Hidrológiai Közlöny, 2021 (101. évfolyam)
2021 / 4. szám
40 Hidrológiai Közlöny 2021. 101. évf. 4. szám A hidraulikus talajtörés komplex kritériumai Garai József Debreceni Egyetem Építőmérnöki Tanszék. (E-mail: jozsef.garai@fiu.edu; garai.jozsef@eng.unideb.hu) Kivonat Az irodalomból ismert kísérletek eredményeit összehasonlítva a levezetett lokális talajtörés feltételeivel megállapítható, hogy az elméleti összefüggések jól írják le a kimosódás és buzgár képződés fizikai folyamatát. A hagyományos Terzaghi-féle globális feltételt kiegészítve a lokális hidraulikus talajtörés feltételeivel, mindkét feltételt kielégítő komplex kritérium javasolt. Kulcsszavak Buzgár, buzgár kialakulása, hidraulikus talajtörés, lokális és globális egyensúlyi feltétel.________________________________________ Abstract Comparing previous test results with the local equilibrium criterion derived for sand boiling, it is concluded that the derived theoretical equations correctly describe the physical process of piping and sand boiling. Combining the requirements for local and for global equilibriums, a complex criterion complying with both equilibrium conditions is proposed. Keywords Sand boiling, hydraulic heave, local and global equilibrium conditions.________________________________________________________ BEVEZETÉS A Hidrológiai Közlöny korábbi számában (Garai 2021a) bemutatásra került, hogy a jelenlegi előírások, melyek függőleges vízáramlás esetén a globális egyensúly kielégítését kívánják meg, nem megfelelőek a buzgároknál kialakuló lokális talajtörés leírására, melyek a kritikusnál jóval kisebb hidraulikus gradiens mellett is bekövetkezhetnek. A lokális egyensúlyi feltétlek mellett, Stokes és Darcy törvényeinek felhasználásával, számítható az a kritikus szemcseátmérő (dc), melynek egyensúlyvesztése a kritikus gradiens értékének elérésekor következik be. A kritikus átmérőnél nagyobb méretű szemcsékre Terzaghi globális egyensúlyi feltételei érvényesek, míg a kisebb méretű szemcsék egyensúlyát a lokális egyensúlyi feltételek alapján kell meghatározni (Garai 2021a). Felhasználva az áteresztőképességi együttható és a szemcseméret közötti empirikus összefüggést, a szemeloszlási görbe ismeretében a kritikus szemcseátmérő értéke jól becsülhető. Amennyiben a talaj a kritikus átmérőnél kisebb szemcsetartománya önszűrő, ebben az esetben az egyensúlyukat vesztett kisebb szemcsék kimosódása gátolt. Ezért önszűrő talajok esetén a globális egyensúlyi feltételek a kritikus átmérőnél kisebb szemcsetartományra is érvényesnek tekinthetők. Alkalmazva a ca < 3 önszűrési kritériumot, a szemeloszlási görbén lehatárolható az a terület, ahol hagyományos, globális, Terzaghi-féle egyensúlyi teltételek érvényesek, illetve az a szemcsetatomány, ami buzgárok kialakulására szempontjából veszélyes (Garai 2021b). A szemeloszlási görbe nem minden esetben esik teljes egészében ugyanabba a tartományba. Előfordulhat, hogy a talajszemcsék bizonyos százalékára a globális egyensúly, míg másik részére a lokális egyensúly feltételei a mértékadóak (1. ábra). A lokális egyensúlyi tartományba eső talajrész kisebb hidraulikus gradiens mellett veszti el állékonyságát, és kimosódhat. 1. ábra. Lokális és globális hidraulikus talajtörés szemcsetartományai (Megjegyzés: Szemcseméret, melyre a lokális (piros) és globális (kék) egyensúlyi feltételek érvényesek.) Figure 1. Particle size distribution regions are shown for local and global equilibrium (Note: Grain sizes losing equilibrium at local and global conditions are marked on the PSD curve by red and blue respectively.) A jelen tanulmány egyrészt az elméleti összefüggésekből levezetett lokális talajtörés egyensúlyi feltételeit hasonlítja össze korábbi laboratóriumi vizsgálatok eredményeivel, másrészt keresi a választ, hogy a talaj hány százalékának kimosódása vezethet a buzgár kialakulásához. LABORATÓRIUMI ÖSSZEHASONLÍTÓ VIZSGÁLATOK Az elméleti levezetés alapján (Garai 2016) lokális hidraulikus talajtörés akkor következik be, ha a talaj szemcseátmérője kisebb, mint a kritikus érték (dc), amely a következő összefüggés alapján számítható: dr = 36u (Ps-Pw)g n ■u (1) ahol ps a szemcse anyagsűrűsége, pw a víz sűrűsége, g nehézségi gyorsulás, p a víz dinamikus viszkozitása, kz a
