TALAJOK VESZÉLYESSÉGE BUZGÁRKÉPZŐDÉS SZEMPONTJÁBÓL Dr. Nagy László BME Geotechnika és Mérnökgeológia Tanszék Erodálható talajok A buzgár a belső erózió egy fajtája, belső ugyanis erózió több módon is kialakulhat 1 (1. táblázat). Az eltérő jelenség eltérő talajnál következik be. Meg kell jegyezni, hogy a buzgárnál a semleges feszültség növekedés kvázi statikus állapotot jelent, vagyis nem dinamikus hatást (pl. nem földrengést). Jelen könyvben a belső eróziók közül csak a buzgárokkal foglalkozunk. Jelenség Ok Talaj diszperzív a talaj kémiai összetétele kötött talajok 1. táblázat A belső erózió típusai szuffózió 2 a talaj szerkezete nem stabil hiányos szemeloszlású talajok buzgár semleges feszültség növekszik finomszemcsés, kohézió mentes Buzgárveszélyes talajok a nemzetközi irodalomban Az erózió kialakulásának lehetősége kulcsszempont a tervezésnél minden esetben, ha a gát magja, vagy az altalaj erózióra való hajlamot mutat. Az erózió valószínűsége erodálódó talajoknál sokkal magasabb. Sherard (1953) publikálta az erózióval szembeni ellenállás osztályozását, mely jelenleg már kevésbé használatos (2. táblázat). Ebben a táblázatban a plaszticitás kulcsszerepet játszik. A manapság végzett vizsgálatok alapján buzgárnál nem az alacsony plaszticitású talajok, hanem a finomszemcsés kohézió mentes talajok játszák a főszerepet. Az Aussois Workshop (Fell és Fry, 27) résztvevői megállapították, hogy olyan gradienseknél, ahol a gátban vagy annak altalajában hátrarágódó erózió fordulhat elő, valószínűleg olyan talajokhoz köthető, melyeknek csekély a plaszticitása. 1 Egyes kutatók a lösz talajok roskadását is belső eróziónak veszik. 2 A szuffózió egy olyan folyamat, amikor egy rétegből a finom szemcsék átmosódnak egy másik réteg durva szemcséi közé. A szuffúzió rendkívül népes irodalmát igyekeztem kihagyni, ugyanis ez egy másik tönkremeneteli mód, mint a buzgár.
(1) kategória Hidraulikus talajtöréssel szemben nagy ellenállás (2) kategória Hidraulikus talajtöréssel szemben közepes ellenállás (3) kategória Hidraulikus talajtöréssel szemben kis ellenállás 2. táblázat Talajok erózióval szembeni ellenállása (Sherard, 1953) Plasztikus agyag (I P >15), jól tömörített Plasztikus agyag (I P >15), gyengén tömörített Jól graduált anyag agyag tartalommal (6<I P <15), jól tömörített Jól graduált anyag agyag tartalommal (6<I P <15), gyengén tömörített Jól graduált, kohézió mentes anyag (I P <6), jól tömörített Jól graduált, kohézió mentes anyag (I P <6), gyengén tömörített Nagyon egyszemcsés, finom kohézió mentes homok (I P <6), jól tömörített Nagyon egyszemcsés, finom kohézió mentes homok (I P <6), gyengén tömörített Fell és tsai (28) a rendelkezésre álló adatok, valamint Wan és Fell (24, 27, 28) belső instabilitásra végzett kísérleteiknél a tapasztalatok alapján azt a következtetést vonták le, hogy azok a talajok, melyek plaszticitási indexe I P > 7 nem tekinthetők hátrarágódó erózióra veszélyeztetettnek a gátakban az azok altalajában tapasztalt gradiensnél. 1. kép A Duna jobb part 11+35 tkm szelvényben található buzgár az ellennyomó medence mentett oldali lábától 2 m-re, elfogása egy patkóívvel történt a töltés melletti feltöltéshez kapcsolódóan. A meredek domborzati viszonyok miatt kb. 28 zsákot építettek be a teljesen felázott talajra.
Napjainkban az eróziós károkkal kapcsolatos felmérésben 87 %-ra becsülték a belső erózió szerepét a Bureu of Reclamation gátjainál (Engemoen, 211). A károknak csak a 13 %-a származott olyan gáttól, ahol a plaszticitás nagyobb 3 volt, mint I p > 6 vagy 7. Mattsson és tsai (28) szerint erózióra a relat íve egyszemcsés durva iszap és a finom homok a legérzékenyebb. Hasonló megállapításra jutottak glaciális iszapok (till) vizsgálatával kapcsolatban Foster és tsai. (2), Ravaska (1997), Norstedt és Nilsson (1997). A legnagyobb kimosható szemcsemérettel foglalkozott cikkében Wan és Fell (24). Meghatározták, hogy a talaj melyik frakciója erodálódik. Megállapításuk szerint praktikusan a szemeloszlási görbe inflexiós pontja alatti finom frakció erodálódik, a hiányos szemszerkezetű görbék erózió veszélyesek. Amikor a buzgárokról, a buzgárból kimosott talajról beszélünk, mindig hallgatólagosan feltételezzük, hogy egy réteg mosódik ki, nemcsak egy frakció. Hasonló feltételezéssel élnek a külföldi publikációk is. A következőkben bemutatott vizsgálati eredmények részben alátámasztják, részben cáfolják a bemutatott külföldi tapasztalatokat. A Delfti és Floridai különböző léptékű modellkísérleteknél alkalmazott talajok ugyancsak megerősítést kapnak ezekkel a vizsgálatokkal. Vizsgálati helyek A szemeloszlási vizsgálatok értékelését két ütemben végeztük. Az 1998 óta gyűjtött minták értékelése készült el 211-ben és 212-ben (ezek a 213 előtti minták), akkor még nem lehetett tudni, hogy 213-ban nagy dunai árvíz lesz. A 213. évi minták és vizsgálatok számossága kétszerese a korábbinak, és alapvetően a magyarországi Felső-Dunára szorítkozó eredmények halmaza. Kíváncsiak voltunk, hogy milyen kapcsolatban van a korábbi vizsgálati eredményekkel. Ezért jelen közleményben a 213 előtti és 213. évi minták szétválasztva szerepelnek. A 213. év előtti vizsgálati helyek összefoglalása a 3. táblázatban található évek szerinti csoportosításban. 12 db tiszai, 7 db Duna menti és egy Sajó buzgárból kimosott anyag vizsgálatára került sor. A vizsgálati helyeknél a talajminták alapján több tényező hatására is fény derült. 3. táblázat Buzgárok vizsgálatának helye és a buzgárból kimosott anyag néhány talajjellemzője a 213. év előtti talajmintákon Sorszám Év Folyó, szelvény Hely d 1 d 6 C U d 8 1 1998 Tisza jp. Tivadar belső oldal,8,25 3,25,36 2 1998 Tisza jp. Tivadar külső oldal,25,21 8,4,3 3 1998 Tisza jp. Dombrád,36,17 4,6,23 4 26 Duna jp. 12+15 Abda,7,13 17,8,26 5 26 Duna jp. 41+26 Dombori, kis buzgár,7,99 14,1,17 3 A diszperzív talajok nem szerepelnek ebben a felmérésben, de sokkal erodálhatóbbak lehetnek. Nagyon fontos, hogy ne keverjük össze a két egymástól minden szempontból független talajt és jelenséget! A diszperzív talajok kifejezetten agyag plaszticitásúak, és a TDS (total dissolved solids) nagyobb, mint 1, meq/l, azon belül a Na + tartalom meghaladja az 5 %-ot. A diszperzív talajok legjobb azonosítása tűszúrás vizsgálattal történik. Egyes talajok átmeneti diszperzitással rendelkeznek. A gyakorlat azt mutatta, hogy a diszperzív agyagokban a tönkremenetel az első tározófeltöltés alatt megy végbe (Sherard, 1979).
6 26 Duna jp. 41+26 Dombori, kis buzgár kürtő,41,97 2,4,16 7 26 Duna jp. 41+26 Dombori, nagy buzgár,26,113 4,3,17 8 26 Duna jp. 41+26 Dombori nagy buzgár kürtő,6,91 15,2,16 9 26 Duna jp. 79+42 Bölcske-holtág I.,26,169 6,5,22 1 26 Duna jp. 79+42 Bölcske-holtág II.,16,182 11,4,29 11 26 Tisza jp. 61+75,56,116 2,1,17 12 26 Tisza jp. 71+3,49,173 3,5,21 13 26 Tisza bp. 13+25 Tiszasas rekettyés,16,237 2,2,34 14 26 Tisza bp. 13+58 Tiszasas, kürtő széle,51,14 2,6,17 15 26 Tisza bp. 13+58 Tiszasas kürtő közepe,73,166 2,3,2 16 21 Sajó bp. 6+266,14,15 1,9,25 17 21 Tisza, Millér Kis buzgár,7,4 6,1,1 18 21 Tisza, Millér Nagy buzgár,8,5 5,9,11 19 21 Tisza, Tiszakürt Külső része,13,29 2,3,37 2 21 Tisza, Tiszakürt Belső rész,17,4 2,2,4 A 213. évi árvizek lehetővé tették, hogy a rendelkezésre álló adathalmaz háromszorosára növekedjen. További 43 buzgár szemeloszlási vizsgálatára került sor ( 4. táblázat) melyek megoszlása: 3 db Tisza-völgyi és 4 db Duna menti (ezen belül 29 Szigetközi). Így az időközben bevizsgált további három buzgárral a minták száma 66-ra nőtt. 4. táblázat A 213. évi buzgárok mintavételi helyei és fontosabb mérési eredményei Folyó Hely d 1 d 6 C U d 8 C C Megnevezés Duna jobb part 11+8,135,373 2,77,41 1,38 közepes homok Duna jobb part 11+9, 1. buzgár,125,35 2,81,4 1,13 homok Duna jobb part 11+9, 2. buzgár,11,376 3,43,41 1,75 közepes homok Duna jobb part 11+9, 3. buzgár,7,346 4,92,4 1,79 homok Duna jobb part 11+9, 4. buzgár,12,377 3,14,41 1,66 közepes homok Duna jobb part 11+9, 5. buzgár,115,369 3,22,41 1,6 közepes homok Duna jobb part 11+9, 6. buzgár,72,364 5,9,4 2,44 közepes homok Duna jobb part 12+26, 1. nagy buzgár,32,367 11,55,41 4,48 iszapos homok Duna jobb part 12+26, 2. oldalsó buzgár,2,123 6,9,31 1,15 iszapos homok Duna jobb part 12+26, 3. első középső,78,328 4,18,39 1,35 homok Duna jobb part 12+26 középső,15,132 8,69,18 1,39 iszapos homok Duna jobb part 15+41, 1. buzgár,32,188 5,97,3 1,35 iszapos homok Duna jobb part 15+41, 2. buzgár,2,152 7,57,24 1,42 iszapos homok Duna jobb part 15+41, 3. buzgár,29,164 5,6,27 1,3 iszapos homok Mosoni-Duna jp. 11+32 kúp belseje,151,383 2,54,42 1,38 közepes homok Mosoni-Duna jp. 11+32 kúp külseje,13,376 3,66,42 1,91 közepes homok Mosoni-Duna jp. 11+98,66,338 5,13,4 1,68 homok Mosoni-Duna jp. 12+16,66,225 3,42,33,91 homok Mosoni-Duna jp. 12+156 buzgár kráterből,15,366 3,5,42 1,58 közepes homok Mosoni-Duna jp. 12+15 gát lábánál szántásban,153,384 2,51,42 1,38 közepes homok Mosoni-Duna jp. 12+156 buzgár,49,218 4,48,33 1,16 iszapos homok Mosoni-Duna jp. 12+156 az elfogáson kívül,48,211 4,37,33,96 iszapos homok Mosoni-Duna bp. 19+45,52,269 5,22,38,8 iszapos homok Mosoni-Duna bp. 19+55,136,383 2,82,42 1,51 közepes homok Mosoni-Duna bp. 19+16,51,15 2,96,23,84 iszapos homok Mosoni-Duna bp. 19+14,48,129 2,68,24,84 iszapos homok Mosoni-Duna bp. 19+1,61,211 3,45,22,91 iszapos homok Mosoni-Duna bp. Püspökerdő13+98 gáthoz közelebb,186,389 2,9,42 1,22 közepes homok Mosoni-Duna bp. Püspökerdő13+98 gáttól távolabb,147,385 2,62,42 1,45 közepes homok Szentendrei-sziget 8+21 Tahitótfalu,138,371 2,69,41 1,34 közepes homok Szentendrei-sziget 8+28 Tahitótfalu,158,385 2,44,42 1,38 közepes homok Szentendrei-sziget 8+4 Surány buzgár 1,112,356 3,17,4 1,35 közepes homok
Szentendrei-sziget 8+4 Surány buzgár 2,12,371 3,9,41 1,56 közepes homok Duna bal part Érsekcsanád Ebtófoki csat. 11+54,84,155 1,84,19,85 finom homok Duna bal part Ebtófoki csatorna 13+66,53,18 2,4,125 1,34 finom homok Duna bal part Ebtófoki csatorna 15+23,168,4 2,37,45 1,18 közepes homok Duna bal part Ebtófoki csatorna 26+26,39,117 3,4,18,91 iszapos f. homok Marcal bp. 1+18,112,26 1,84,23 1,5 finom homok Marcal bp. 1+242,123,221 1,8,28,98 homok Marcal bp. 3+514,131,39 2,36,39,9 homok Kettős-Körös jp. 16+89,61,148 2,43,18 1,21 finom homok Kettős-Körös jp. 16+98,1,23 2,3,34 1,3 homok Kettős-Körös jp. 22+55,91,265 2,68,19,86 finom homok A szemeloszlási görbe lefutása, a talajok osztályozása Megállapítható, hogy a buzgárból kimosott talajok jól definiálhatók, a szemeloszlási görbéik minden esetben folyamatos lefutásúak, természetes talajokban általánosan előforduló jelleget mutattak. Az összes görbét egy szemeloszlási ábrára felrakva, egyértelműen megállapítható, hogy a görbék egy relatíve szűk sávot jelölnek ki, a szemcsék mérete a szemeloszlás szűk tartományát öleli fel (1. és 2. ábra). Ebben a sávban (iszapos homok, finom homok, homok) a talajoknak már nincs számottevő kohéziója, ugyanakkor a talajszemcsék tömege olyan kicsi, hogy az áramló víz el tudja mozdítani a szemcséket (1. és 2. ábra). Meg kell azonban jegyezni, hogy megfelelően magas hidraulikus gradienssel minden talaj (sőt kőzet is) elmosható. Itt inkább az dominál, hogy ezen szemeloszlási tartományoknál van a legkisebb gradiensre szükség. 2. kép Mintavétel a buzgárból, a buzgár kúpjának lehetőleg mindkét oldala képviseltesse magát a mintában
SZEMELOSZLÁSI GÖRBE agyag iszap finom közepes durva homok finom közepes durva kavics apró közepes durva 1 Tisza 61+75 Tisza 71+3 Bölcske holtág II. 79+42 9 Bölcske holtág I. 79+42 41+26 Dombori kis buzgár 8 41+26 Dombori buzgár túloldal 41+26 Dombori kis buzgár kürtő 41+26 Dombori buzgár kürtő közepe 7 Tiszasas kürtó széle Tiszasas rekettyés 6 Tiszasas kürtő közepe Millér kis buzgár 5 Millér nagy buzgár Kűrt külső Kűrt belső 4 Sajó bp. 6+266 Tivadar belső oldal 3 Tivadar külső oldal Abda Dombrád 2 Tahitótfalu Bogyiszló 1 Sajó 5+17,1,1,1 1, 1, 1, Átesett (%) Szemnagyságok (log d mm) 1. ábra A buzgárból kimosott talajok összesített szemeloszlási görbéi a 213. év előtti mintáknál A talaj szemeloszlási görbe szerinti megnevezése az EUROCODE 7 (MSZ EN ISO 14688-2) alapján egyértelmű, az egyes megnevezések megoszlását az 5. táblázat mutatja. A megnevezés is mutatja, hogy viszonylag keskeny sáv az, amelyik a szemeloszlás széles spektrumából kimosódik, a homokos durva iszaptól a közepes homokig. 5. táblázat A buzgárból kimosott talajok megnevezése az EUROCODE alapján Talaj megnevezése Előfordulás Összesen db. % % Homokos durva iszap 2 3 3 Iszapos homok 24 36 36 finom és 13 21 közepes Homok 61 finom 1 15 közepes 17 25 A 5. táblázat alapján megállapítható, hogy a vizsgált buzgárból kimosott talajok elsősorban homok és iszapos homok megnevezésűek, az arányuk körülbelül 6-4 %-t képviselt.
SZEMELOSZLÁSI GÖRBE agyag iszap finom közepes durva homok finom közepes durva kavics apró közepes durva 1 9 8 7 6 5 Átesett (%) 4 3 2 1,1,1,1 1, 1, 1, Szemnagyságok (log d mm) 2. ábra Az összes (66 darab) szemeloszlási görbe lefutása kijelöli a buzgárból kimosott talaj szemcséinek tartományát. Legjobban a két milléri görbe esik ki a magas iszaptartalom miatt. Iszaptartalom Azt ismerjük, hogy az áteresztőképességi együttható hogyan változik finomszemcsés talajoknál növekvő iszaptartalom hatására. Arra azonban kevesebb adat van, hogy a növekvő iszaptartalom hogyan változtatja meg a talaj buzgárképződéssel szembeni ellenállását. Ennek empirikus vizsgálata a buzgárból kimosódott talaj szemeloszlásának értékelése alapján történhet. 3. kép Nagybajcsi buzgár 22-ben. Az 1899. évi gátszakadás kopolyáját feltöltötték. Ebben a feltöltésben alakul ki a buzgár minden nagyobb árvíznél.
Közismert tény, hogy növekvő iszaptartalom növeli a finom szemcsék közötti összetartó erőt, csökkenti a szemcsék leválásának lehetőségét. Az iszaptartalom megoszlását a szemeloszlási görbék alapján a 6. táblázat mutatja. A buzgárból kimosott talaj szemeloszlását vizsgálva megállapítható, hogy az iszaptartalom ritkán volt 4 % felett 4, a sűrűsödés 1 % iszaptartalom közötti tartományban van, a görbéknek több, mint a fele esik ide ( 5. táblázat). Tíz százalékonkénti iszaptartalom növekedésénél a gyakoriság változását a 3. ábra szemlélteti. Az iszaptartalom növekedésével a gyakoriság csökken, vagyis összefoglalóan megállapítható, hogy azok a finomszemcsés talajok hajlamosabbak a szemcsekimosódásra, melyek kevesebb iszapot tartalmaznak. 6. táblázat Az iszap frakció részaránya a buzgárból kimosott talajok szemeloszlásában Iszap tartalom < 5 % 5 %-1 % 1 %-15 % 15 %-2 % 2%-3 % 3 %-4 % 4 %-5 % 213 előtti vizsgálat 3 5 1 3 5 4 2 213. évi vizsgálat 22 6 5 4 4 2 Összesen db 25 11 6 7 9 6 2 Összesen % 38 17 9 1 14 9 3 6 5 Előfordulás gyakorisága ( % ) 4 3 2 1-1 1-2 2-3 3-4 > 4 Talajminták iszap tartalma ( % ) 3. ábra A buzgárból kimosott talajok iszaptartalmának gyakorisága 66 vizsgálat eredménye alapján A jellemző szemcseátmérők Kétségtelenül a teljes szemeloszlási görbe figyelembevétele a megfelelő megoldás a buzgárosodásra hajlamos talajok megítélésénél, azonban érdemes megvizsgálni a szemeloszlási görbe néhány reprezentatív értékét, a 1, 6, 8 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérőket. A 1 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérő 4 Csak a két milléri mintában.
Minden szemeloszlási görbe vizsgálatánál egy sarkalatos pont a 1 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérő meghatározása (ld. 7. táblázat). Ez a szemcseátmérő meghatározó a szivárgási folyamatok szempontjából, illetve a szemeloszlás elnyújtottságának megítélésénél. A buzgárból kimosott anyagoknál nem került azonosításra d 1 >,19 és d 1 <,4 mm átmérőjű szemcse. Tehát a d 1 -hez tartozó szemcséknek mintegy két nagyságrendnyi tartománya érintett a buzgár kimosódásban. Az előfordulási tartomány szélei felé (feltételezve valamilyen véltetlen jelleget), a gyakoriságnak csökkennie kellene, azonban valószínűleg a relatíve kis elemszám és a kategóriák számának szélessége miatt ez a tendencia nem érvényesül (4. ábra). 12 1 213. évi 213. előtt Vizsgálati eredmények száma (db) 8 6 4 2 -,2,2-,5,5-,8,8-,11,11-,14,14-,17 1 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérő (mm) 4. ábra A d 1 megoszlása a buzgár által kimosott anyagban a 213 előtti és a 213. évi mintákban 7. táblázat A 1 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérő néhány jellemzője 5 d 1 213 előtt 213. évi összes Darab 23 43 66 Minimum,4,15,4 Maximum,17,186,186 Átlag,48,9,76 Míg a 213 előtti mintánál a finomabb szemcsék, a 213. évi mintáknál a 4. ábra középső részének szemcséi domináltak. Ezt fejezi ki a 7. táblázat is, bemutatva, hogy a 213 előtti minták, melyek nagyrészt tiszai buzgárokból származtak, finomabb szemcséjűek. A 6 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérő A 6 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérők sávszélessége, csaknem egy nagyságrendre szűkül, itt is egyértelműen a 213 előtti minták finomabb szemcsézettséget mutatnak ( 8. táblázat és 5. ábra). Mint ahogy az 1. és 2 táblázatból is kitűnik, a 213 előtti mintáknál a Tisza-völgy dominált, a 213. évi mintáknál a Duna-völgy volt meghatározó. Talán nem túlzó az a megállapítás, hogy a Duna völgyben durvább szemcsék mosódnak ki a talajból. Kereshető ennek az oka is. 5 Óvatosan kell kezelni a statisztikai feldolgozást, mert a vizsgált talajok nem normális eloszlásúak.
14 A szemcsetartományhoz tartozó eredmények száma 12 1 8 6 4 2 213. évi 213. előtt -,2,2-,6,6-,1,1-,14,14-,18,18-,22,22-,26,26-,3,3-,34,34-,38,38-,42 d 6 szemcseátmérő tartományok (mm) 5. ábra A 6 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérő megoszlása a 213 előtti és a 213. évi mintákban 8. táblázat A 6 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérő statisztikai jellemzői d 6 213 előtt 213. évi összes Darab 23 43 66 Minimum,5,18,5 Maximum,38,37,38 Átlag,28,177,245 A 8 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérő A 8 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérő vizsgálatát az indokolja, hogy a szemeloszlási görbék seregének ( 1. és 2. ábra) ott a legszűkebb a keresztmetszete. Ezt a korábbi megállapítást a 213. évi minták is igazolták. A 8 súlyszázaléknál a legkisebb és a legnagyobb szemcsék különbsége alig több, mint fél nagyságrend. 9. táblázat A 8 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérő statisztikai jellemzői d 8 213 előtt 213. évi összes Darab 23 43 66 Minimum,11,125,11 Maximum,42,46,46 Átlag,246,338,36 A többnyire tiszai mintákat tartalmazó 213 előtti mintáknál d 8 =,15-,25 mm-es szemcseméret érvényesül, a 213. évi dunai mintánál a d 8 =,35-,45 mm-es szemcseméret.
Előfordulások száma (db) 16 14 12 1 8 6 4 2 213. előtt 213. évi,5-,1,1-,15,15-,2,2-,25,25-,3,3-,35,35-,4,4-,45,45-,5,5-,55 d 8 szemcseátmérő 6. ábra A 8 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérő megoszlása a 213 előtti és a 213. évi mintákban Az egyenlőtlenségi mutató (C U ) értékei Az egyenlőtlenségi mutató indikátor szerepével a hazai és nemzetközi szakmai sajtó is gyakran foglalkozik, nemcsak a buzgárosodás, hanem a földrengés hatására történő megfolyósodás szempontjából is. A buzgárból kimosott talajok egyenlőtlenségi mutató (C U ) értékei a 1. táblázatban vannak feltüntetve. A 213 előtti mintákban legmagasabb érték C U = 17,8, az átlag C U = 6,4-re adódott. C U < 1,8 talajt nem került azonosításra. A 213. évi mintáknál az egyenlőtlenségi mutató átlagos értéke csak 3,7 volt! Az egyenlőtlenségi mutató megoszlását a 7. ábra mutatja, melyben a C U = 2-5 kategória a legnépesebb, több mint a minták fele esik ide. Az egyenlőtlenségi mutató növekedésével számossága csökken az egyes tartományoknak ( 7. ábra, 1. táblázat). Az alacsony egyenlőtlenségi mutatójú finom szemcsés talajok a legkönnyebben elmoshatók, vagy elmozdíthatók a helyükről, ugyanis kohéziójuk nincs, a szemcsék tömege pedig kicsi. 1. táblázat A buzgárból kimosott talajok egyenlőtlenségi mutatójának megoszlása C U 213 előtt 213. évi összes < 5 12 34 46 5-8 4 7 11 8-11 3 1 4 11-14 2 1 3 > 14 2 2 Összesen 23 43 66 Várhatóan a nagyon jól graduált talajok kevésbé lesznek érzékenyek a buzgárképződésre, de nem szabad elfelejtkezni arról, hogy minden talaj elmosható megfelelően nagy hidraulikus gradienssel. A 213 előtti mintáknál a Tisza-völgy dominált, ahol lényegesen magasabb volt az egyenlőtlenségi mutató értéke, tehát jobban graduáltak a talajok (1. és 11. táblázat). A 213. évi mintáknál a Duna-völgy volt meghatározó, a kimosódott talajok 75 %-ban a hagyományosan folyós homok kategóriába estek (C U < 5).
35 Előfordulások száma (db) 3 25 2 15 1 5 213. előtt 213. évi <5 5-8 8-11 Egyenlőtlenségi mutató CU (-) 7. ábra Az egyenlőtlenségi mutató megoszlása a buzgár által kimosott anyagban a 213 előtti és a 213. évi mintákban (Nagy 214) 11-14 >14 11. táblázat Az egyenlőtlenségi mutatóhoz tartozó statisztikai jellemzők C U 213 előtt 213. évi összes Darab 23 43 66 Minimum 1,8 1,8 1,8 Maximum 17,8 11,5 17,8 Átlag 6,385 3,734 4,658 Szórás 4,722 1,961 3,413 Variációs tényező,74,53,73 Az egyenlőtlenségi mutató és a d 8 kapcsolata A talaj vázát a finom és durva szemcsék együttesen határozzák meg. A buzgárból kimosott talajoknál mintha a szemeloszláson belül a durvább szemcsék volnának a meghatározók, ami a talaj jellegét biztosítja. Amíg a 1 súlyszázalékhoz tartozó átmérőkben lényegesen nagyobb az eltérés, ezzel szemben a 8 súlyszázalékhoz tartozó átmérőkben feleakkora. Lehetséges, hogy ezt a viselkedést magasabb súlyszázalékhoz tartozó átmérővel volna célszerű jellemezni, például d 8 értékével. A 8 súlyszázalékhoz tartozó átmérő 66 szemeloszlási görbe elemzése alapján nem mutat korrelációt ( 8. ábra) az egyenlőtlenségi mutatóval (nem függ tőle), így a korábbi indoklások alátámasztásával alkalmas lehet a buzgárokból kimosott talajok szemeloszlásának értékelésére. A 8 súlyszázalékhoz tartozó átmérők viszonylag szűk határok között mozognak, melyekre d 8 =,1,6 mm vagy d 8 =,2,45 mm határértékek adhatók meg. Ezen értékek kiegészítve az egyenlőtlenségi mutató értékének leggyakoribb előfordulásával buzgárképződés szemeloszlási kritériuma adható meg. Az egyenlőtlenségi mutató C U = 1,8 18,7 között változott a vizsgált mintáknál, értéke leggyakrabban C U < 12 volt.
2 18 16 Egyenlőtlenségi mutató (-) 14 12 1 8 6 4 2,5,1,15,2,25,3,35,4,45,5 A 8 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérő (mm) 8. ábra A 8 súlyszázalékhoz tartozó szemcseátmérő és az egyenlőtlenségi mutató kapcsolata (Nagy 214) A veszélyesség értékelése A szemeloszlási görbe alapján értékelhetjük a gát alatti feltárásból kikerült talajt, hogy a buzgárképződésre veszélyes határgörbék közé esik a vizsgált talajminta. Ugyanakkor felállíthatunk különálló veszélyességi fokozatokat a szemeloszlási görbe kiválasztott pontjára, jelen esetben a d 8 -ra: nem veszélyes d 8 <,1 és d 8 >,6 mm veszélyes d 8 =,1 -,15 és d 8 =,45,6 mm nagyon veszélyes,15 < d 8 <,45 és/vagy az egyenlőtlenségi mutató értékére: nem veszélyes C U > 12 veszélyes 6< C U < 12 nagyon veszélyes C U < 6. A szemeloszlás veszélyességének kombinált értékelése a 9. ábra szerinti osztályozással lehetséges a szemeloszlási görbe illetve annak kitüntetett pontjai alapján. Más szavakkal buzgárképződésre nagyon veszélyes a következő kettős kritériumnak megfelelő talaj (9. ábra):,15 < d 8 <,45 C U < 6 A határértékek meghúzása nem volt önkényes, a nagyon veszélyes tartományba esik a minták csaknem 8 %-a, itt van a sűrűsödése a pontoknak. A veszélyes tartományba, melynek területe négyszerese a nagyon veszélyes tartománynak, esik a minták mintegy 15 %-a.
18 C U - d 8 kapcsolata 16 Egyenlőtlenségi mutató C U (-) 14 12 1 8 6 Nagyon veszélyes Veszélyes 213. évi 213. előtt 4 2 C U < 1 nem értelmezhető,1,1 1 1 d 8 szemcseátmérő (mm) 9. ábra A szemeloszlás veszélyességének kombinált értékelése az összes mintán (Nagy 214) Összefoglalás A buzgárból kimosott talajok szemeloszlási görbéi a szemcsetartomány jól definiálható szűk tartományát ölelik fel. Ezen a szemeloszlási görbékből, illetve a görbék jellemző pontjaiból meghatározott veszélyességet értékelő grafikon segít eligazodni adott talaj megítélésében. Egyszerű tehát a tervező feladata a buzgárképződés szemeloszlási kritériumának vizsgálatánál, a talajfeltárási eredményeket össze kell hasonlítani a határgörbékkel, vagy az egyenlőtlenségi mutató és a d 8 szemcseátmérőhöz tartozó grafikon alapján értékelni kell a vizsgált talajt. Mindenesetre nem szabad elfelejteni, hogy ezek a vizsgálatok a gátaknál kialakuló un. normális hidraulikai viszonyokra vonatkoznak, mert megfelelően nagy hidraulikus gradienssel minden talaj, sőt még a szikla is elmosható. Irodalomjegyzék Engemoen W.O. (211): Bureau of Reclamation experiences with internal erosion incidents, Proc. of Workshop on Internal Erosion in Embankment Dams and their Foundations, Brno, Czech Republic, April 211, Institute of Water Structures, FCE, BUT, Brno, pp. 11-18. Fell R., Fry J.J. (27): Editors Internal Erosion of Dams and their Foundations,Taylor and Francis, London, ISBN: 978--415-43724-. Fell R., Foster M., Davidson R., Cyganiewicz J., Sills G. and Vroman N. (28): A Unified Method for Estimating Probabilities of Failure of Embankment Dams by Internal Erosion and Piping, UNICIV Report R 446, The School of Civil and Environmental Engineering, University of New South Wales, Sydney, Australia 252. ISBN: 85841-413-9. Foster M., Fell R. (2): Use of event trees to estimate the probability of failure of embankment dams by internal erosion and piping, In Proceedings of the 2 th ICOLD 49. Congress on Large Dams, Beijing, Vol. 1, Q76, R16, pp. 237-26, International Commission on Large Dams, Paris.
Foster M., Fell R., Spannagle M. (2): The statistics of embankment dam failures and accidents, Canadian Geotechnical Journal, Vol.37, No.5, National Research Council Canada, Ottawa, 1-124, ISSN: 8-3674. Mattsson H., Hellström J.G.I., Lundström T.S. (28): On internal erosion in embankment dams, A literature survey of the phenomenon and the prospect to model it numerically, Research report Luleå University of Technology, Department of Civil, Mining and Environmental Engineering Division of Mining and Geotechnical Engineering, Luleå University of Technology Department of Applied Physics and Mechanical Engineering Division of Fluid Mechanics, 28:14, ISSN: 142-1528, ISRN: LTU-FR -- 8/14 SE. Nagy L. (1999): A Tivadari buzgár, 17. MHT Vándorgyűlés Miskolc, 1. kötet, pp. 13-146. Nagy L. (1999): Az 1998. novemberi Tivadari buzgár vizsgálata, Hidrológiai Közlöny, 79. évf., 4. szám, pp. 217-222. Nagy L. (2): Az árvízvédelmi gátak geotechnikai problémái. Vízügyi Közlemények, LXXXII. évf., 1. füzet, pp. 121-146,ISSN 42-7616. Nagy L. (2): Talajmechanikai vizsgálatok végzése a Tiszasasi buzgár környékén, Talajmechanikai szakvélemény, Kézirat. Nagy L. (21): 2 Years Dike Failures in Hungary. 36 DEFRA Congress, Keele, pp. 3.12-3.18, July. Nagy L. (22): 2 Years Dike Failures in the Carpathian Basin. Proceedings of the 2 nd International Symposium on Flood Defence (ISFD 22), Beijing, 22. 9. 1.-13., Balkema Publishers, pp. 786-793, Science Press, Beijing, New York, ISBN 1-88132-54-1. Nagy L. (22): Geotechnical Aspects of 2 Years Dike Failures in the Carpathian Basin. 12 th Danube- European Soil Mechanic and Geotechnical Conference, Editor: Deutsche Gesellschaft für Geotechnik, Publisher: Verlag Glückauf, Passau, pp. 189-192, ISBN 978-377-395-973-7, 963-472-657-7. Nagy L. (23): A Dombrádi buzgár vizsgálata, Vízügyi Közlemények külön szám, 1. kötet, pp. 25-215. Nagy L. (23) : Geotechnical Aspects of Dike Failures in the Carpathian Basin. Proceeding of the 13 th European Conference on Soil Mechanic and Geotechnical Engineering, Prague, 23 August 25-28, pp. 167-172, ISBN 8-867-69--3. Nagy L. (2 6): Dike Breaches in the Carpathian Basin, Periodica Polytechnica, Vol. 5, No. 2, pp. 115-124, ISSN 553-6626. Nagy L. (26): Szentendrei buzgár vizsgálata, Talajmechanikai szakvélemény. Nagy L. (21): Buzgárok, XXVIII. MHT Vándorgyűlés, július 7-9. Sopron, 3. szekció, 24. cikk, ISBN 978-963-8172-25-9. Nagy L. (21): Hogyan is mennek tönkre az árvízvédelmi gátak?, XXVIII. MHT Vándorgyűlés, július 7-9. Sopron, 3. szekció, 22. cikk, ISBN 978-963-8172-25-9. Nagy L. (21): Lessons from historical dike breaches in the Carpathian -Basin. Riscuri si Catastrofe, IX. évfolyam, 1/21 szám, pp. 131-152, Editura Casa Cartii de Stiinta, Cluj-Napoca. ISSN 1584-5273. Nagy L. (211): Árvízvédelmi gátak történelmi tönkremeneteli mechanizmusa, Hidrológiai Közlöny, 91. évfolyam, 1. szám, pp. 21-26. ISSN 18-1323.Nagy L. (211): Buzgárból kimosott talajok vizsgálata, XXIX. MHT Vándorgyűlés, Eger, július 6-8, 4. szekció, 19. cikk, ISBN 978-963-8172-28-. Nagy L. (211): Buzgárok anyagának szemeloszlása, MMK Geotechnikai Tagozat konferencia CD kiadványa, Ráckeve, okt. 25-26. ISBN 978-963-8916-2-. Nagy L. (211): Buzgárokból kimosott homok vizsgálata, Hidrológiai Közlöny, 91. évfolyam, 5. szám, pp. 41-44. ISSN 18-1323. Nagy L. (211): Investigation of soils outwashed from piping, Untersuchung den durch piping ausgewaschenen Böden, Österreichischer Ingenieur- und Arcitektenverein, 156. Jahrgang Heft 1-12, pp. 211-216. Nagy L. (211): Piping phenomenon at the flood control dikes in the Carpathian -Basin I., Riscuri si Catastrofe, X. évfolyam, 2/211 szám, pp. 217-227, Ed. Sorocovschi V., Editura Casa Cartii de Stiinta, Cluj-Napoca. ISSN 1584-5273. Nagy L. (211): Történelmi buzgárok, Hidrológiai Közlöny, 9. évfolyam, 3. szám, pp. 55-6. ISSN 18-1323. Nagy L. (212): A Milléri árvízi jelenség vizsgálata és elvi helyreállítási javaslata, geotechnikai szakértői vélemény, Kézirat. Nagy L. (212): Buzgárból kimosott talaj szemeloszlása, Mérnökgeológia Kőzetmechanika Konferencia 211, Mérnökgeológia-kőzetmechanika Kiskönyvtár 12. (Szerk: Török Á. és Vásárhelyi B.), pp. 15-112. ISBN 978-615-586-4-5. Nagy L. (212): Buzgárból kimosott talaj szemeloszlása, Mé rnökgeológia Kőzetmechanika Konferencia 211, 212. 1. 26. Budapest, Mérnökgeológia-kőzetmechanika Kiskönyvtár 12. (Szerk: Török Á. & Vásárhelyi B.), pp. 15-112. ISBN 978-615-586-4-5.
Nagy L. (212): Geotechnikai szakértői vélemény és elvi helyreállít ási javaslat a Tiszakürti buzgárról, Talajmechanikai szakvélemény, Kézirat. Nagy L. (212): Milléri és Tiszakürti árvízi jelenségek geotechnikai vizsgálata és elvi helyreállítási javaslat készítése, Szakértői vélemény, Nagy L. (212): Piping phenomenon a t the flood control dikes in the Carpathian-Basin II., Riscuri si Catastrofe, XI. évfolyam, 1/212 szám, pp. 193-24, Ed. Sorocovschi V., Editura Casa Cartii de Stiinta, Cluj-Napoca. ISSN 1584-5273. Nagy L. (212): Statistical evaluation of historical dike failure mechanism, Riscuri si Catastrofe, X. évfolyam, 2/212 szám, pp. 7-2, Ed. Sorocovschi V., Editura Casa Cartii de Stiinta, Cluj-Napoca. ISSN 1584-5273. Nagy L. (213): A buzgárképződés szemeloszlási kritériuma, In: Nagy L, Takács A (szerk.) 3. Kézd i Konferencia kiadványa, BME Geotechnikai Tanszék, pp. 128-141. ISBN: 978-963-313-81-. Nagy L. (214): A Duna jp. buzgárok vizsgálata a 213. évi árvíz után a 1.3. árvízvédelmi s zakaszon, Szakértői vélemény, kézirat. Nagy L. (214): A Marcal bal parti buzgárok vizsgálata a 213. évi árvíz után, Szakértői vélemény, kézirat. Nagy L. (214): A Mosoni -Duna menti buzgárok vizsgálata a 213. évi árvíz után, Szakértői vélemény, kézirat. Nagy L. (214): Buzgárok az árvízvédelemben. Innovaprint Nyomda, p. 242, ISBN 965 334 5474 7. Nagy L., Huszák T. (212): Investigation of piping material, Periodica Polytechnica - Civil Engineering, 56. évf., 2. szám, pp. 233-238, ISSN 553-6626, doi: 1.3311/pp.ci.211-2.12, web: http://www.pp.bme.hu/ci. Nagy L., Mahler A. (212): Milyen mély legyen a vízzáró fal az árvízvédelmi töltés alatt? Hidrológiai Közlöny, 92. évf. 4. szám, pp. 73-77, ISSN 18-1323. Nagy L., Mahler A. (213): Grain size distribution of sand boil soils, In: M Súľovská (szerk.) Proceedings of the 11 th Slovak Geotechnical Conference: Effect of water on geotechnical structures. Pozsony, Szlovákia, 213.6.3-213.6.4. Bratislava: Slovak University of Technology, Faculty of Civil Engineering, ISBN: 978-8-227-395-4. Nagy L., Szlávik L. szerk. (24): Árvízvédelem a gyakorlatban, KTVM Vízügyi Hivatala, Budapest, ISBN 963 552 381 5. Norstedt U. and Nilsson Å. (1997): Internal erosion and ageing in some of the Swedish earth and rockfill dams, Proc. 19th Int. Congress on Large Dams, Florence, Q73, R2, 37-319. International Commission on Large Dams, Paris. Ravaska O. (1997): Piping susceptibility of glacial ti ll,proc. 19th Int. Congress on Large Dams, Florence, Q73, R3, 455-471, International Commission on Large Dams, Paris. Sherard J.L. (1979): Sinkholes in dams of coarse, broadly graded soils, 13 th Int. Congress on Large Dams, New Delhi, Q49, R2, pp. 25-35, International Commission on Large Dams, Paris. Sherard J.L., Woodward R.J., Gizienski S.F., and Clevenger W.A. (1963): Earth and Earth -Rock Dams, Engineering Problems of Design and Construction, John Wiley and Sons, Inc., NY. Wan C.F., Fell R. (24): Experimental investigation of internal instability of soils in embankment dams and their foundations, UNICIV Report No. 429, School of Civil and Environmental Engineering, The University of New South Wales, Sydney, ISBN 85841 396 5. Wan C.F., Fell R. (24): Laboratory tests on the rate of piping erosion of soils in embankment dams, Geotechnical Testing Journal, Vol. 27, No.3, pp. 295-33. Wan C.F., Fell R. (27): Investigation of internal erosion by the process of suffusion in embankment dams and their foundations, In Internal Erosion of Dams and their Foundations, Editors R. Fell and J.-J. Fry, Taylor and Francis, London, pp. 219-234. Wan C.F., Fell R. (28): Assessing the Potential of Internal erosion and Suffusion in Embankment Dams and Their Foundations, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 134, No. 3, pp. 41-47.