Vízmozgások Vízmozgások és és

hatásaik a talajbanhatásaik 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

• vízmozgásszemcsemozgás, 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 szelvénybenQ = const. A = const. vk = Q / A = const.

• Kontinuitás egy áramlási szakaszonQ = 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 gradiensI=hv/L

Egy m.g súlyú vízrészecske energiája

• Helyzeti energia

• Nyomási energia

• Mozgási energia

zgmEh

ρmpVpEp

2vmE

2

m

Egységnyi súlyú vízrészecske összes energiája

g2v

gρpzH

gmE 2

vE

Reynolds kísérleti eredményei

hidraulikus gradiens I

közé

pseb

essé

g

v k

m/s

laminárisVk=C1.I

turbulensVk=C2.I0,5

Reynolds-számHidraulikai sugár

Kinematikai viszkozitás

Csőbeli áramláskor

Rv

R ke

KAR

Kritikus Reynolds-szám 580Rekr

Lamináris áramlás Re < Rekr

ICvk 2Dg

321C

A talajbeli vízmozgás (szivárgás) alaptörvényei

A szivárgás empírikus megközelítéseDarcy-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 = …..

23

5 1 hde

egCk

e

evv ks 1 h

h dkeCI

1

14

A talajok hidraulikai paramétereinek jellemző értékeitalajfajta

áteresztőképességk m/s

I0 küszöbgradiens

Ih határgradiens

homokoskavics 10-3.....10-4 0 1

hlisztesiszap 10-5.....10-6 0,2 10

közepesagyag 10-8.....10-9 0,8 100

vs = k ∙ ( Is - I0 )

vs = k ∙ Is

Áteresztőképesség meghatározása• Laboratóriumban

állandó víznyomásos vizsgálatváltozó víznyomásos vizsgálatkonszolidációs vizsgálat (lásd később)

• Terepenpróbaszivattyúzással (lásd később)

fúrólyukban pressziopermeaméterrelnyeletéssel aknában, árokban

• Közelítő eljárásokkalazonosító 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)

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

szuffózió egy talajon belüli jelenségfinom szemcsék mozgása a stabil vázt alkotó szemcsék közttalajtípus

• durva szemcséjű, kohézió nélküli talaj nagy Cu-val • terjedelmes szemcsehiány S40 % alatti esetén• pontosabb értékelés a kolmatáció-kritérium alapján „kettébontással”

kolmatáció határfelületi jelenségfinomabb szemcséjű talaj bemosódása a durvább szemcséjűbe talajtípus

• 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