Hidrológiai Közlöny 2012 (92. évfolyam)
3. szám - Imre Emőke–Laufer Imre–Sheng, Daichao: A telítetlen talajok egyes talajmechanikai anyagmodelljei
^Mí^^^^ntsai^^elitetle^ 65 ahol c értékét a hatékony telítettség függvényében fejezte ki, amely a makro-mikro telítettség függvénye. 1. táblázat. A nyírószilárdásági egyenletek és paraméterek tömörített kaolin esetén Szerző Paraméterek 1. Oberg &Sällfors (1997) SWCC 2. Fredlund et al. (1996) A=1.3, g=0.659, SWCC 3. Vanapalli et al. (1996) «=0.659, SWCC 4. Toll & Ong (2003) £=1.2, SWCC 5. Alonso etal. (1990) ,3=0.4 6. Sun et al. (2000) a = 110 kPa 7. Khalili & Khabbaz (1998) í„=60kPa, r =0.55 8. Sheng et al. (2008a) =25kPa Sheng et al. (2010) a különböző nyírószilárdsági egyenleteket mérésekhez hasonlította. A figyelembe vett egyenletek - a parameter értékekkel együtt - az 1. táblázatban, egy példa pedig a 11. ábrán látható. Az eredmények a következőkben foglalhatók össze (Sheng et al. (2010)): 1. Ha a talaj súrlódási szögét a szívástól függetlennek tételezzük fel, szinte mindegy, hogy egy, vagy két független feszültségi változó van, minden nyírószilárdsági egyenlet a (26) vagy (27) egyikére vezet. Fontos lenne egy megfelelő 'hatékony feszültséget' találni abban az esetben, amikor a talaj súrlódási szöge függ a szívástól. 2. A nyírószilárdsági egyenlet jósága függ az adatoktól, az egyik egyenlet az egyik adathalmaznál job, a másiknál rosszabb lehet. Fontos a paraméterek jósága. 3. A víztartási görbét felhasználó nyírószilárdsági egyenletek bonyolultabbak (több parameter szerepelhet), és jó választ adnak többnyire (e.g. Fredlund et al. 1996; Vanapalli et al. 1996; Toll & Ong 2003). Probléma azonban a reziduális víztartalomra való érzékenység (Vanapalli et al. 1996; Toll & Ong 2003), ami általában nem határozható neg pontosan. Az egyszerű, egy-két paramétert tartalmazó nyírószilárdsági egyenletek relative jó eredményt adnak attól eltekintve, hogy a szilárdsági csúcsérték nem jelenik meg (Khalili & Khabbaz 1999; Sun et al. 2000; Sheng et al. 2008a). 7 Hidromechanikailag kapcsolt viselkedés és a víztartási görbe A hidraulikus és mechanikai viselkedés kölcsönhatásának problémakörét legkorábban Wheeler (1996) és Dangla et al. (1997) vetette fel feltehetőleg. Az első teljes, hidromechanikailag kapcsolt viselkedést is leíró modellt feltehetően Vaunat et al. (2000) közölte, ezt sok másik követte (pl. Wheeler et al. 2003; Sheng et al. 2004). A hidraulikus viselkedés esetén egészen a közelmúltig kihasználták azt a tényt, hogy a telítettséget a szívás sokkal jobban befolyásolja, mint a deformáció (van Genuchten 1980; Fredlund & Xing 1994). A telítettség-szívás kapcsolatot a víztartási görbével írják le. Mostanában kezdték az alakváltozás hatását vizsgálni (e.g., Gallipoli et al. 2003b; Wheeler et al. 2003; Sun et al. 2007b; Miller et al. 2008; Zhou 2009). Wheeler et al. (2003) megállapította, hogy a mechanikai viselkedést nem írja le teljesen a szívás, nettó feszültség és a térfogatváltozás, függ a telítettségi foktól is. A A hidraulikus és mechanikai viselkedés elkülönített tárgyalás korlátot jelent a modellezésben. Egy a hidraulikustól független mechanikai model nem írja le a telítettségtől való függést, és egy, mechanikaitó független a hidraulikus modell nem írja le az SWCC függését a talaj tömörségétől. A tapasztalatok a következőt mutatják: 1. A nagyobb nettó feszültség melletti víztartási görbe magasabb szívások felé tolódik (Matyas & Radhakrishna 1968; Ng & Pang 2000; Gallipoli et al. 2003b; Lee et al. 2005; Tarantino & Tombolato 2005). A telítettségi fok (S r) és szívás (s) közötti kapcsolat függ a nettó feszültség átlagától ( p ) vagy a tömörségtől. 2. Ha a szívás (s) állandó, az izotróp terhelés, vagy tehermentesítés megváltoztatja a telítettségi fokot (Wheeler et al. 2003), azaz a telítettségi fok függ a tömörségtől egy adott szíváson. Az egyik legkorábbi, a hidraulikus és mechanikai viselkedést kapcsoló modell Wheeler et al. (2003) munkája. Mind a kicsit korábbi, mind a kicsit későbbi modellek elsősorban a hidraulikus modell mechanikai viselkedésre gyakorolt hatását tekintik elsődlegesnek (e.g., Vaunat et al. 2000; Sheng et al. 2004; Nuth & Laloui 2008b). A hidraulikus és mechanikai viselkedés kölcsönhatását Wheeler et al. (2003) az átlagos szemcseváz feszültség és a módosított szívás segítségével, a terhelés-roskadási folyási felületet, a szívás-növekedési folyási felület és a szíváscsökkenési folyási felület kapcsolása révén érte el. Az átlagos szemcseváz feszültség ) ötvözi a nettó feszültséget, a szívást és a telítettséget. A módosított szívás (/) ötvözi a szívást és a hézagtérfogatot. Az átlagos szemcseváz feszültség (0-') révén befolyásolja hidraulikus és a mechanikai viselkedést. A módosított szívás (s ) révén befolyásolja a hézagtérfogat a hidraulikus viselkedést. A bonyolult feszültségi változók a modellt termodinamikailag pontossá, de a gyakorlatban nehezen kezelhetővé teszik. A folyási felületek szinkronizált mozgása nehezen kalibrálható (Raveendiraraj, 2009) vagy definiálható elméleti úton. A legújabb modellekben a hidraulikus jellemzők mechanikai viselkedésre gyakorolt hatását a víztartási görbe és a térfogat (Gallipoli et al. 2003b; Tarantino 2009), a víztartási görbe és a tömörség (Sun et al. 2007b; Masín 2010), vagy a a víztartási görbe és a térfogati alakváltozás (Nuth & Laloui 2008a) kapcsolat alapján modellezik. Gallipoli et al. (2003b) javasolta, hogy iktassanak be egy függvényt 1 /.v-re, a szilárd rész térfogati arányának inverzére (fajlagos térfogatra) a van Genuchten (1980) víztartási görbe egyenletben. Tarantino (2009) megmutatta, hogy egyértelmű kapcsolat van a víz-arány (S T és e szorzata) és a szívás között, és ennek alapján módosította a van Genuchten egyenletet. A módosított van Genuchten egyenlet hasonló Gallipoli et al. (2003b) egyenletéhez. Sokszor inkrementális formában adják meg a víztartási görbét. Sun et al. (2007b) a következő hidraulikus modellt javasolta: áS=^áe-^ás/s (28) ahol /í^ a fő száradási-nedvesítési görbe hajlása, A s c a telítettség-hézagtényező ábrázolás hajlása állandó szívás esetén. Elméletileg, ^ értéke csak állandó térfogat mellett végzett kísérletből állapítható meg (de=0), de ez nem egyszerű
