A MISKOLCI EGYETEM KÖZLEMÉNYEI

Átírás

1 A MISKOLCI EGYETEM KÖZLEMÉNYEI A Sorozat BÁNYÁSZAT 50. KÖTET A Miskolci Egyetem fennállásának 260. évfordulója alkalmából rendezett Jubileumi Tudományos Konferencia Bányászati és Műszaki földtudományi szekcióinak előadásai Miskolc, szeptember 7-8. MISKOLC, 1995

2

3 A MISKOLCI EGYETEM KÖZLEMÉNYEI A Sorozat BÁNYÁSZAT 50. KÖTET Á Miskolci Egyetem fennállásának 260. évfordulója alkalmából rendezett Jubileumi Tudományos Konferencia Bányászati és Műszaki földtudományi szekcióinak előadásai Miskolc, szeptember 7-8. MISKOLC, 1995

4 HU ISSN SZERKESZTŐ BIZOTTSÁG: KOVÁCS FERENC felelős szerkesztő JAMBRIK R., MATING B., STEINER F., TARJÁN I. Kiadja a Miskolci Egyetem A kiadásért felelős: Dr. Palkó Gyula rektorhelyettes Miskolc-Egyetemváros, 1995 Megjelent a Miskolci Egyetemi Kiadó gondozásában Felelős vezető: Dr. Péter József Műszaki szerkesztő: Balsai Pálné A kiadóba érkezett július 17-én. A Sokszorosítóba leadva: augusztus 7-én Példányszám: 300 Készült Develop lemezről, az MSZ és szabványok szerint Miskolci Egyetem Sokszorosító Üzeme A sokszorosításért felelős: Kovács Tiborné üzemvezető BD - ' ME

5 A Miskolci Egyetem Közleményei A. sorozol Bányászat, 50. kötet. Jubileumi Konferencia old. SÜLLYEDÉS-SZÁMÍTÁS DEPÓNIATESTEK ALATT Sándor Cs. - Kovács B. -Szabói.* ÖSSZEFOGLALÁS Az ismertetett DEPÓNIA nevű számítógépes program segítségével tetszőleges alakú, változó nagyságú terhelések alatt lehetséges a feszültségállapot, valamint a süllyedések számítása. A program a felhasználó számára leegyszerűsíti és felgyorsítja a süllyedések számításának hosszadalmas és fárasztó munkáját, egyben lehetőséget kínál a teljes vizsgált terület alatti összehasonlító elemzések végzésére. Egyszerűen szerkeszthető adatstruktúrája, valamint PC DOS környezet lehetővé teszi használatát gyakorlatlan felhasználók részére is. A számítások pontossága megfelelő, melyet a debreceni kommunális hulladéklerakó példáján teszteltünk. A program eredményfile -jai lehetőséget biztosítanak a további célfeldolgozásokra, így pl. tetszőleges szelvények mentén ábrázolhatók a feszültségeloszlás, a határmélység, ill. a süllyedési értékek. A gyakorta látványosabb háromdimenziós megjelenítés mellett a gyakorlatban használhatóbb izovonalas ábrázolás lehetősége is adott. * Sándor Csaba egyetemi hallgató Kovács Balázs egy. tanársegéd Dr. Szabó Imre tszv. h. egyetemi tanár Miskolci Egyetem Hidrogeológiai-Mérnökgeológiai Tanszék 3515 Miskolc Egyetemváros Kézirat benyújtva: június

6 BEVEZETÉS Hazánkban a kommunális hulladéklerakók nagy része betelt vagy hamarosan megtelik, ezért nagyobb városaink (Miskolc, Debrecen, Hódmezővásárhely, Békéscsaba stb.) fontos feladata új lerakóhelyek kijelölése, tervezése, megépítése. A tervezés során a hazai és nemzetközi előírások és irányelvek alapján a lerakókat - a többszörös védelem elvének megfelelően - agyagszigeteléssel, geomembránnal, valamint a csurgalékvizek elvezetését szolgáló drénréteggel alakítják ki. A környezetszennyezés elkerülése csak hatékonyan működő csurgalékvíz elvezetés mellett lehetséges. Ezért szükséges, hogy a drénrendszer elemeinek lejtése a lerakó üzemelése során és azt követően a szabványokban előírt mérték alá ne csökkenjen. Ennek érdekében a depónia környezetében süllyedésszámítást kell végezni, hogy az építés során kialakítandó dréncsőlejtés - a bekövetkező süllyedések ellenére - biztosítsa a csurgalékvíz megfelelő elvezetését. Ezen számítások pontossága azért is fontos, mert a megfelelő lejtésviszonyok kialakítása egy - egy sík területen nagy költségigényű földmunka végzését jelenti. Az említettek miatt tanszékünkön kifejlesztettünk egy olyan személyi számítógépen futtatható programcsomagot, amely alkalmas tetszőleges alakú, térben és időben változó nagyságú terhelés alatt kialakuló térbeli feszültségmező számítására, majd a nemzetközi gyakorlat alapján a határmélység és a süllyedések meghatározására. A programot egy konkrét esetben (a debreceni kommunális hulladéklerakó) teszteltük. A SÜLLYEDÉSSZÁMÍTÁS FOLYAMATA, A PROGRAM MŰKÖDÉSE A süllyedésszámítás folyamata három szakaszra bontható fel. Az első fázis célja a terhelés alatt ébredő feszültségek meghatározása. Ehhez először a modellezett térrészt lehatárolni, majd a tetszőleges alakú terheléseket megadni szükséges. A számítás második fázisában lehatárolandó az a térrész a modellen belül, amelyben számottevő Összenyomódások várhatók. Mindez a határmélység meghatározását jelenti. Ezután ismerve az összenyomódó képződmények elhelyezkedését és megadva az összenyomódás mértékét meghatározó anyagi jellemzőket a terhelés hatására bekövetkező süllyedések számíthatók. A programban valamennyi számítási lépést térháló mentén végezzük, ezért a vizsgálati terület lehatárolása ennek a térhálónak - modellterületnek - a felvételét jelenti. Vízszintes értelemben a háló méretén túl, annak egyenközü vagy tetszőleges osztását adjuk meg, függőleges értelemben szinteket (vízszintes síkokat) felvéve határozzuk meg a modellterület felosztását. 246

7 A tetszőleges alakú, területileg változó nagyságú terheléseket a modellterület felső szintjére vonatkozóan adjuk meg. A debreceni hulladéklerakó esetében a depónia terhelését az 1. ábrán bamutatott módon közelítettük a modellben. A terhelések alakulása a debreceni hulladéklarakó esetében Lábra. A terhelések hatására feszültségek keletkeznek az altalajban. A feszültségeloszlás számítására a hazai és nemzetközi gyakorlatban elfogadott STEINBRENNER - módszert alkalmaztuk. Ez a számítási eljárás a négyzetháló segítségével megadott terhelések alatti feszültségeloszlás számítására optimális, mivel a módszert a szerző téglalap alakú terhelések alatt kialakuló feszültség számítására dolgozta ki. STEINBRENNER megoldásában a derékszögű négyszög alapot az egyik átlójával két háromszögre osztotta, majd ezek hatására külön - külön meghatározott feszültségeket összegezte. Az így kapott függőleges normálfeszültség az 1. összefüggéssel fejezhető ki (a 2. ábra jelöléseit átvéve): a. = 27t A-B 4 J 1 1 (1.) A CF A és G B -vei jelölt vízszintes irányú normálfeszültségek pedig: c A = 2n arctg ; A B AB z es <j n = zc 271 arctg: AB AB z zc (2.) 247

8 A STEINBRENNER - módszerrel a terhelési elem sarokpontja alatt számíthatjuk a kialakuló feszültségeket a bemutatott összefüggések alkalmazásával. Amennyiben egy olyan P felszíni pont alatt kívánjuk a feszültségeket meghatározni, amelyik nem sarokpontja a terhelésnek, akkor a feladat részterhelésekre bontással oldható meg. Ilyen esetben a terhelést célszerűen olyan részekre bontjuk, melyek sarokpontja a tetszőleges helyzetű P pont, majd ezután a részterhelésekre számított feszültségeket előjelhelyesen összegezzük. Ezzel megoldással egy általános helyzetű terhelés alatt kialakuló feszültségállapot számítását a STEINBRENNER - módszer sokszori ismétlésére, majd a kapott feszültségek szuperpozíciójára vezettük vissza. df'p-rdrdf <' Feszültségek egyenletesen megoszló, függőleges terhelésű derékszögű négyszög alatt 2.ábra: A 3. ábra a debreceni hulladéklerakó környezetében, a DEPÓN1A nevű programmal számított feszültségeloszlást három mélységszintben mutatja be. Az ábrasorozatból jól látható a feszültségek szétterjedése. (A feszültségeloszlás a felszínen megegyezik a terhelésekkel (Lábra)) *" 3.ábra: Feszültségeloszlás 40, 80, illetve 120 m mélységben az altalajban (Debreceni Kommunális Hulladéklerakó) 248

9 A feszültségek ismeretében meghatározható az a térrész, melyben az összenyomódás mértéke számottevő (határmélység meghatározása). Amennyiben az összenyomódó réteg feküjében olyan képződmény található, amelynek összenyomhatósága jelentős mértékben kisebb a felette levőnél, a süllyedésszámítás szempontjából figyelembe veendő összenyomódó rétegvastagság, és ezáltal a határmélység a földtani felépítésből egyértelműen adódik. Ez a földtani felépítés a valóságban azonban ritkán fordul elö. Egy másik megközelítés szerint, az összenyomódó réteg végtelen vastag, ez az elméleti feltételezés azonban olyan indokolatlanul nagy süllyedések számításához vezet, amit a tapasztalat nem igazol. Az említettek miatt a gyakorlatban és az elméleti számítások során a süllyedéseket csak valamely - bizonyos mértékig önkényesen megállapított - mélységig, a határmélységig vesszük figyelembe. A magyar szabvány szerint a határmélységet ott kell kijelölni, ahol a létesítmény okozta többlet terhelés okozta a z feszültség a talaj önsúlyából adódó feszültség ötödénél kisebbé válik. (4. ábra). minin ~p-t7 "irrrr/ ==/ Wh 7 ( f"ff! 5 Ji A határmélység meghatározása a Magyar szabvány szerint 4.ábra: A programban lehetőséget teremtve az összehasonlításokra, a szokásos Magyar Szabvány szerinti 0.2, valamint 0.3, 0.5 -es szorzók mellett tetszőleges szorzószámmal számíthatjuk a határmélység értékeit. Minderre azért is szükség van, mivel a szakirodalom szerint a határmélység - a 249

10 szemcsés közetekben kialakuló feszültségkoncentráció hatására - a szabvány szerint meghatározott értéknél kisebb. A debreceni esetben a határmélység alakulását az 5. ábra mutatja be, ahol három kiválasztott pont alatt (a "K" -jelű pont a depónia területén kivüli, az "SZ" egy területen belüli, ám szélső pontot, az "M" pont a depónia középpontját jelöli) kialakuló feszültségeket, valamint a geosztatikus nyomás ötödét ábrázolva a határmélységet 0, 59,3, illetve 121,8 m mélységben határoztuk meg. A program lehetőséget nyújt a határmélységnek, mint térbeli felületnek az ábrázolására is. A süllyedések számításához szükség van a képződmények összenyomódási jellemzőinek megadására. Ez a gyakorlatban kétféleképpen szokásos: összenyomódási modulus, illetve kompressziós görbe segítségével. Általánosságban elmondható, hogy a program azonos tulajdonságokkal jellemezhető kőzettestek kialakítását támogatja. A kialakított tulajdonságcsoportokat kategóriáknak neveztünk el. A számítás során bármennyi kategóriát megkülönböztethetünk, melyeket a továbbiakban az egyes elemekhez rendelünk. A debreceni lerakó esetében 11 kategóriát különítettünk el, melyekhez a korábban említett határmélység-meghatározáshoz szükséges sűrűség értéken kívül, laza kőzetek esetén az összenyomódási modulus értékét, kötött kőzetek esetén a kompressziós görbe paramétereit rendeltük hozzá. 250

11 függőleges normalfeszültségek [ kpa I 5.ábra: A határmélység értéke három kiválasztott pont alatt, valamint a teljes területen a debreceni depónia esetében A süllyedésszámítás alapelve, hogy a terhelés alatti félteret vízszintes síkokkal szakaszoljuk, majd az egyes mélységintervallumokon belül kialakuló átlagfeszültségeket számítjuk. Laza kőzetek (kavicsos-homokos összletek) esetén az adott szint összenyomódását az M öszenyomódási modulus segítségével a következők szerint számíthatjuk (6. ábra): AS: = Ah-«2- (3.) 'Mi A rétegoszlop teljes süllyedését az i szakaszok öszenyomódásainak összege adja: w M i ahol a z { a függőleges normálfeszültség értéke, Mi az összenyomódási modulus, Ahj pedig a felvett mélységintervallum nagyságát jelöli. 251

12 Amennyiben azzal a valóságot jobban közelítő feltevéssel élünk, mely szerint a vízszintes irányú feszültségkomponenseket is figyelembe vesszük, akkor a (3.), (4.) összefüggésekbe cr z j helyett a z j - U.(OAÍ + crßi) kiegészítést kell tennünk, ahol n a Poisson-tényezö. Süllyedésszámítás összenyomódási modulussal ö.ábra: A süllyedésszámítás másik lehetséges módja a kompressziós görbével törénő számítás. A kompressziós görbéket ödométeres mérések alapján vesszük fel. Az ödométer merev falú fémhengerébe helyezett talajmintát - laboratóriumi körülmények között - egyre növekvő terhelések mellett vizsgáljuk, mérve a minta összenyomódásának, alakváltozásának mértékét. A felvett kompressziós görbe végső soron nem más, mint egy tapasztalati függvénykapcsolat a vizsgált anyag fajlagos összenyomódása (E), valamint az alakváltozást előidéző feszültség között (a). A kompressziós görbe tehát a talaj összenyomódását jellemzi, az egyes pontjaiba húzott érintők pedig, az aktuális terheléshez tartozó összenyomódási modulust adják meg, azaz a kompressziós görbe az összenyomódási modulusnak a terheléstől függő változását jellemzi. Mivel a görbe mindig közelíthető egy y = A e Bx exponenciális fügvénnyel, ezért program számára elég az egyenlet A és a B paramétereinek értékét megadni. Tekintettel arra, hogy az ödométerben az oldalkitérés szükségszerűen gátolt, ezért a számítások során célszerűen a vízszintes irányú feszültség- és alakváltozási komponeneseket figyelmen kivül hagyjuk. 252

13 A süllyedésszámítás elve ilyen esetben az, hogy a talaj természetes állapotban a felette levő földtömeg geosztatikus nyomásának (gj) hatására konszolidálódott, majd a további terhelés (a z i) hatására a görbe által meghatározható mértékű (7. ábra) további alakváltozást szenved (Asj). Ilyen módon az alakváltozás egy mélységintervallumon belül: s i =A8 j.h,. (5.) A teljes rétegsorra pedig: t+m s=2]ae i -h i (6.) t A bemutatott két süllyedésszámítási módszerrel, bármilyen rétegsor esetén, valamennyi süllyedésszámítási probléma, kellő megbízhatósággal megoldható. A vázlatosan ismertetett megoldással számítottuk a süllyedéseket a debreceni kommunális hulladéklerakó esetében, melyek jól közelítették a korábban néhány pontra mechanikus módon számított süllyedésértékeket (8. ábra). Süllyedésszámítás kompressziós görbével 7.ábra: 253

14 m A debreceni hulladéklerakó esetében számítottsüllyedés értékek negatív előjellel (mm) 8.ábra: FELHASZNÁLT SZAKIRODALOM: [l.]kézdi Á., 1962: Talajmechanika I.-II., Tankönyvkiadó, Budapest [2.]Sándor Cs., 1995: Hulladéklerakók alatti süllyedések meghatározása, Diplomaterv, Miskolci Egyetem, Hidrogeológiai-Mérnökgeológiai Tanszék [3.]Szabó I., 1988: Alapozás, egyetemi jegyzet, Tankönyvkiadó, Budapest [4.]Széchy K., 1971: Alapozás, Műszaki Könyvkiadó, Budapest 254

15 TARTALOMJEGYZÉK Dr. Takács, G., Udvardi, G., Turzó, Z.: A segédgázos termelés korszerűsítésének lehetőségei az algyői mezőben 3 Heinemann, Z., E., Ganzer, L.,J.: Adaptive grid and dual-time stepping for multi-purpose reservoir simulation models 11 Lakatos, 1., Lakatos-Szabó, J.,Munkácsi, I., Trömbőczky, S.: Profile correction in hydrocarbon reservoirs state-of-art and experiences at the Algyő field 27 Gesztesi, Gy., Dr. Mating, B Dr. Török, J., Dr. Tóth, J.: Flow of mobilized oil in surfactant enhances oil recovery 37 Ősz, Á.: Vízszintes fúrások kitörésvédelme, 47 Keresztes, T., ősz, Á., Pugner, S.: Korszerű fúrásellenőrző és -irányító műszerkabinok a szénhidrogén-bányászatban 59 Bódi, T.: Gyűjtőrendszer optimális telepítési helyének meghatározása számítógéppel 69 Dr. Bobok, E., Dr. Navratil, L., Tőrök, A., Udvardi, G.: Nehézolajok vízágyas szállításának egyszerű matematikai modellje 79 Csete, J.: Gázelosztó rendszerek szimulációja a 90-es években 85 Tihanyi, L.: Az Olaj- és Gázmérnöki szak képzési tapasztalatai és perspektívái 95 Dr. Szilágyi, Zs.: Az új gázipari műszaki-biztonsági szabályozás szakmai, tudományos alapjai 105 Komornoki, L P.: Increasing fh<» rapacity of 0.6 MPa working pressure gas distribution net, constucted from 1.6 MPa nominal pressure elements 109 Sztermen, A.: Subjective and objective risk assessment 117 Eperjesi, L.: Vezetékszakadások esetén kiáramló gáz mennyiségének becslése a végtelen nagy tartály modelljével 125 Debreczeni, E.: Pneumatikus szállítással kombinált marófej kifejlesztése a Geotechnikai Berendezések tanszéken 133 Dr. Debreczeni, E., Sümegi, L: Vízsugaras vágási kísérletek a Geotechnikai Berendezések tanszéken 145 Patvaros,J.: Möglichkeiten zur vielsteigen Nutzung von flözen mit grossem MethangehalL 155 Dr. Vőneky, G.: Textilbetétes gumiheveder rugalmas deformációja 165 Jambrik, R.: Environmental effects of closing the non-ferrous ore mine of Gyöngyösoroszi

16 Lénán, L.: A Bükk-térség fenntartható vízkészlet-gazdálkodása 191 Mádai, F.: A bükki mészkövek szöveti fejlődése a nyomási ikeresedés vizsgálata alapján 201 Dr. Bán, M.: Hévizek karbonátos vízkőkiválásainak termikus vizsgálata 213 Kovács, Zs.: Miskolci felhagyott kőfejtők környezetföldtani értékelése 221 Dr. Egerer, F., Namesánszki, K.: Ércpörkölés technológiai folyamatának optimalizálása röntgendiffrakcióval 231 Dr. Egerer, F., Kósik, G., Namesánszki, K.: Hulladéklerakók környezetföldtani problémái (Egy ipari hulladéklerakó környezetföldtani hatásvizsgálata) 237 Sándor, Cs., Kovács, B Szabó, /.; Süllyedés-számítás depóniatestek alatt 245 Dr. Somfai, A., Dr. Szalay Á., Dr. Bérczy, I.: Kőolajföldtani szempontú medenceanalízis 255 Szűcs P., Robonyi, A.: An applicable formation damage model in sandstone petroleum reservoirs 267 Turai, E.: Felszínközeli környezetszennyezések elektromágneses módszerekkel történő kimutathatóságának a vizsgálata 275 Némedi Varga, Z.: A mecseki kőszénkutatás eredményessége