Hidrológiai Közlöny, 2019 (99. évfolyam)
2019 / 4. szám
42 Hidrológiai Közlöny 2019. 99. évf. 4. sz. Szivárgási tényező laboratóriumi meghatározása szemeloszlási görbe és kisminta-modell felhasználásával Farkas Dávid*, Farkas-Karay Gyöngyi* és Hegedűs Noémi* * Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék, 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3. mf. 12. (E-mail: farkas.david@epito.bme.hu, karay.gyongyi@epito.bme.hu, hegedus.noemi@gmail.com) Kivonat A szivárgási tényező meghatározása rendkívül fontos számos mérnöki terület, így a talajmechanika, a szivárgáshidraulika és a mélyépítés számára is, ám a feladat sokszor igen időigényes és költséges vagy egyszerű ugyan, de pontatlan és/vagy pontszerű. Jelen munkánkban bemutatunk hat egyszerű és közismert egyenletet, melyek alkalmasak a szivárgási tényezőnek a szemeloszlási görbe eredményeiből való meghatározására. Ezen túl bemutatjuk a kutatásunk során felhasznált laboratóriumi kisminta-modellünket, amely próbaszivattyúzások ellenőrzött laboratóriumi keretek közötti vizsgálatára szolgál. Munkánkban összehasonlítjuk a közelítő egyenletekkel és a laboratóriumban végrehajtott próbaszivattyúzások kiértékelésével kapott szivárgási tényezőket. A permanens és nem-permanens körülmények között végrehajtott modellvizsgálatok és a bemutatott egyenletek eredményeit felhasználva értékeljük az egyes közelítő módszerek és a laboratóriumi kisminta használhatóságát a szivárgási tényező meghatározására. Kulcsszavak Próbaszivattyúzás, szivárgási tényező, kisminta modell, szemeloszlási görbe, Theis-módszer, Dupuit-módszer. Laboratory determination of hydraulic conductivity using the grain-size distribution curve and a small-scale physical model Abstract The determination of the hydraulic conductivity, which is often a time- and resource-consuming or uncertain effort, is a very important task in the field of soil mechanics, seepage hydraulics and underground building. In our study some simple and frequently used equations are presented, which use the grain-size distribution data to estimate the hydraulic conductivity. In addition, a laboratory sandbox model is displayed, which was built for analysing of pumping tests in small scale and controlled environment. In this study some hydraulic conductivity values of coarse sand, calculated with different methods are compared to each other. The specific values of the grain-size distribution and pumping test data achieved in the laboratory model are used to estimate the hydraulic conductivity. Both steady-state and transient pumping tests were analysed in the sandbox model. The results of the analysis and the comparison help us to select the most accurate approximating equation and validate the use of the laboratory model for determining hydraulic parameters. Keywords Pumping test, hydraulic conductivity, sandbox model, grain-size distribution, Dupuit equation, Theis equation. BEVEZETÉS Mélyépítési mérnöki munkák elvégzéséhez nélkülözhetetlen az adott területre jellemző áteresztőképességi együttható ismerete, melyet terepi mérésekkel vagy laboratóriumi vizsgálattal határozhatunk meg. A talajmintákon végzett laboratóriumi kísérletek főbb típusai az ödométeres, triaxiális vagy szemeloszlási vizsgálatok. Ezek előnye, hogy segítségükkel egyszerűen és olcsón meg tudjuk határozni a talaj áteresztőképességét, hátrányuk, hogy a mintavétel pontszerű, emiatt a vizsgálat csak egy kisebb területről nyújt releváns információt, illetve a minta zavart, ami tovább torzíthatja a vizsgált talajra meghatározott szivárgási tényezőt. A terepi vizsgálatok nagy előnye a laborvizsgálatokkal szemben, hogy in situ állapotban vizsgálhatók a talaj fizikai paraméterek, így pontosabb eredményeket szolgáltatnak, végrehajtásuk azonban idő-, felszerelés- és költségigényesebb. A próbaszivattyúzás a mérnöki gyakorlatban széles körben elterjedt terepi vizsgálati mód. A BME Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék Laboratóriumában már 2011 óta folyik a próbaszivattyúzások során lezajló folyamatok kisminta-modellel való vizsgálata. A kifejezetten erre a célra készített modellel szivárgás- és kúthidraulikai paraméterek mérését végezzük permanens, illetve nem permanens állapotra egyaránt, ismert szemeloszlású talajban. Jelen cikkben összegyűjtöttünk számos hazai és nemzetközi gyakorlatban elterjedt számítási módszert, melyek a szemeloszlási görbe egyes paramétereinek segítségével adják meg a szivárgási tényezőt, és bemutatjuk az elvégzett permanens és nem-permanens vizsgálatokat, valamint az azokból számítható vízadó-paramétereket. Célunk, hogy a laboratóriumi körülmények adta előnyöket felhasználva a különféle módszerek eredményeit összehasonlítsuk és elemezzük, támpontokat adva a szivárgási tényező meghatározásához. A KISMINTAVIZSGÁLATOK ELMÉLETI HÁTTERE A hidromechanikai kisminta-vizsgálatok elméletének alapfogalma a rendszerek, folyamatok, jelenségek hasonlósága. Hasonlónak nevezzük azokat a hidromechanikai folyamatokat, amelyekben az egymásnak megfelelő jellemző mennyiségek viszonya állandó. Ez akkor teljesül, ha geometriai (C), kinematikai (Ct) és dinamikai (Cf) értelemben a valós és modell mennyiségek közötti arányok állandóak maradnak (Ivicsics 1968), ahol C a kétféle lépték közötti arányszámot jelöli.
