Mélyépítéstudományi Szemle – 1970. július

A dunaújvárosi partrogyás

KÉZDI ÁRPÁD

Bevezetés

Az ország mélyépítő mérnökei megdöbbenéssel értesültek annak idején arról, hogy 1964. február 29-én hajnalban hatalmas partrogyás következett be a Duna Dunaújváros melletti magaspartján. A rogyás mintegy 1300 m hosszú partszakaszt érintett, a Dunai Vasmű I. sz. szivattyútelepe felett kb. 15-20 m széles földsáv jött mozgásba, elmozdítva helyéről 35 m-re a Duna felé magát a szivattyútelepet, elszakítva a csővezetékeket, elszakítva épületeket és egyéb létesítményeket. A mozgás igen rövid idő alatt lezajlott, a leszakadt magaspart előtt a vízfenék feltorlódott, zátonyok keletkeztek; a magaspart lépcsősen leszakadt, magával ragadva a házakat. Az emlékek felidézésére bemutatok néhány fényképet, melyek jól érzékeltetik a katasztrófa jellegét és nagyságát (1-3. ábra). Különös szerencse, hogy a rogyás emberáldozatot nem követelt. Anyagi következményei viszont súlyosak voltak. Ma, hat esztendővel a rogyás után, már nagy valószínűséggel mondható, hogy a helyreállítási munkák sikerrel jártak; a még a rogyás után is tartó mozgások megálltak, az azóta is tartó mérések jelentős elmozdulásokat nem mutattak ki.

1. ábra. Az elmozdult szivattyútelep és az elszakadt víznyomócsövek

Az ilyen óriási volumenű természeti katasztrófa kezdetben szükségképpen tanácstalansággal, bizonytalanságokkal jár, egységes koncepció csak később, a kellő áttekintés és a feltárási munkák eredményeinek birtokában alakítható ki. Minthogy pedig a védekezés csak a rogyást okozó tényezők alapos ismeretében tervezhető meg, a rogyás után az illetékes hatóságok nagy erővel indították meg a kutatásokat, talajfeltárásokat, talajfizikai vizsgálatokat, geológiai, hidrológiai, geodéziai helyszíni munkákat. A vizsgálatokban, a szanálási munkák tervezésében és kivitelében számos intézmény, vállalat és szakértő vett részt; a különböző fórumokon az érintett szakmák vezető egyéniségei elmondották véleményüket és külföldi szakértők is adtak szakvéleményt. E cikk szerzője 1964 októberében, hosszabb külföldi távollét után hazatérve kapcsolódott be a munkákba, s mint a Dunai Nagylétesítményeket Beruházó Vállalat szakértője foglalkozott a rogyás okaival, tett javaslatokat a helyreállításra s bírálta a készülő terveket és vizsgálatokat. Ígv alkalma nyílt a kérdés megismerésére s hatással volt a vizsgálatok menetére is. A műszaki közvélemény először 1967 májusában kapott átfogó tájékoztatást (Kézdi, 1967); majd több tanulmány jelent meg (l. az irodalomjegyzéket), s 1969-ben a kérdés a 7. nemzetközi talajmechanikai és alapozási egyesület Mexico City-ben tartott konferenciáján is ismertetésre került. (Kézdi. 1969.) Így joggal merült fel az igény, hogy a rogyás okai, a végrehajtott nagyszámú vizsgálat eredményei, valamint a szanálás tervezési és kiviteli munkái a Melyépítéstudományi Szemlében is ismertetésre kerüljenek, annál is inkább, mert ma már megvan a szükséges “történelmi távlat”, áttekintés; számos tapasztalat, mérési adat gyűlt össze a védelmi létesítmények hatásosságáról. Ezért a Szemle jelen száma két cikkben foglalkozik a rogyás előzményeivel és okaival, a védelmi létesítmények tervezésével és kivitelével.

2. ábra. A lerogyott part felső része a megrongálódott épületekkel

3. ábra. A Duna medrében keletkezett lagúnák és zátonyok a rogyás után

A rogyás előzményei

A Duna Budapest alatti szakaszának magas-partja 50-70 m-rel emelkedik a folyó középvíz-szintje fölé. A magaspart mögötti platókat, az ország tektonikai szerkezetéből fakadóan elválások szelik át (4. ábra); e csatlakozási felületek mentén elmozdulások is léptek fel s így ezek, Schmidt-Eligius (1966) véleménye szerint nyitottak s vizet vezetők. A platót borító lösz-rétegek pleisztocén eredetűek, eolikus üledékek, határozott anizotrópiával és – legalábbis a felső, talajvíz nem járta rétegekben – típusos makroporozitással rendelkeznek. A löszrétegek alatt pannon üledékek találhatók, felváltva agyag és finom homok rétegek követik egymást. A két formáció közötti határ többé-kevésbé világosan fellelhető. Két geológiai keresztszelvényt az 5. és a 6. ábra mutat be; a 7. ábrán pedig a Dunával párhuzamosan felvett hossz-szelvényt látunk. A rogyás helyén a Duna egy szigetet alkot, s a folyó nyugati ágát több évtized óta gát zárja le.

4. ábra. A Duna jobbpartján levő lösz-platók elhelyezkedése és a tektonikus elválás felületek Schmidt Eligius szerint

A felszín alatt két fő talajvíz található. Az első szabad talajvíz, ezt a csapadék táplálja. Szintje a területen történt építkezések előtt kb. 15 m mélyen volt a plató felszíne alatt, s a vízszin depresszióval dréneződött a magaspart felé s ott egyes helyeken forrás alakjában ki is lépett. A második talajvíz a pannon rétegekben jelentkezett, az agyagrétegek alatt; piezométeres szintje a felszín közelében volt.

5. ábra. Geológiai keresztszelvény a kritikus helyen, a rogyás bekövetkezte előtt

A múltban a területen számos rogyás következett be. Archaeológiai adatok alapján Domján (1952) kimutatta, hogy a területen feltárt római castrumnak csak kb. a fele található meg, a másik fele korábbi partmozgások áldozata lett; a történelmi térképek tanulmányozása nyomán pedig arra a következtetésre jutott, hogy a magaspart széle fokozatosan hátrál nyugat felé, a part egyes szakaszain időről-időre mozgások következnek be, a leomlott tömegeket elsodorja a Duna s így a mozgásra veszélyes helyzet újból és újból előáll. Domján szerint, a történelmi idők óta az említett hátrálás átlagos mértéke évszázadonként 3-5 m. Már 1950-ben és azóta is számos alkalommal kissebb-nagyobb mozgások állandóan előfordultak Dunaújváros és a Vasmű építése által érintett szakaszokon; a jelentősebbek helyét a 8. ábra tünteti fel, mely egyben a most tárgyalt s valamennyi között a legnagyobb s a legsúlyosabb következményekkel járt mozgás helyét és kiterjedését is megadja. A 9. ábra egy jelentős, 1950-ben bekövetkezett mozgásról készült. (Domján, 1952).

6. ábra. Geológiai keresztszelvény a lakótelep helyén

A fentiekből világos, hogy a terület mozgások szempontjából már eleve, a Vasmű és a város telepítése és megépítése előtt is veszélyesnek volt tekintendő. Ez a helyzet azonban az építkezések következtében drasztikusan megváltozott. A korábban döntően mezőgazdasági terület ipari és városi területté alakult, út- és térburkolatok készültek, a párolgás lényegesen csökkent, az esővíz pedig koncentráltan került be a talajba. Ennél is hátrányosabb volt az a hatás, mely a hibás, vagy meghibásodott vízvezetéki csövek és csatornák miatt állott elő: hatalmas víztömegek szivárogtak be az altalajba, s ezért az első talajvíz szintje lényegesen megemelkedett. Az emelkedés sebességét a 10. ábra két talajvízszintmegfigyelő kútban mért adatok alapján érzékelteti, a 11. ábra pedig az 1950-1964 időszakra eső vízszintemelkedés mértékét szintvonalas ábrázolásban tünteti fel. Mint látható, hatalmas “vízdómok” alakultak ki, amit az okozott, hogy a lösz vízáteresztőképesség szempontjából anizotróp: áteresztőképessége függőleges irányban sokszorosan nagyobb, mint vízszintes irányban. Ez a szerkezet a lösz keletkezésével függ össze: a porhullás miatt a gyökérjáratok elpusztulnak s helyükben mésszel bekérgezett csatornák maradnak vissza. Mint említettem, az 1. talajvízszin enyhe eséssel dréneződött a magaspart felé s annak lábánál lépett ki; a talajvízszin megemelkedése után a depressziós görbe gradiense is lényegesen megnőtt.

7. ábra. A lösz-platónak a Dunával párhuzamosan felvett hosszszelvénye

Csak természetes, hogy a második talajvíz piezométeres szintjére sem maradt hatás nélkül a felső szint megemelkedése; a vizek között nyilván volt és van valamilyen összeköttetés, kapcsolat. Távoli területekre hulló csapadékvizek is növelhették a vízzáró agyagrétegek közé ékelődött homokleplekben a pórusvíznyomást.
A Vasmű és a város fejlődése egyre több építmény létesítésével járt; s a kiterjedt építkezések során egyes jelek arra mutattak, hogy éppen annak a helynek a közelében, ahol azután a rogyás később bekövetkezett, mozgások vannak. A löszpart peremén egy régi elhagyott ház állott (az ún. “Radar”-épület), s ezen egyre több repedés mutatkozott. A Geotechnikai Tanszék, az Épületelemgyár megbízásából, megvizsgálta az épület állékonyságát. A vizsgálat azzal az eredménnyel járt, hogy az épület helyreállítása nem javasolható, mert egyes részei különbözőképpen mozognak, s hogy a mozgások sebessége fokozódik. Így az irodákat ki kellett költöztetni s az épületet sorsára kellett bízni. Minthogy azonban a mozgási jelenségek ismerete mind gyakorlati, mind tudományos szempontból fontosnak látszott, a tanszék elhatározta, hogy időről-időre méréseket végez és megfigyeli az épület mozgását. A mozgás sebessége azután valóban rohamosan növekedett, a bekövetkezett rogyás azonban sokszorosan nagyobb volt, mint amilyent a mérések alapján feltételezni lehetett. A mozgások jellegéről a 12. ábra nyújt tájékoztatást.

8. ábra. Az 1964-ben bekövetkezett rogyás helyszíne, s a területen az utóbbi években fellépett mozgások helye

A rogyás bekövetkezte után, 1965-ben, több új fixpontot helyeztek el; ezek helyzetét sűrű időszakokban mérték. A mért mozgások nagyon érdekes szabályosságot és korrelációkat mutattak. A 13. ábra egy a löszpart felső peremén s egy annak lábánál elhelyezett fixpont közötti távolság növekedését tünteti fel. Ugyanott megadtam a mozgások sebességének változását, a Duna vízszinének alakulását, az esőmennyiség integrálgörbéjét s az átlagos hőmérséklet változását. Látható, hogy pl. a mozgás sebessége és a vízszin változása között határozott korreláció van. Ebből az a következtetés vonható le, hogy a vízszin emelkedése csökkenti egy bizonyos kritikus síkon a nyírószilárdság értékét. De, mint látni fogjuk, ez nem tekinthető a rogyás egyedüli okozójának.

9. ábra. Egy 1950-ben bekövetkezett rogyás képe

Talajviszonyok

A rogyás területén, mint már említettem, rendkívül kiterjedt talajfeltárási munkák folytak: kis- és nagyátmérőjű fúrások szolgáltattak adatokat a rétegződés megismeréséhez és a kivett minták laboratóriumi vizsgálata nagyon sok számadat alapján teljes tájékoztatást adott a talajfizikai jellemzőkről. E hatalmas anyagból e cikk természetszerűen csak néhány jellemző részletet mutathat be. Egy jellemző fúrásszelvény a 14. ábrán látható, itt egyes, a talajfizikai jellemzők mélységbeli változását is feltüntettem. A szelvény nem mutat lényeges eltérést Dunaújvárosnak már korábban, az 1950-es években megismert talajviszonyaitól (l. pl. Kézdi, 1951 és 1954). Talán annyit lehetett a régebbi fúrásokból nyert adatokhoz képest megállapítani, hogy az újabb fúrások több réteget, vagyis inkább finomabb rétegződést tártak fel. Lehet viszont, hogy ez a fúrási és a vizsgálati technika fejlődésében nyer magyarázatot. Meg kell továbbá jegyezni, hogy a korábbi hazai szabvány iszap és agyag között a plasztikus index számértéke alapján tett különbséget s a határértéket I_p = 15%-ban rögzítette. Az itt előforduló talajféleségek esetében ez a határvonal egyáltalán nem jelent jellegzetes különbséget az attól jobbra, ill. balra levő talajok között: az itteni iszapok és sovány agyagok, legalábbis a vizsgálatunk szempontjából fontos mélységekig, geológiai szempontból azonos eredetűek; a rétegek talajfizikai tulajdonságaiban jelentkező kisebb különbségek a keletkezés során uralkodó éghajlati viszonyok eltérései miatt jöttek létre s a talajok általános viselkedése szempontjából nem jelentenek döntő különbséget. Éppen ezért, a szokásos fúrásszelvényben élesen jelentkező különbség az agyag és az iszap rétegei között a valóságban nem jelent lényegesen eltérő viselkedést. Nem vonatkozik ez a megállapítás természetesen a nagyobb képlékenységű (Ip = 20-25%) agyagokra, sem a képlékeny séggel nem rendelkező finom homokokra.

10. ábra. A felső talajvízszint emelkedése a talajba ellenőrzés nélkül került víztömegek következtében

A kísérletileg meghatározott folyási határ és plasztikus index alapján a talajok a Casagrande-diagramban a 15. ábra szerint csoportosulnak. Meg kell még említeni, hogy a talajok a szokásos módon végzett roskasztási kísérlet alapján értékelve roskadónak minősülnek, a talajvíz szintje alól vett minták azonban már nem mutattak roskadást. Mint később látni fogjuk, a mozgás “fészke” az alsó, telített rétegekben volt, ezért a talaj roskadó szerkezete nem volt döntő tényező.

11. ábra. A felső talajvízszint emelkedése: vízdóшоk kialakulása.
Sz – az elmozdult szivattyúház. Lent: a terület szintvonalas térképe

A számos feltárás alapján bizonyítottnak vehető az, hogy a magaspart állékonysága szempontjából lényeges szerepet játszó talajrétegek döntő többségükben vízszintes településűek, A rétegződésben jelentkező, s már említett finomabb szerkezet – viszonylag vékony, eltérő szerkezetű, víztartalmú és hézagtényezőjű rétegek követik egymást – alaposan megcáfolta azt az általános felfogást, hogy a dunaújvárosi löszpart teljesen homogén felépítésű. Ezt igazolja az a részletesen megvizsgált keresztszelvény is, mely a nyírószilárdság kísérleti meghatározásához szükséges minták kivétele érdekében végzett fúrásokon át vezet. A tapasztalt heterogenitás persze elsősorban geológiai szempontból jelentős, – hisz az egyes rétegek talajfizikai és szilárdsági jellemzői közt nincs döntő különbség -, de azért a stabilitási vizsgálatok szempontjából sem közömbös, hisz a törés a kritikus síkon a legkisebb szilárdságok felületén fog kialakulni.

12. ábra. A löszpart peremén álló ház mozgásai	13. ábra. A löszparton elhelyezett fixpont vízszintes elmozdulása

Fel szeretném azonban hívni a figyelmet arra, hogy a 3. sz. fúrás vízadó rétegeiben uralkodó víznyomások piezométeres szint jei közel azonosak: ez arra utal, hogy e rétegvizek egymással összeköttetésben állnak. Egyben az is valószínű, hogy a csúszólap azokban a rétegekben alakul ki, ahol a fellépő semleges feszültségek miatt a súrlódásból származó ellenállás erősen csökken, kohézió pedig nincs. Említésre méltó az 1. sz. fúrásban jelentkezett magas piezométeres szint is, mely ismét hangsúlyozza azt, hogy a rogyás legfőbb tényezője a plató alatti talajvízszint erős emelkedése.

14. ábra. A rogyás területen mélyített fúrás szelvénye; a talajfizikai jellemzők mélységbeli változása

A talaj nyírószilárdsága

Mint ismeretes, kötött talajok nvírószilárdságának kérdése a talajmechanika egyik legdöntőbb, de egyben legkevésbé tisztázott fejezetének tekinthető. Ennek ellenére, bizonyos alapelvek ma már általánosan ismertnek tételezhetők fel, még akkor is, ha ezek az alapelvek nem érvényesülnek általánosan a mindennapi munkában. Ma már túlhaladottnak tekinthetjük azt a régi felfogást, mely szerint a talajok súrlódási szöge a kavicstól az agyagig Φ = 45°-tól Φ = 0°-jg monoton csökken s hogy valamely kötött talaj súrlódási szöge plasztikus indexének és víztartalmának egyértelmű függvénye. Ismeretes az a hatás, amit a semleges feszültségek, valamint a térfogatváltozások jelentenek a nyírószilárdság szempontjából. A jelen esetben az általában ismert és elfogadott elvek alkalmazása a nyírószilárdság szempontjából a következőkben ismertetett eredményekre vezetett.

15. ábra. A feltárt talajokat ábrázoló pontok elhelyezkedése a Casagrande-féle diagramban

A talajok szilárdságáról mindenekelőtt jó általános kép kialakítására célszerű törekednünk. Erre a célra a legalkalmasabb az egyirányú nyomószilárdság vizsgálata; ez az érték, mint egy állapotjellemző, jó felvilágosítást ad a nyírószilárdságról s relatív összehasonlításra nagyon alkalmas. Lösz esetében az egyirányú nyomószilárdság a szemcsék közötti kötőerők nagyságának, ez viszont a talaj víztartalmának és hézagtényezőjének függvénye. Akármelyik jellemzőt választjuk is ki, hogy annak függvényében ábrázoljuk a nyomószilárdság értékét, csak tökéletlen ábrázolást kapunk, mely áttekintésre kevésbé alkalmas. Ezért azt a módot választottam, hogy a nyomószilárdságot a talaj fázisok szerinti összetételének függvényében ábrázoltam. (l. 16. ábra.) Ily módon a teljes összetétel érvényre jut az ábrázolásban s várható, hogy azonos eredetű és szerkezetű talajokban a nyomószilárdság egyértelműen megadható. Az elvégzett nagyszámú (86 db) nyomókísérlet eredményét feldolgozva, a 17. ábrán bemutatott diagramot kaptam. Az ábrából kitűnik, hogy nyomószilárdság szempontjából van egy optimális összetétel. Ha a lösz, illetve lösz-eredetű talaj plasztikus indexe 10-15% közé esik, akkor nyomószilárdsága az ábra segítségével, az s, v, és l térfogaszázalékok függvényében jól megbecsülhető.

16. ábra. Háromszögdiagram a fázisos összetétel ábrázolására

Az egyirányú nyomókísérlet, eltekintve a modell törvény ismeretlen voltától, a minta méreteinek és azok arányainak hatásától, azért sem alkalmas a mértékadó nyírószilárdság meghatározására, mert a kísérlet során fellépő térfogatváltozások miatt a mintában semleges feszültségek keletkeznek s ezek ismeretlen mértékben hatnak ki a mért szilárdságra. (L. Kézdi, 1969; 381. o., 310. ábra) σ_ny ezért elsősorban állapotjellemzőként használható. A mértékadó nyírószilárdság meghatározására más módszert kell keresnünk.

17. ábra. Iszapnyomószilárdság a fázisok szerinti összetétel függvényében

A helyes módszer kiválasztása céljából vizsgálat alá kell vennünk azt, hogy a kapott nyírószilárdságot milyen célra, hogyan kívánjuk felhasználni. Mint láttuk, a dunaújvárosi partmozgások a végkifejletben igen rövid idő alatt zajlanak le, bár a nagymérvű, döntő mozgásokat hosszabb előkészítő periódus előzi meg, melynek során a mozgások sebessége állandóan nő s gyorsulásuk közel állandó marad. Ez “előkészítő periódus” alatt, a fellépő lassú alakváltozások következtében a nyírószilárdság minden bizonnyal csökken, hisz ez minden kötött talaj jellemző tulajdonsága. A csökkenés mértékét azonban sajnos nem tudjuk a szükséges pontossággal meghatározni, mert ehhez hónapokig, sőt évekig kellene folytatni nyírókísérleteket, ez pedig technikai és egyéb okokból nem lehetséges. Ezért el kell fogadnunk a szokásos időtartamú kísérletek eredményeit, feltételezve, hogy a lassú alakváltozás miatti szilárdságcsökkenés nem haladja meg a mintavétel által előidézett szükségszerű megzavarás miatti szilárdság csökkenés mértékét. Így eljárva viszont el kell fogadnunk azt a feltevést, hogy egyrészt a mozgás gyorsasága miatt, másrészt a valószínű csúszólapon érvényesülő nagy teljes normálfeszültségek miatt a mozgást közvetlenül megelőzően s a mozgás tartama alatt térfogatváltozás nem léphet fel. Ezért a kísérletet is úgy kell elvégeznünk, hogy annak során a minta térfogata ne változzék. Ilyen jellegű kísérlet ismét kétféle módon végezhető: úgy, hogy a fellépő pórusvíznyomást a kísérlet során folyamatosan mérjük (ekkor a nyírószilárdságot a hatékony és a teljes feszültségek függvényében egyaránt megadhatjuk), vagy pedig úgy, hogy a mintát teljesen zárt rendszerben törjük el, úgy, hogy térfogatváltozás semmiképpen sem következhetik be. Mindkét esetben telített talajokra korlátoztuk a vizsgálatot, mert a kritikus törési felületrész a talajvízszint alatt van. Teljes telítettség viszont ennek ellenére sincs, hisz a löszben, éppen keletkezési körülményei miatt, akkor is marad levegő, ha utólag talajvíz alá kerül. Így a pórusvíznyomás-méréssel végzett kísérletben, a természetes állapotú talaj vizsgálata során a mintában volt levegő (S = 0,96; térfogatszázalékban a levegőtartalom l=2%) és így annak összenyomódása miatt térfogatváltozás víz eltávozása nélkül is létrejöhetett. Erre utal a 18. ábrán az (a) jelű ábrarész: itt az 1 jelű Coulomb-egyenes a nyírószilárdságot a teljes feszültség függvényében adja és e szerint a súrlódási szög Φ=17°, a kohézió értéke c=0,l kp/cm². Felrakva a mért semleges feszültségeket is, az ábrán bemutatott szerkesztés segítségével a hatékony feszültség függvényében kifejezett Coulomb-egyenes is megrajzolható. Ezt adja az 1′ jelű vonal, Φ’=29°, és c’ = 0,l kp/cm² nyírószilárdsági paraméterekkel.

1. táblázat

Ha mesterségesen gondoskodunk a minta teljes telítettségéről s a mintát teljesen zárt rendszerben, valóban minden térfogatváltozás nélkül törjük el, akkor a teljes feszültségek növelése révén csak a semleges feszültségek nőnek s így a nyírószilárdság a teljes feszültség értékétől független lesz, más szóval, hogy “súrlódási szöge” (a Coulomb-egyenes hajlása) Φ~0° körüli érték. Esetünkben, a 18b ábrán Φ értéke ennél valamivel nagyobbra adódott: Φ=7,5°; ez lehet mérési hibák, a készülék tömítetlensége stb. következménye, de okozhatták ezt a talajban a kísérlet során bekövetkező szerkezeti változások is. A kohézió – pontosabban a σ=0 normálfeszültség melletti nyírószilárdság – ebben az esetben c=0,55 kp/cm² értékűre adódott.

 

18. ábra Nyírószilárdság

Meghatároztuk végül a nyírószilárdságot úgy is, hogy a kísérlet során minden terhelésnövelés előtt kivártuk a konszolidációt, tehát megvártuk, míg az okozott pórusvíztúlnyomás a mintában zérussá nem válik. Ekkor tehát a térfogat a kísérlet során változott, a 18c ábrán feltüntetett 3 jelű (τ, σ) egyenes mindenegyes pontjához más és más hézagtényező és víztartalom tartozik, ezért hajlása semmiképpen sem tekinthető “súrlódási szögnek”, csupán az ilyen feltételek mellett érvényes nyírószilárdsági paraméternek. Minthogy a talaj kezdeti állapotában, a σ = 0 normálfeszültség mellett, nem volt folyós, azért ebben a kísérletben is jelentkezett kohézió, c = 0,2 kp/cm² értékben. Ezt a 3 jelű nyírószilárdsági egyenest arra használhatjuk fel, hogy meghatározzuk a biztonságot a rézsűnek abban a végleges, nyugalmi állapotában, amikor a konszolidáció már teljesen bekövetkezett. Összehasonlításként a c ábrarészben is felrajzoltuk a 2 jelű vonalat; e két vonal a szokásos megjelölés szerint a “gyors” és “lassú” nyírókísérlet eredménye. Az 1. táblázat a talajfizikai jellemzők és a nyírószilárdsági paraméterek számszerű értékeit is feltünteti; mutatva azt, hogy a kísérlethez valóban reprezentatív mintákat választottunk ki, mind plaszticitás, mind tömörség és víztartalom szempontjából.
A 18. ábrán bemutatott eredményeket szélső gondossággal és pontossággal végzett külön kísérletek alapján rögzítettük le, s pedig a talajmechanikában általában szokásos módon, a mindegyik esetben elvégzett három-három kísérlet alapján konzervatív értékeket választva. (Itt hangsúlyozni kell, hogy a mért Φ értékek szórása e kísérletekben mindössze egy-két fok volt; a kohézióban azonban a szórás nagyobb volt. Mértékadónak a legkisebb értéket tekintettük.) Az elvégzett rutinkísérletek természetesen nagyobb szórást mutattak, elsősorban azért, mert számos, különböző rétegre kiterjedő értékről van szó.
A nvírószilárdsággal kapcsolatban kell megemlítenem a talaj konszolidációs tulajdonságait. Az elvégzett konszolidációs kísérletek szerint minden összenyomódás és alakváltozás időben nagyon gyorsan lezajlik, a konszolidációs görbe rendkívül lapos, a kezdeti, hirtelen konszolidáció pedig nagy. Ebből pedig az következik, hogy ez a talaj csak akkor alkot zárt rendszert, ha a feszültség alá került réteg ténylegesen “zárt”, vagyis egyéb rétegek közé fogott és teljesen telített, s így térfogatváltozás nem léphet fel. Minden egyéb esetben a talaj feszültségváltozásra rövid idő alatt bekövetkező térfogatváltozással képes reagálni.

19. ábra. A Dunaújváros alatt bekövetkezett felszínmozgások jellege

Állékonysági vizsgálatok

Mielőtt az állékonyság számszerű vizsgálatára rátérhetnénk, részben a helyszíni tapasztalatok, részben a korábbi vizsgálatok és tanulmányok alapján képet kell magunknak alkotni a rogyás mechanizmusáról, majd rögzítenünk kell a vizsgálat alapadatait.
Mint ismeretes, a mozgások hirtelen jönnek létre, a földtömeg pedig megközelítőleg sem köríves pályán mozog. Ez arra mutat, hogy a földmozgás “fészke” valamely alsó, közel vízszintes rétegben keresendő, melyben valamely hatás következtében a nyírószilárdság lecsökken, a térszinalakulás – a hatalmas tereplépcső – révén viszont nyírófeszültségek működnek s így fennáll a helyi törés lehetősége. Ha ez a törés a 2 – 3 szakaszon (l. a 19. ábrát) létrejött s egy kritikus nagyságú elmozdulás már bekövetkezett, akkor ott, a 20. ábrán feltüntetett nyírási diagramok szerint a nyírószilárdság lecsökken, a maximális érték helyett csak a kisebb végérték érvényesül. Ez azután azzal jár, hogy az e felületen addig felvett, jelentős vízszintes erőnek csak tört része talál itt ellenállást, a fennmaradó része máshova kell, hogy áthelyeződjék. Ha azután a törés, a folyamatos áthelyeződések révén mindenütt létrejön, akkor az egész földtömeg megmozdul.
Tisztázandó még az a kérdés, hogy magát a kezdeti törést mi idézi elő. Ennek két oka lehet, vagy a nyírószilárdság, az ellenállás, vagyis passzív erő csökken, vagy pedig a csúszólapon a feszültség nő meg. A nyírószilárdság ismét két ok miatt csökkenhet. Az egyik a semleges feszültségek – víznyomások – növekedése; ekkor a τ_s = (σ – υ) tg Φ+c összefüggés szerint a hatékony feszültségek csökkenése miatt a nyírószilárdság is kisebb lesz. Lehetséges azonban az is, hogy a fundamentális nyírószilárdságot túllépve, a folyamatos nyírási alakváltozások miatt csökken a nyírószilárdság.
A nyírófeszültségeknek a kritikus szelvényben való növekedését csakis valamely tömegerő növekedése idézhette elő, mert a mozgások által érintett földtömegek súlya oly nagy, hogy ehhez képest bármely építkezés miatti súlynövekedés jelentősége elenyésző. Ilyen tömegerő az adott esetben az áramlási nyomás, vagyis az az erő, amit a Duna felé szivárgó talajvíz a talajszemcsékre súrlódás révén átad. Az áramlási nyomásnak a térfogategységre eső fajlagos értéke, mint ismeretes, a fajlagos hidraulikus eséssel és a víz fajsúlyával arányos (21. ábra); így tehát az esés megnövekedése a tömegerők eredőjének jelentős növekedését vonja maga után.

20. ábra. a – nyírási alakváltozások görbéje; b – a csúcsérték
és végérték alapján megrajzolt Coulomb-egyenes

Az áramlási nyomásnak az egyensúlyi vizsgálatokban való figyelembevételére többféle eljárás ismeretes. A leginkább használatos módszer elvét, az adott esetre alkalmazva, a 22. ábra tünteti fel. E szerint meg kell szerkesztenünk a talajvízáramlás valószínű áramképét, ennek ismeretében – vagy pedig a talajfeltárás során nyert víznyomási adatok alapján – a feltételezett törési felület minden egyes pontjában meghatározható a vizsgált törési felületre ható víznyomás értéke. E víznyomási feszültségek eredője adja a V erőt; ezt vektoriálisan hozzáadva a csúszó tömeg súlyához, megkapjuk az eredő tömegerőt. Egy másik módszer viszont a G erőből levonja a felhajtóerőt (G’ = G-A; A=Fy_v) s az így kapott G’ erőhöz adja hozzá vektoriálisan az S szivárgási erőt.

21. ábra. A térfogategységre ható tömegerők

A vizsgált esetben a felsorolt hatások a következőképpen jelentkeztek.

1. A talajvízszint megemelkedése, a hidraulikus esés növekedése következtében a földtömegre ható vízszintes tömegerő megnövekedett.
2. A talajvízszint megemelkedése egyúttal a kritikus vízszintes felületen megnövelhette a semleges feszültséget s ezzel csökkentette a nyírószilárdságot.
3. A kritikus vízszintes felületen az (a) hatás miatt megnövekedtek a vízszintes nyírófeszültségek.
4. A nyírófeszültség meghaladta a fundamentális nyírószilárdság értékét és lassú alakváltozást indított meg; ez a kúszás a nyírószilárdságot tovább csökkentette.
5. A fenti hatások miatt a 2-3 felületen (19. ábra) az ellenállás csaknem megszűnt, a vízszintes erők viszont tovább működtek; ezért a feszültségek áthelyeződnek s az 1-2 felületen is törést hoznak létre.

22. ábra. Az áramlási nyomás figyelembevétele az egyensúlyi vizsgálatokban

Ha a fentiek alapján kísérletet teszünk a bekövetkezett rogyás időbeli lezajlásának rekonstruálására, akkor a 23. ábrán feltüntetett görbéket rajzolhatjuk meg. Az (a) ábra a tömegerő időbeli növekedését mutatja. A görbe alulról nézve domború, mert a talajvíz emelkedése során – mely a tapasztalatok szerint egy adott függőlegesben nagyjából lineárisnak tekinthető – egyrészt a vízáramlástól érintett talajtömeg nagysága növekszik, másrészt pedig a talajvíztükör esése is nő. Így azután a teljes tömegerő időben a lineárisnál rohamosabban nő. A (b) ábrán a kritikus síkban működő semleges feszültségek értékét tüntettem fel, az idő függvényében. A mozgás bekövetkeztének magyarázatát talán a (c) jelű ábra adja meg a legszemléletesebben; szerkesztése során arra törekedtem, hogy a különböző mennyiségeket a lehetőségekhez mérten, az eddigi számos vizsgálat alapján közel léptékhelyesen rakjam fel, az idő függvényében. Mielőtt a területen építkezés lett volna, a talajtömeg a későbbi kritikus felületen rendelkezett egy bizonyos nyírószilárdsággal. A későbbiekben a nyírószilárdság a fentebb felsorolt hatások miatt fokozatosan csökkent s így a mozgás, mely már korábban megindult, fokozódó sebességgel halad előre. Így túlhaladunk a 20. ábrán feltüntetett τ_max értéken, a további elmozdulás során τ_S ismét erősen csökken, így végül a két görbe (a nyírófeszültség és a nyírószilárdság görbéi) metszéspontjában a 2-3 síkon törés következik be. Ezt követi az erők említett hirtelen áthelyeződése s a törés fellépte az 1-2 és a 3-4 szakaszon is; a rogyás létrejött.

23. ábra. a – az áramlási nyomásból származó tömegerő növekedése:
b – a semleges feszültség növekedése a 2-3 síkon:
c – a rogyás időbeli lefolyása

A biztonsági tényező a vízszin emelkedése miatt fokozatosan csökken, majd eléri az egységet. A mozgás után a biztonsági tényező ismét megnő; ennek az az oka, hogy az említett hatások miatt lecsökkent nyírószilárdság s a 20. ábrán mutatott jelenség miatt a földtömeg, mozgási energiája révén, nagyobb elmozdulást szenved, mint ami a v=l értékhez feltétlenül szükséges volna; a megállás után a biztonsági tényező így ennél nagyobb lesz.
Sajnos, nem rendelkezünk elég adattal ahhoz, hogy mindezeket a görbéket számszerűen mennyiségileg kidolgozzuk és felrakjuk, de azért a számítások és mérések már szolgáltattak néhány adatot, a gondolatmenet kidolgozásához.
Áttekintve végül összefoglalásként a földmozgást előidéző okokat, az adottságként tekintendő geológiai és talajfizikai tulajdonságokon (rétegződés,, áteresztőképesség, eredeti szilárdság, stb.) túl az okok a következőképpen állíthatók logikus sorrendbe.

1. A magaspart mögötti területen épült város és vasmű üzeme során igen nagymennyiségű víz jutott az altalajba.
2. A beszivárgó talajvíz megemelte a talajvíz szintjét és megnövelte a talajvíz-tükör esését.
3. A talajvízemelkedés lényegesen növelte azt a tömegerőt, mely kifelé mutató vízszintes komponense révén az elmozdulási tendenciát fokozta.
4. A tömegerő növekedése miatt a kritikus síkon erősen fokozódtak a vízszintes feszültségek.
5. A vízemelkedés miatt a kritikus síkon a semleges feszültségek növekedtek s így a nyírószilárdság csökkent.
6. A 4. és 5. következtében a kritikus síkon a mindenkor rendelkezésre álló nyírószilárdság kihasználtsági foka egyre rohamosabban nőtt.
7. A 6. miatt, a lassú alakváltozások sebessége fokozódott s ez a nyírószilárdságot tovább csökkentette.
8. A nyírófeszültségek a kritikus síkon elérték a szilárdság csúcsértékét s a további elmozdulás során az radikálisan lecsökkent.
9. A kritikus sík teherfelvevő képessége az eredeti tört részére csökkenvén, a ható erők hirtelen áthelyeződtek s ez hozta létre a rogyást.

Itt kell szólnunk, még mielőtt a stabilitási viz-gálatot bemutatnám, a Duna hatásáról. A Duna egyrészt állandóan mossa a szakadópart alját, az ott különben kialakuló földellenállást csökkenti, s így a kritikus síkon a nyírófeszültségeket növeli. Ezt a hatást hivatott csökkenteni, esetleg kiküszöbölni a megépült vezetőmű, melynek hatásosságára a későbbiekben még visszatérek. A másik hatás a semleges felkészültségek növekedésében jelentkezik: nagyon valószínű, hogy a Duna vizének emelkedése a piezométeres feszültségek értékére is kihat s azokat egyes szakaszokon, ill. síkokon növeli; erre azonban konkrét adatunk nincsen. Egy harmadik hatás egy esetleges szuffózió miatt jeientkezhetik: az ingadozó talajvízszint be- és kiszivárogva a magaspart lábánál levő talajrétegekbe, a talajban a finom részecskéket meglazítja és apadás idején abból kiviszi. Egy ilyen hatás a nyírószilárdságot az érintett szakaszokon feltétlenül lecsökkenti: sajnos ennek számszerű mértékére adataink nincsenek, feltevést tenni pedig merész dolog lenne. Így azzal kell megelégednünk, hogy az említett első és harmadik hatást az említett vezetőmű megépítése vagy megszünteti, vagy erősen csökkenti.
A jelenségek teljes feltárása érdekében még egy kérdésről kell itt szólnunk. Több ízben felmerült a talajvízszint megemelkedésével kapcsolatban az a kérdés, hogy vajon a lösz roskadó tulajdonsága nem okoz-e járulékos kedvezőtlen hatást; másszóval, hogy a víz emelkedése során fellépő roskadás nem csökkentheti-e a biztonsági tényezőt.
Itt először azt kell megemlíteni, hogy szovjet tapasztalatok szerint az emelkedő talajvíz roskasztó hatása sokkal kisebb, mint a felülről való elárasztásé. Ezt igazolták azok a süllyedésmérések is, melyeket az FTV éveken keresztül végzett. A mérési eredményeket a wiesbadeni talajmechanikai konferencia kiadványában dolgoztam fel és adtam közre, különválasztva az összenyomódásból és a roskadásból származó süllyedéseket (Kézdi, 1963). Emellett a mozgások lassan, egyáltalán nem roskadásszerűen következnek be s így hatásukra – a konszolidációval kapcsolatban mondottak szerint is – járulékos pórusvíznyomások nem lépnek fel s ezért a nyírószilárdság sem csökken.

24. ábra. A stabilitási vizsgálat céljaira szolgáló szelvény kiválasztása

Térjünk rá a következőkben az elmondott mechanizmus alapján elvégzett állékonysági vizsgálatok tárgyalására.
Az állékonysági vizsgálat első lépése a vizsgálandó szelvény kiválasztása. Az a módszer, mely szerint a fúrásokkal (1-4 jelű) feltárt szelvény geometriai adatait vesszük alapul, hamis eredményre vezetne, hisz annál kedvezőtlenebb szelvények is vannak, vagy lehetnek. Ezért azt, a talajmechanikában többször alkalmazott eljárást követtem, hogy a rendelkezésemre álló s a kritikus szakaszon felvett szelvények közül a leglényegesebbeket kiválasztottam s ezeket egymásra rajzoltam úgy, hogy egy előírt Duna-vízállásnak (90,00 m A. f.) megfelelő partvonalpont azonos legyen. E szelvényeket a 24. ábra mutatja. A legveszélyesebb szelvény nyilván az lesz, mely a felső részen a legmeredekebb, az alsó részen viszont a legmélyebbre halad; mert az előbbi nagy aktív erőt, az utóbbi kicsiny passzív erőt eredményez. Ezen az alapon berajzolható volt a kritikus szelvény határvonala, mely tehát egy nem létező szelvény, de egyrészt ennek a vizsgálata során a biztonság értékére egy alsó határt kaphatunk, másrészt pedig szelvényeken eddig nem szereplő, nem vizsgált kedvezőtlen esetek valószínűségével is számol.

25. ábra. A magaspart állékonysági vizsgálatának alapadatai

Az állékonysági vizsgálat alapadatait a 25. ábrán láthatjuk: a fentiek szerint meghatározott mértékadó keresztszelvényt és azt az egyszerűsítést, amit az áramképpel kapcsolatban bevezettem. A szabad talajvízszint vonalát két egyenesből tettem össze, a depressziós görbe helyett ferde egyenest használva. Az adott körülmények között ez a közelítés a valósághoz képest kicsiny és a biztonság javára való elhanyagolást jelent s a mellett nagyon egyszerűvé teszi az áramlási nyomás számítását.
A 27. ábra az erők felvételének sémáját adja meg. Először a vizsgálandó tömböt kellett lehatárolni; ezt az eddigi tapasztalatok alapján elég nagy biztonsággal meg lehetett tenni. A megmozduló földtömeget vonalkázással jelöltük. Kiszámítva a földtömeg súlyát, az eredő erőt úgy kaphatjuk meg, ha ennek a felhajtó erővel csökkentett értékéhez az áramlási nyomást vektoriálisan hozzáadjuk. Jelen esetben azonban az eredő tömegerő számszerű értéke kevésbé fontos, e helyütt a vízszintes erőket kell vizsgálnunk és a biztonsági tényezőt meghatároznunk. E biztonsági tényező úgy értelmezhető, mint a tömb vízszintes elmozdulása ellen működő vízszintes erők összegének és a mozgást előidézni akaró vízszintes erők összegének a hányadosa. Vagyis

ahol T a kritikus síkon fellépő vízszintes nyírási ellenállások eredője, E_p a mozgás felléptekor mobilizálásra kerülő földellenállás az elmozduló tömeg homloklapján; E_a a mozgást kiváltó aktív földnyomás, S pedig a tömegre ható szivárgási nyomás vízszintes vetülete. Mindezen erők meghatározását a melléklet részletesen bemutatja, talán csak a T erő számításához kell megjegyzést fűzni. A T erő a nyírási ellenállások összege. Nyírási ellenállás származik súrlódásból és kohézióból; az utóbbi a felületnek a kohézió fajlagos értékével való szorzata révén egyszerűen adódik, az előbbit viszont úgy kaphatjuk meg, hogy meghatározzuk a hatékony normálfeszültségek eloszlását s az eloszlási ábra területét szorozzuk a kísérleti úton meghatározott súrlódási tényezővel. A teljes normálfeszültségek eloszlását közelítésképpen trapézalakúnak véve a tömb alsó síkján, a hatékony feszültséget megkapjuk, ha ebből levonjuk a semleges feszültséget. A semleges feszültség a felvett kritikus síkon működő piezométeres nyomással egyenlő; tételezzük fel, hogy ez az érték változik és határozzuk meg ennek s a biztonsági tényezőnek az összefüggését. A szükséges adatokat az ábra megadja. Az áramlási nyomás szélső értéke a jelen esetben közelítésképpen úgy számítható, hogy az áramlással érintett felület nagyságát megszorozzuk a víz fajsúlyával s a depressziós vonal vízszintessel bezárt szögének tangensével (Terzaghi- féle közelítés).

26. ábra. Az erők felvételének sémája

A fentiek alapján kapott erőkből számított biztonsági tényezőnek a piezométeres szint magasságával való összefüggését a 27. ábra mutatja be. Erről először is leolvasható az a piezométeres szint, melyhez v = 1 biztonsági tényező tartozik. Ez itt, az említett közelítések mellett ~ 122 m A. f. magasságra adódott, ami meglepően jól egyezik a korábbi és mostani fúrásokban tapasztalt értékekkel; úgy vélem, hogy ez az egyezés a számítási eljárás megbízhatósága szempontjából kedvezően értékelhető.

27. ábra. A biztonsági tényező értéke a kritikus síkon működő piezométeres nyomás függvényében

Ha most már kiszámítjuk a talajvízszint megemelkedése és a piezometrikus nyomás megnövekedése előtti állapotban adódó biztonsági tényező értékét, akkor v = 1,24 értéket kapunk, ami jól érzékelteti, hogy az eredeti helyzetben sem rendelkezett a magaspart nagy biztonsággal  egyes helyeken már 1950-ben voltak mozgások, mikor vízszintemelkedés még nem volt -, ezért azután az a viszonylag nem nagy vízszintes erő, amit a szivárgási nyomás megnövelkedése idézett elő, az egyéb, korábban tárgyalt hatásokkal együtt képes volt a biztonsági tényezőt egységre csökkenteni és a rogyást létrehozni.

2. táblázat

Helyreállítási munkák

Bizonyos helyreállítási, szanálási munkák, a rogyás bekövetkezte után felállított Kormánybizottság intézkedései nyomán rögtön megindultak. E munkálatok azonban természetszerűen csak arra szorítkozhattak, hogy a közvetlen életveszélyt elhárítsák, a közlekedést, stb. lehetővé tegyék és a további mozgásokat a lehetőség szerint megelőzzék. Átfogó helyreállítási koncepció kialakítására akkor kerülhetett sor – számos vizsgálat, tanulmány, szakvélemény, értekezlet, stb. után -, amikor a mozgás okai megállapítást nyertek. Ezekről a munkákról e lap hasábjain Andai Pál kartársam számol be részletesen, így én csak röviden megemlítem azt, hogy e munkálatok hogyan hatnak ki a biztonsági tényezőre.

28. ábra. A magaspart képe a rendezési munkák végrehajtása után

Bármilyen szanálási eljárásról is legyen szó, annak csak úgy lesz kielégítő hatása, ha vagy csökkenti az aktív erőket, vagy növeli az ellenálló erőket. Dunaújvároson mindkét módszer alkalmazásra került. A magaspart pereme mögött kútsor készült; a felső talajvíz szintének leszállítására. E kutak egyúttal, legalább egy szakaszon, megfordították az áramlás irányát, így az áramlási nyomás iránya is megfordult. Aknák és tárók készültek a plató lábánál, céljuk egyrészt víztelenítés, másrészt az érintett tömegek nyírószilárdságának a növelése. A part mentén kazettás, földdel feltöltött vezetőmű épült, a további elmosások megakadályozására. Járulékos beavatkozást jelentett még a magaspart rézsűzése, és a felszíni vizek elvezetéséről szóló gondoskodás. A felsorolt munkák következtében a biztonsági tényező a 2. táblázatban adott értékekkel változik meg. Az új, átalakított tájkép a 28. ábrán látható.

HIVATKOZÁSOK

• Andai Pál—Egri György: Dunaújvárosi partbiztosítási munkálatok.
• Domján Jenő: Középdunai magaspartok csúszásai. Hidrológiai Közlöny, 1952. 11—12. sz.
• Galli László: A dunai és balatoni magaspartok állékonyságának törvényszerűségei. Hidrológiai Közlöny, 1952. 11—12. sz.
• Kézdi Á.: Talajmechanikai kérdések Sztálinvárosban. Építés—Építészet, 1951.
• Kézdi Á. : Talajmechanika II. Tankönyvkiadó, Budapest, 1954. 148. o.
• Kézdi, Á. (-Egri, Gy.) : Setzungen im Löss infolge der Erhöhung des Grundwasserspiegels. Proceedings, “Europäische Baugrundtagung”, 3/2; 16. o. Wiesbaden, 1963.
• Kézdi Árpád: A dunaújvárosi partrogyás okai és a helyreállítási munkálatok. Előadás a Magyar Hidrológiai Társaság ülésén, 1967. május 16-án.
• Kézdi Árpád: Talajmechanika I. 3. kiadás, Tankönyvkiadó; Budapest, 1969.
• Dr. Karácsonyi Sándor—Dr. Scheuer Gyula: Vízföldtani megfigyelések Dunaújváros környékén. Hidrológiai Közlöny, 1969. 3. sz. 115—125. o.
• Dr. Schmidt Eligius Köbért: A dunaújvárosi 1964. évi partomlás. A M. Áll. Földtani Intézet jelentése az 1964. évről.
• Schmidt, E. R.: Die grosse Uferrutschung bei Dunaújváros in Ungarn. Geologie, Ig. 15. H. 4/5. S. 606—611, Berlin, 1966.
• Stefanovits Pál: Magyarország talajai. 2. kiadás, Budapest, 1963.
• Terzaghi, K. v.—Реck, R. В.: 1967. Soil Mechanics in Engineering Practice. 2nd edition, J. Wiley and Sons, New York

A bejegyzés az Arcanum Digitális Tudománytár segítségével készült.