Hidrológiai Közlöny 2010 (90. évfolyam)
3. szám - Lőrincz János–Nagy László: Buzgárosodásra való hajlam gyakorlati vizsgálata szemeloszlási entrópia segítségével
61 ? — 9 J0 — Omin 2/3(5 0ma x - S 0mjn ) Somax = a t a' aj legdurvább frakciójának sajátentrópiája, Somin = a talaj legfinomabb frakciójának sajátentrópiája. as„ F frakciószim 3. ábra. A keverékben valóban résztvevő frakciók számának hatása a keverési entrópia maximumára Szemeloszlási entrópia tranziens jelenségekre Ha a talajból szemcsék mosódhatnak ki, akkor a szemeloszlás megváltozik, többé már nem érvényes az eredeti szemeloszlás. Talaj szűrőként való alkalmazásra csak szuffúzióra stabil talajok felelnek meg, melyeket szemeloszlásuk alapján tervezzük. A szűrők beépítésekor számolni kell a szétosztályozódással, amely a szűrési vizsgálatnál figyelembe vett paraméterek teljes módosulásához vezethet (Lőrincz, 1986, 1993). A talajszürők stabilitásának vizsgálata nem jelen dolgozat feladata, azonban a szuffúzió feltétlenül a jelenségkörhöz tartozik Korábbi tapasztaltok alapján (Lőrincz 1986, 1993) állítható, hogy nem lép föl szuffúzió azoknál a talajoknál, amelyek szemeloszlási görbéje 4, vagy ennél kevesebb frakciónyi tartományt foglal el. akár folytonosan, akár hiányosan, mert a 4 frakciónyi tartomány legdurvább frakcióját a legfinomabb szűrőjeként alkalmazhatjuk. Nyilvánvaló, hogy ezeknek a frakcióknak bármilyen arányú keverékében sem történhet szuffúzió. A szuffúzióra való hajlam 5 frakciónál szélesebb tartományra kiterjedő talajoknál a szemeloszlási görbe alapján vizsgálható. A AS/lnF érték (AS az entrópianövekmény, F a szemeloszlási tartomány összes lehetséges frakciójának száma) az A = Sp ' ^Oroin V - S" Omax Omin egyenlettel határozható meg a normalizált entrópia függvényében. A görbe az A = 0,5 értékre szimmetrikus, adatai az ún. "optimális" entrópiájú eloszlások AS/ InF értékeit tartalmazzák. X 443 (S o r,i„>/<So 4. ábra. AS/lnF értékei az A függvényében A 4. ábrában a „buzgár", „stabil" és „szuffúzió" tartományok kijelölése nagyszámú kísérlet alapján történt (Lőrincz, 1986). Az ábrán valamennyi pont egy egy-egy szemeloszlási görbe lefutást, azaz végtelen sok egymással párhuzamos szemeloszlási görbét ábrázol. • A D pont az 5 frakciónyi tartomány elhelyezkedő, de csak két, a legfinomabb és legdurvább frakció 1/3 - 2/3 arányú keverékét ábrázolja, koordinátái: A = 2/3, AS/lnF = 0,571. • Az A pont az akárhány frakcióból álló olyan szemeloszlási görbéket ábrázolja, amelyekben a frakciók azonos mértékben betöltöttek (lásd 5. ábra). • B a 2/3 -os szemeloszlású talajokat ábrázoló pont. 7 frakciónyi megfelelője szintén az 5. ábrán látható. • C a maximális entrópiájú szemeloszlás pontja, jelen ábrázolásban koordinátái: A = 0,79, AS/lnF = 1,167, nagyobb frakciószámok esetén a pont a görbén A = 1 felé mozog. A tapasztaltok szerint a B pont előtt, A < 2/3 esetében a finom szemcsék mátrixot alkotnak, „szétemelik" a durva vázat, a durva szemcsék lebegnek a mátrixban, annál inkább, minél távolabb esik a pont az A = 2/3-tól az A = 0 irányában. A buzgárosodásra hajlamos tartományba eső talajoknál kimosódás esetén, a kimosódás áltál érintett tartományokban az A értéke tart 0.5-höz. Ugyanez a helyzet minden hidraulikus töréssel lezajló kimosás esetében is, bárhová essen A értéke eredetileg! A finom szemcsék mátrixából a durva szemcséjű vázba való átmenet az A = 2/3 fölött kezdődik. Kétfrakciónyi frakcióhiányos keverékek esetében az átment nagyon éles, ha A csak kissé nagyobb, mint 2/3 már áll a durva váz a finom szemcsék szabadon elmozdulhatnak, kimosódhatnak. Folytonos szemeloszlású talajok esetében az átmenet a B-C-D tartományon belül zajlik le. Ezért mondhatjuk azt, hogy a szemcsemozgás szempontjából ez a tartomány biztonságos, mert már nincsen finom szemcsés mátrix, de még a durva váz sem épült föl. A C ponton túl, illetve a CD vonaltól jobbra eső szemeloszlások esetében a durva szemcsék vázat alkotnak, a finom szemcsék zöme szabadon elmozdulhat, megfelelő körülmények esetén szemcsemozgás, szuffúzió indul meg. Általában viszonylagosan kis mennyiségek mosódnak ki, bár frakcióhiányos talajok esetében (lásd 5. ábra) jelentősebb mennyiség is távozhat. Mind a buzgárosodás, mind, pedig a szuffúzió tartományában érvényes az a megjegyzés, hogy az optimális entrópiájú talajokat ábrázoló felső határgörbe közelébe eső talajok biztonságosabbak, míg a határgörbétől, illetve a tartományhatárokat lezáró egyenesektől távolodva a kimosódás veszélye nő. Hidraulikus törés, azaz a talaj teljes átkeveredése-átstrukturálódása esetén a talajt ábrázoló pont egy A = 0.5 pozíciójú pont felé mozdul el, bárhol is volt korábban. Más jellegű változások történnek a víz alóli mintavétel során. Ekkor, ha a mintavevő nem zárt, a kiemelés során a finom szemcsék kimosódnak és szemeloszlás egy pl. A = 0.5 körüli pozícióból A = 2/3 felé tart. Ablakos mintavevő használatakor viszont előfordulhat az, hogy zömmel finom szemcsékjutnak a mintavevőbe, főként egy homokos kavics talaj esetében. Gyakorlati vizsgálatok A buzgárosodásra való hajlamnak a szemeloszlási entrópia segítségével történő gyakorlati vizsgálatához megtörtént események (elfogott buzgárok és buzgáros talajtörések) adatait használtuk fel. Széleskörű adatgyűjtéssel 12 helyről származó 104 szemeloszlási görbe több mint 120 számítási feldolgozását végeztük el (/. táblázat). BUZGÁR SZUFFÓZIÓ
