Vízmozgások és hatásaik a talajban

Az előadások a következő témára: "Vízmozgások és hatásaik a talajban"— Előadás másolata:

1 Vízmozgások és hatásaik a talajban

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

3 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

4 Hidraulikai alapok

5 Hidraulikai alapok Hidrosztatika Folyadékok kinematikája Hidrodinamika

6 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

7 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

8 Egydimenziós vízmozgás

9 Síkbeli áramlás

10 Tengelyszimmetrikus vízmozgás

11 Hidrodinamika Bernoulli törvénye Reynolds eredményei

12 Bernoulli törvénye hidraulikus gradiens I=hv/L

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

14 Reynolds kísérleti eredményei

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

16 A talajbeli vízmozgás (szivárgás) alaptörvényei

17 A szivárgás empírikus megközelítése Darcy-törvénye

18 A szivárgás kísérleti megközelítése: Darcy törvénye
vs=k·(Is –I0)

19 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 = …..

20 vs = k ∙ ( Is - I0 ) vs = k ∙ Is

21 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

22 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

23 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)

24 pressziopermeaméterrel
Fúrólyukas mérés pressziopermeaméterrel Nyeletéses vizsgálat Terepi áteresztőképességi vizsgálat

25 Áteresztőképesség meghatározása közelítő eljárásokkal

26 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

27 Az áramlási erő levezetése

28 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

29 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)

30 (BELSŐ) ERÓZIÓ HIDRAULIKUS TALAJTÖRÉS

31 Buzgárfogás Győrben a 2002 évi árvízkor