Hidrológiai Közlöny 2012 (92. évfolyam)
3. szám - Imre Emőke–Laufer Imre–Sheng, Daichao: A telítetlen talajok egyes talajmechanikai anyagmodelljei
56 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2012. 92. ÉVF. 3. SZ. V-P v . s Ps sG„ ahol közötti jól ismert alap-összefüggésben: Se = w a három változó (S, e és w) közül S = 1 esetén egy, S < 1 csetén kettő független. Ez a tény összhangban áll azzal, hogy Q, Q, és e közül szintén egy, illetve kettő független. A telítettségi fokra (5) az alábbi lineáris közelítés tehető: S = S 0+AS"S n+£ V f t 0 ' VwoVo 'vs (i-\Y 1.4 A fizikai egyenletek A fizikai egyenletek első nagy csoportja egy-egy olyan feszültség tenzor (pl. netto normálfeszültség tenzor és a hidrosztatikus szívás tenzor) és alakváltozási tenzor (hagyományos alakváltozási tenzor és a hidrosztatikus víztartalom tenzor) között értelmezhető, amelyek összetartozóak abban az értelemben, hogy változásuk alapján energia-változás is számolható. Megemlíthetők még a folyadék áramláshoz (Darcy törvények), és a képlékenységi feltételhez kapcsolódó fizikai egyenletek (Imre, 2008). 1.5 A cikk célja A talajmechanika a kontinuum-mechanikához való csatlakozáskor kezdődött tudománnyá válni. Ennek első lépése a feszültségi állapotváltozók megalkotása (pl. a hatékony feszültség 'elv' Terzaghi nyomás), majd az anyagegyenletek megadása volt. Ez tette lehetővé a kontinuum-mechanikai modellek talajokra való alkalmazását. Jelen cikk bemutatja a jelenleg ismert legáltalánosabb kontinuum-mechanikai rugalmas-képlékeny anyagmodellt, kiegészítve a korábban ismertetett modelleket. Megjelenését ezen kívül az indokolja, hogy kijelöli a továbbfejlesztési lehetőségeket. A cikk a következő közlemény fordítása magyarázó kiegészítésekkel Sheng, D : Constitutive modelling of unsaturated soils: Discussion of fundamental principles. Unsaturated Soils - Alonso & Gens (eds) 2011 Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-0-415-60428-4. A cikk eredeti számozási rendszerét megtartottuk eltekintve a fejezetszámok eggyel való eltolódásától. A kiegészítések a mellékletekben találhatók. A cikk három korábbi közlemény anyagához kapcsolódik. Az első, korábbi cikk a feszültségi állapotváltozókra vonatkozott (Imre, Czap és Telekes, 1999). A telítetlen talajok feszültségi változói sokféleképp képezhetők, jelen közlemény minden irányzatot érint. Második, korábbi közlemény a főbb - mechanikai és az áramlási problémákra vonatkozó - anyagegyenleteket ismertette (Imre, Czap és Telekes, 2002). Bonyolultabb képlékenységi feltétel és a konszolidáció hatása eddig nem került bemutatásra. E közlemény a témakör eredményeit a legáltalánosabb (SGF) modell fényében foglalja össze. Harmadik, korábbi közlemény a telítetlen talajok áramlási problémákra vonatkozó modelleit ismertette, köztük a talajtanban is használt egyszerű Richards-féle modellt (Imre, 2009), amely - a többi elmélethez hasonlóan - a víztartási görbén alapul. A telítetlen talajmechanikában a víztartási görbe a legfontosabb telítetlen talaj függvény. Csak telítetlen talajon végzett kísérlettel határozható meg, mérése hosszadalmas. Jelen cikk kiegészíti a talajtanban is használt, korábbi víztartási görbe fogalmat szívás szempontjából értelmezhető rugalmas és képlékeny állapot definiálásával, illetve a nettó normálfeszültség/alakváltozás víztartási görbe alakra való hatásának bemutatásával. A nagyobb nettó feszültség melletti víztartási görbe magasabb szívások felé tolódik el. 2 Bevezetés Általában a vízzel részben telített talajokat hívják telítetlennek. Minden talaj lehet telítetlen, azaz ez nem egy speciális talajtípus (Gens et al. (2006)), hanem egy állapot. Néhány talaj lényegesen változó térfogati, szilárdsági vagy hidraulikus jellemzőket mutathat, ha telítetlenné válik. Ez esetben csupán nemlineárissá válik a viselkedés, és egy átfogó, folytonos modellel lehet azt tárgyalni. Más szóval, a talaj a nyagmodellje ki kell, hogy terjedjen minden lehetséges pórusvíz-nyomás és teljes feszültség értékre, és ezen belül mindenhol érvényesnek kell lennie. A talajmechanika alapelveit telített állapotra dolgozták ki. Ezek általánosításához figyelembe kell venni az alábbiakat: (1) a térfogat-változási viselkedés leírását a szívás vagy telítettség változásának függvényében, (2) a szilárdsági viselkedés leírását a szívás vagy telítettség változásának függvényében és (3) a hidraulikus jellemzők változásának leírását a szívás vagy telítettség változásának függvényében. A talajok térfogat-változása jelentős lehet a szívás vagy telítettség változása esetén. A talaj duzzadhat vagy roskadhat a feszültségszint függvényében, és ez az alapozási szerkezetek súlyos hibáit okozhatja. A talajok nyírószilárdságának változása szintén jelentős lehet a szívás vagy telítettség változása esetén. Emiatt víz hatására (eső, áramló rétegvíz) rézsüállékonysági probléma léphet fel. A telítetlen talajok hidraulikus jellemzői szintén jelentősen változhatnak a szívás vagy telítettség változásának függvényében, ennek a hulladéktárolás határoló rétegeinek (alapozás, fedés) van döntő szerepe, ezért ismeretük alapvető fontosságú a mérnöki gyakorlatban (Fredlund & Rahardjo 1993; Houston 2002). A telítetlen talajok anyagmodellje általában a telített általánosítása, a fenti elveket magában foglalva. Az első ilyen modellt Alonso et al. (1990) publikálta, a téma azóta folytonosan az érdeklődés középpontjában áll. Sok telítetlen talaj anyagmodell született, és számos összefoglaló cikk látott napvilágot az utolsó 15 évben pl. Gens (1996), Wheeler & Karube (1996), Kohgo (2003), Gens et al. (2006), Wheeler (2006), Gens (2008), Sheng & Fredlund (2008), Sheng et al. (2008c), Gens (2009), Cui & Sun (2009) and Gens (2010). Ezen összefoglaló cikkek alapján tanulmányozható a téma. Ezek többnyire tartalmaznak (1) alapos elemzést a feszültségi állapotváltozók megválasztásáról, (2) alapos elemzést az anyagmodellek előnyéről és hátrányáról, (3) a telítetlen talajok modellezésének legutóbbi eredményeit. A Gens (2009, 2010) által adott cikkek a szívás-komponensek szerepét és elemzését is tartalmazzák. E munka a következő pontoknak szentel csupán figyelmet: (1) térfogat-változási viselkedés, (2) a folyási feszültség - szívás illetve a nyírószilárdság - szívás összefüggés, (3) víztartási viselkedés és a hidromechanikailag kapcsolt viselkedés. Ezek a témák képezik a modellek alapját a feszültségváltozók kérdése nem kerül tárgyalásra. Hasonlóképp, kimaradnak a következő témák:
