Vízmozgások típusai és hatásaik a talajban

Vízmozgások fajtái Gravítáció Kapillaritás Thermoozmózis Elektroozmózis A szemcsék szívóhatása (suction) Terhelés okozta vízmozgás

Talajbeli vízmozgások káros következményei Víztartalomnövekedés okozta szilárdságcsökkenés, duzzadás, összenyomódás, roskadás víztartalomcsökkenés okozta zsugorodás vízmozgás okozta szemcsemozgás, kimosódás munkatérbe, föld alatti térbe áramló víz miatti használatvesztés víz okozta korrózió, épületnedvesedés

Hidraulikai alapok

A hidraulikai területei Hidrostatika Folyadékok kinematikája Hidrodinamika

Hidrosztatika Newton a viszkozitásról (dv/dl) Euler a víznyomásról p=po+ h·v ·g Archimédesz a felhajtóerőről Ff=V·v ·g Pascal a víznyommás terjedéséről p=pk+ h·v ·g

Folyadékok kinematikája Permanencia egy szelvényben Q=const. A=const. vk=Q/A=const. Kontinuitás egy áramlási szakaszon Q=A·vk=A1·v1=A2·v2=const. Lamináris-turbulens áramlás Reynolds Áramvonal Áramlási típusok

Egydimenziós vízmozgás

Síkbeli áramlás

Tengelyszimmetrikus vízmozgás

Hidrodinamika Bernoulli törvénye Reynolds

Bernoulli törvénye

Egy m.g súlyú vízrészecske energiája Helyzeti energia Nyomási energia Mozgási energia Egységnyi súlyú vízrészecske összes energiája

Reynolds törvénye

Reynolds-szám Reynolds-szám Hidraulikus sugár Kinematikai viszkozitás Kritikus Reynolds-szám

A talajbeli vízmozgás alaptörvényei

Darcy kísérlete

Darcy törvénye vs=k·(Is-I0)

A szivárgás elméleti megközelítése: Koženy csőköteg-modellje N db D0 átmérőjű L hosszúságú cső Feltételek a csövek belső palásfelülete legyen a szemcsék felületével azonos a csövek belső térfogata legyen a hézagok térfogatával azonos Eredmények N=…. D0=…..

vs=k.(Is-I0) vs=k.Is

Áteresztőképesség meghatározása Laboratóriumban állandó víznyomásos vizsgálat változó víznyomásos vizsgálat konszolidációs vizsgálat Terepen fúrólyukban pressziopermeaméterrel próbaszivattyúzással szikkasztással árokban Közelítő eljárásokkal azonosító jellemzőkből képletekkel szemeloszlás alapján szerkesztéssel

Áramlási erő Nagysága Á=V.Is.v.g Iránya az áramvonal érintője=a sebességvektor Eredete víznyomások eredője - a felhajtóerő Hatásai szuffózió szemcseváz megbomlása hidraulikus talajtörés

Hidraulikus talajtörés esetei

Buzgárfogás Győrben a 2002 évi árvízkor

Szivárgási feladatok megoldása

Meghatározandó adatok Vízszintek és víznyomások Vízhozamok Az áramlási erő hatásai

Megoldási módszerrek Áramképszerkesztés Hagyományos közelítő számítások (Dupuit) Számítógépes (véges elemes) modellezés

Egydimenziós áramlás homogén talajban Q=A.vs=A.k.Is=A.k.hv/L hi=h1-li-hvi=h1-li-Is.li=h1-li.(1+Is)

Egydimenziós áramlás rétegzett talajban a rétegződésre merőlegesen vs = ki . hvi / Li = const. Shvi = hv Közelítés ha ki = kmin1 << kmin2 akkor hvi = hv Q = A. ki . Hv / Li

Egydimenziós áramlás rétegzett talajban a rétegződéssel párhuzamosan Is = hv / L = const. vi = ki . hv / L közelítés ha ki = kmax1 >> kmax2 akkor Q = Qi = si . ki. hv / L

Egydimenziós áramlás rétegzett talajban a réteghatárral szöget bezáró irányba

Síkbeli vízmozgás áramképe

Síkbeli áramlás számítása Dupuit szerint Alkalmazási feltételek: alsó vízszintes vízzáró réteg x1 - h1 és x2 - h2 ismert Is = ( h2 - h1 ) / (x2 - x1 ) < 0,3 Közelítések: függőleges equipotenciális vonalak Is = dh / dL = dh / dx Feltételi egyenlet q = A . Vs = h . k . I = h . k . dh / dx = q = const. Általános megoldás q . X = k . H2 / 2 + C Vízhozam Depressziós görbe

Tengelyszimmetrikus áramlás Dupuit szerint Vízhozam Depressziós görbe

Kapilláris vízmozgás

Kapilláris emelkedés

A kapilláris emelkedés jellemző értékei homokos kavics 0,1…0,2 m homok 0,3…0,8 m homokliszt 1,0…2,0 m iszap 2,0…5,0 m agyag 5,0…100 m

Termoozmózis talajfagyás

A talajhőmérséklet változásai

A talajfagyás mértékét, veszélyességét befolyásolják a fagybehatolás mélysége, gyorsasága a fagymennyiséggel nő hazánkban kb. 1,0 m a lassú lehűlés veszélyesebb a talajok fagyveszélyessége a jéglencsés fagyás veszélyes, a tömbfagyás nem homoklisztek, iszapok fagyveszélyesek, az agyagok fagyérzékenyek a homokok, kavicsok fagyállók, minősítés a szemeloszlás és a plasztikus index szerint a talajvíz mélysége kapilláris emelkedés a fagyás alatt 2,2 m a pályaszint alatti téli vízállás veszélyes

A talajfagyás következményei Fagykár A fagyás alatt a felemelkedő vízzel és a víz jéggé válásával megnövekedő víztérfogat szétfeszíti a talajt és ez megemeli, vagy eltöri a talajon levő burkolatot Olvadási kár Az olvadás kezdete után a még fagyott talaj feletti felpuhult, kiengedett, lecsökkent teherbírású zóna a forgalmi terhelés alatt erősen deformálódik, ezen a burkolat megreped