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
Top Related