Vízmozgások és hatásaik a talajban

Vízmozgások okai Gravitáció Kapillaritás Termoozmózis Elektroozmózis A szemcsék szívóhatása (suction) Terhelés okozta vízmozgás

Talajbeli vízmozgások káros következményei víztartalomnövekedés szilárdságcsökkenés, duzzadás, roskadás víztartalomcsökkenés zsugorodás vízmozgás szemcsemozgás, kimosódás föld alatti (munka)térbe áramló víz használatvesztés vízszintemelkedés víznyomás növekedése a szerkezeteken vízkémiai változások korrózió, talajjellemzők romlása

Hidraulikai alapok

Hidraulikai alapok Hidrosztatika 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 víznyomás 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, síkbeli, tengelyszimmetrikus

Egydimenziós vízmozgás

Síkbeli áramlás

Tengelyszimmetrikus vízmozgás

Hidrodinamika Bernoulli törvénye Reynolds eredményei

Bernoulli törvénye hidraulikus gradiens I=hv/L

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

Reynolds kísérleti eredményei

Kritikus Reynolds-szám Hidraulikai sugár Kinematikai viszkozitás Csőbeli áramláskor Kritikus Reynolds-szám Lamináris áramlás Re < Rekr

A talajbeli vízmozgás (szivárgás) alaptörvényei

A szivárgás empírikus megközelítése Darcy-törvénye

A szivárgás kísérleti megközelítése: 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 = a szemcsék felülete a csövek belső térfogata = a talaj hézagainak térfogata Eredmények N = …. D0 = …..

vs = k ∙ ( Is - I0 ) vs = k ∙ Is

Áteresztőképesség meghatározása Laboratóriumban állandó víznyomásos vizsgálat változó víznyomásos vizsgálat konszolidációs vizsgálat (lásd később) Terepen próbaszivattyúzással (lásd később) fúrólyukban pressziopermeaméterrel nyeletéssel aknában, árokban Közelítő eljárásokkal azonosító jellemzőkből képletekkel, diagramokkal, szerkesztéssel

Laboratóriumi állandó víznyomásos vizsgálat Mért vízhozam: Q = Vv1 / t Mért szivárgási sebesség: vs = Q /A Alkalmazott hidraulikus gradiens: Is = hv / L Vízáteresztőképességi együttható: k = vs / Is

Laboratóriumi változó víznyomásos vizsgálat Elemi dt időtartam alatt hv energiakülönbség mellett a talajon átáramló víztérfogat dVv = vs ∙ At ∙ dt = k ∙ hv / L ∙ At ∙ dt a csőből kiáramló vízmennyiség dVv = - dhv ∙ Acs A kettő azonosságából k ∙ hv / L ∙ At ∙ dt = - dhv ∙ Acs A szétválasztható differeciálegyenlet k ∙ dt = - L ∙ Acs / At ∙ dhv / hv A megoldása k-ra kifejezve összetartozó hv1 – t1 és hv2 – t2 leolvasásokkal k = (Acs / At) ∙ L / (t2 – t1) ∙ ln (hv1 / hv2)

pressziopermeaméterrel Fúrólyukas mérés pressziopermeaméterrel Nyeletéses vizsgálat Terepi áteresztőképességi vizsgálat

Áteresztőképesség meghatározása közelítő eljárásokkal

Áramlási erő Nagysága Á = V ∙ Is ∙ v ∙ g Iránya az áramvonal érintője = a sebességvektor Eredete víznyomások eredője - a felhajtóerő Hatásai szuffózió, kolmatáció (finom szemcsék mozgása) erózió (szemcseváz megbomlása) felszakadás, hidraulikus talajtörés

Az áramlási erő levezetése

az áteresztőképesség változása szuffózió egy talajon belüli jelenség finom szemcsék mozgása a stabil vázt alkotó szemcsék közt talajtípus durva szemcséjű, kohézió nélküli talaj nagy Cu-val terjedelmes szemcsehiány S40 % alatti esetén pontosabb értékelés a kolmatáció-kritérium alapján „kettébontással” kolmatáció határfelületi jelenség finomabb szemcséjű talaj bemosódása a durvább szemcséjűbe D15(durva) > 4 ∙ d85 (finom) esetén D50 és d50 alapján Cu (U) figyelembevételével Következmény az áteresztőképesség változása

Erózióérzékeny egy talaj, ha egyidejűleg teljesülnek a következők: CU  15 és S0,063  5 S0,125 – S0,02  50 % (a szemcsék felének átmérője 0,02 és 0,125 mm közt van) IP  15 % esetén S0,063 – S0,002  2  S0,002 (az agyagtartalom az iszaptartalom felénél kevesebb)

(BELSŐ) ERÓZIÓ HIDRAULIKUS TALAJTÖRÉS

Buzgárfogás Győrben a 2002 évi árvízkor