítetlen talajok feszültségi állapotváltozóinak megállapítása - számos hibás kezdeti próbálkozás után - az Imperial College 50-es években végzett kutatásaival vett nagyobb lendületet, és a kanadai Saskatchewani Egyetem 70-es években végzett kutatásaival fejeződött be. Ezek megalkotása után megindult a telítetlen talajok viselkedésének kontinuummechanikai megközelítéssel történő, egységes leírása is. 3.1. A hatékony feszültség definíciója A következőkben Terzaghi 1936-ban, a hatékony feszültségre adott definícióját idézzük: "A talaj adott pontjának adott síkjára ható feszültség a föfeszültségekből számítható. Ha a hézagok vízzel telítettek, és a víz u nyomással jellemezhető, a teljes feszültség két részből áll. Az egyik rész u, a vízben és a szilárd részben minden irányban, azonos nagyságban hat. Ez a semleges feszültség (pórusvíznyomás). A semleges feszültség feletti o 1! = oi - u, a l2 = o 2 - u, c' 3 = o 3 - u többletet - a hatékony feszültséget - kizárólag a talaj szilárd része viseli. A feszültség-változás minden olyan mérhető hatása, mint a kompresszió, nyíródás és a nyírószilárdság csökkenése a hatékony feszültség változásának eredményeképpen jön létre". 3.2. A feszültségi állapotváltozó fogalma Kontinuummechanikai értelmezés szerint az állapotváltozók a rendszer állapotát - az anyagjellemzőktől függetlenül - jellemzik. A közöttük lévő kapcsolatot kifejező alapegyenletek általában egyértelműek. Ahhoz, hogy a talajok viselkedését kontinuummechanikai alapon tárgyalhassuk, megfelelő feszültségi állapotváltozókat kell választani, hiszen sem a teljes feszültség, sem a folyadék és levegő fázis feszültsége önmagákban nem jellemzi egyértelműen a talajt. 3.3. A hatékony feszültség értelmezése Terzaghi fenti definíciója sokáig nem talált helyes értelmezésre, azaz nem volt nyilvánvaló, hogy a hatékony feszültség a telített talaj feszültségi állapotváltozója. Általános volt az a nézet, hogy a hatékony feszültség egy bonyolult elméleti megközelítés egyszerűsített eredménye. Itt Skempton (1959) két javaslatát említjük. Skempton egyik javaslatában egy, a talajszemcsék közötti hullámos felületre ír fel "egyensúlyi egyenletet" (3. ábra). a' = a-(l-a)u w, (1) ahol a a részecskék közötti kapcsolat területét jellemzi. Ha a 0, akkor a fenti egyenlet a hatékony feszültség képletére vezet. Megállapítható azonban, hogy az (1) képlet csak ekvivalenciát fejez ki, hiszen egyensúlyi egyenlet csak egy olyan térbeli elemi hasábra írható fel, amelynek elkülönítése a talaj szerkezetétől független. Az (1) képlet nem lehet feszültségi állapotváltozó definíció sem, mert a közeg egy geometriai tulajdonságát is tartalmazza (az a paraméterben). Skempton másik javaslatában kompresszibilitási problémákra a következő hatékony feszültség definíciót adja: f a = CT 1Cp c s u w (2) ahol Cp, Cs a szemcsék illetve a talajszerkezet kompreszszibilitása. Mivel C P « C s a fenti egyenlet a hatékony feszültség képletére vezet. Megállapítható azonban, hogy a (2) képlet sem lehet feszültségi állapotváltozó definíció, mivel a közeg anyagi tulajdonságát is tartalmazza (a Cp, Cs paraméterekben). Érintkezési felület Teljes feszültség a 3. ábra. A Skempton (1961) által felvett, a szemcsekapcsolatokon keresztül futó felület Érdekes azonban, hogy a (2) képlet úgy is értelmezhető, hogy az (u w) hatására csak az egyedi talajszemcsék, az (a - u w) hatására pedig csak a talajváz nyomódik össze. Ekkor ugyanis felírható:
