A talaj fizikai tulajdonságai
A talaj fizikai tulajdonságai jellemzik a talaj fizikai állapotát; ezek közé tartozik a sűrűség, a porozitás és a porozitás. Függetlenül a részecskék közötti kötések természetétől, minden kőzet nem teljesen sűrű test, szabad nyílásokkal és üregekkel rendelkezik, amelyek gázokkal vagy folyadékokkal tölthetők meg, és mozgásuk csatornáiként szolgálhatnak.
A sziklák üregének és hézagainak kialakulása egyidejűleg a sziklák kialakulásával jön létre. Így már a lávának vagy a magmának a jeges kőzetekben történő megszilárdulása vagy megszilárdulása folyamán az egyén repedései keletkeznek. Az üledékes kőzetek ülepedési folyamatában gázbuborékok üregek jelennek meg benne.
A méretben az üregek három csoportra oszthatók:
· Nagy, vagy nem kapilláris, pórusátmérője több mint 1,0 mm vagy repedésszélesség nagyobb, mint 0,25 mm, ahol a víz szabadon mozoghat a gravitáció hatása nélkül, anélkül, hogy észrevehető ellenállást tapasztalna a felületi feszültség hatásából;
· Kapilláris, amelynek pórusátmérője 1,0-0,0002 mm, vagy repedésszélessége 0,25-0,0001 mm, ahol a vízmozgás kapilláris feszítőerők és hidrosztatikus fej alatt történik;
· Subkapillyarnye, egy pórus átmérője kisebb, mint 0,0002 mm vagy a szélessége repedések kevesebb, mint 0,0001 mm, ahol az intézkedés a kapilláris erők a feszültség adunk az intézkedés a vonzó- elektromolekulyarnogo víz a rock részecskék.
Képzeljük el a V szikla térfogatát, amelyben néhány részt a Vn üregek foglalnak el. és a többi - ásványi részecskék (ásványi váz) a szikla Vsk.
A mennyiségek közötti függést egyenlőség jellemzi:
A Vn üregek térfogatának és a V. szikla összes térfogatának aránya, százalékban kifejezve, megadja az értéket:
Azokban az esetekben, amikor az n értéke nagyméretű, nem kapilláris üregek jelenlétét jelöli, ez a munkaciklus. Általában a porozitás fogalma szikla vagy durva klasztikus sziklákra utal.
Ha az n értéke kapilláris és szubkapilláris üregek jelenlétét jelzi, porózusnak nevezzük. A porozitás koncepciója általában nem sziklás sziklákra utal.
A nem sziklás szikláknál, a porozitás mellett kiszámítja a csökkentett porozitás mértékét, vagy - amint azt gyakrabban nevezik - a porozitási együttható értéke. ami a Vn üregek térfogatának a Vsk ásványvázlat térfogatához viszonyított aránya:
A porozitás és a porozitás értékei egymáshoz kapcsolódnak egyszerű összefüggéssel:
A talaj sűrűségét három tényező jellemzi: az elme ásványi részének sűrűsége. a szikla y sűrűsége és a csont sűrűsége:
ahol msk a talaj szilárd részének tömege; mв - a víz tömege; Vsk a csontváz szilárd részének térfogata; Vsk a pórusok térfogata a talajban; - talajnedvesség [8].
Az ásványi rész sűrűségéből és a csont sűrűségéből kiszámítható a porozitási indexek - porozitás n és a porozitás koefficiens a talajban:
A merev szerkezeti kötésekkel - sziklás és félszáraz - a munkaciklus elsősorban repedéses. A törés az egyik legfontosabb tényező, amely a kőzetek erősségét befolyásolja. Eredetileg a sziklák repedéseit lithogenetikus, tektonikus és exogén részekre osztják.
Az előbbi kőzetek kialakulásakor keletkezik (repedések vulkáni kőzetekben és repedések az üledékes rétegekben). Ez utóbbiak már kialakultak a megformált sziklákban, a tektonikus nyomó- és húzóerők hatása alatt. Az exogén repedések természetesek és mesterségesek lehetnek.
Természetes repedések alakulnak ki sziklák alatt időjárás, lecsapódás, csúszás és kirakodás a lábánál részben. A mesterséges repedések a kirakodás repedései, amelyek kőbányák és ásatások és robbanások során keletkeznek.
A talaj víz tulajdonságai
A talaj víz tulajdonságai akkor jelentkeznek, amikor vízzel kölcsönhatásba lépnek. A talaj típusától függően állapotuk, szilárdságuk és stabilitásuk megváltozhat, megjelenhet a nedvszívó, visszatartó, folyékony vagy részben vízben oldódó tulajdonság. Annak érdekében, hogy a kőzetek ezen tulajdonságai nemcsak minőségi, hanem mennyiségi becslést is kaphassanak, megállapítják a kőzet nedvességtartalmának fogalmát.
A W szikla nedvességtartalma a szikla pórusaiban lévő víz tömegének százalékos aránya, a szikla ásványi vázának súlya.
A talaj nedvességtartalmát három tényező jellemzi: nedvességtartalom. térfogat-páratartalom és víz telítési koefficiens:
A sűrű nedvesség a víz tömegének aránya a levegőn száraz talaj tömegéhez viszonyítva. A térfogat nedvessége a víz térfogatának és a talaj térfogatának aránya. Ezeket a páratartalmakat százalékban fejezik ki.
A talajnedvesség mértékét a víz telítési koefficiens jellemzi. azaz a víz térfogata és a teljes pórustérfogat aránya. A talaj természetes nedvességtartalma jellemzi a talaj állapotát. Különösen fontos az agyagos talajok esetében, amelyek tulajdonságai a nedvességtartalomtól függően változnak.
A nedvesség meghatározására szolgáló meglévő módszerek két csoportra oszthatók. Az első magában foglalja a talaj nedvességének eltávolításán alapuló módszereket a gőzállapotba (termikus módszerek) történő átvitelre vagy a préselésre (mechanikai módszer). A második csoport (elektromos, radioaktív, vizes, tenzométeres, térfogatú, kúpos és optikai módszerek) a talajban lévő víz mennyiségének közvetett meghatározása nélkül történik.
A legszélesebb körben alkalmazott termosztatikus (termikus) módszer, amelyben a medencékbe helyezett talajmintákat állandó tömegre 105 ° C-on szárítják.
Az elmúlt években egyre több radioaktív módszert alkalmaztak (gamma módszer és lassú neutron módszer), hogy minél gyorsabban meghatározzák a talaj nedvességét a területen mintavétel nélkül.
Vízkapacitás. A víz kapacitása arra utal, hogy a talaj bizonyos mennyiségű vizet tartalmaz és megtart. Különböztesse fajta vákuum (agyagos), amelynek átlagos nedvességet kapacitás (homokos agyag homok és finoman szemcsézett, iszapos) nevlagoemkie (közepes homok, kavics és durvaszemcsés, sóder, kavics, és karsztos repedezett kőzetek).
A vízigényes kőzetek esetében teljes, kapilláris, molekuláris, higroszkópos nedvességtartalmat izolálunk. A teljes nedvességtartalom megfelel a talaj teljes nedvességtartalmának vízzel való telítettségének és kapillárisának - a kapilláris és a kisebb pórusok telítettségével. A maximális molekuláris nedvességtartalom az összes fizikailag kötött víz teljes mennyisége, és a higroszkópos a szilárdan kötött víz mennyisége.
Mennyiségi szempontból a nedvességtartalom minden típusát a térfogat nedvessége is mutatja. A nedvességtartalom meghatározza az úgynevezett vízvisszatartási kapacitást, amely számszerűen egyenlő a vízmennyiségnek a kezdetben vízzel telített kőzetben maradt mennyiségével, miután a minta szabad víz áramolt ki. A talajművelésben ez a mennyiség a mező, vagy a legalacsonyabb nedvességtartalom.
Vízveszteség és telítettség hiánya. A fajta szabad vízhez való képességét vízvesztésnek nevezik. Numerikusan megegyezik a teljes és a legalacsonyabb nedvességtartalom közötti különbséggel (1.2. Táblázat).
1.2. Táblázat. A talajvíz kapacitása és vízhozama
A talaj típusának meghatározása a plaszticitásszám és a természetes konzisztencián alapulóan nagy gyakorlati jelentőséggel bír, mivel a tartószerkezet és az építés során felhasznált megengedett terhelés nagymértékben függ a konzisztenciájától [3].
Duzzanat. A talaj tulajdonsága növeli a térfogatot, ha a nedvesedést duzzanatnak nevezik. A talaj ásványi és granulometrikus összetételétől, szerkezetétől és textúrájától, a cserélő kationok összetételétől, a víz ionösszetételétől függ.
A duzzanat akkor jelentkezik, amikor a duzzanat alatt a talajban kialakuló nyomás meghaladja a külső terhelést (a szerkezettől vagy a felszín alatti talajoktól) a talajig.
A duzzanat puha, kohéziós talajokban fordul elő, és az agyag és a kolloid részecskék körüli kötött víz rétegeinek képződésével magyarázható. A részecskék kibővülnek, a talaj kapcsolhatósága csökken és a térfogatának általános növekedése következik be.
Általában minél több agyagos részecskék vannak a talajban (plaszticitás), annál nagyobb a duzzadási képessége. Ugyanakkor figyelembe kell venni a talaj ásványi összetételét is. Például a montmorillonit agyagok nagyobb mértékű duzzadást mutatnak, mint az agyagok, amelyek a kaolinit-csoport ásványait tartalmazzák.
Az agyagok, amelyekben a kicserélhető kationok abszorbeáló komplexét kalcium és magnézium képviseli, az abszorbeáló komplexben nátriummal kisebb agyag duzzad (1.4. Táblázat).
A víz összetétele szintén befolyásolja a talaj duzzadását. A kicserélő kationok nátrium-összetételében túlnyomórészt kalciummal és magnéziummal rendelkező víz kevésbé duzzad.
1.4 táblázat. A műanyag talajok konzisztenciája
Szilárd félszilárd viszkoplasztikus lipoplasztikus viszkózus folyadék
Szilárd állapotú félszilárdság Primer műanyag, de nem ragadós Primer műanyag és ragacsos Primer viszkózus, vastag rétegben eloszlik A primer egy vékony réteget
- A zsugorodás felső határa A plaszticitás alsó határa WP A tapadási határértékek A plaszticitás felső határa WL -
Mennyiségi értelemben a duzzadási értéket a térfogati V vagy lineáris duzzadási indexek határozzák meg, a duzzadás során a talajban kialakuló nyomás mértékét és a nedvességet, amelyen a duzzadási folyamat leáll:
ahol VH és hH a minta térfogata és magassága duzzadás után; V0 a minta térfogata és hossza száraz állapotban.
Az V értékétől függően a következő talajtípusok különböztethetők meg: erősen duzzadnak több mint 0,12; közepes duzzanat 0,12-0,08; enyhén duzzadva 0,08-0,04.
Zsugorodás. A szárítás során a talaj térfogatának csökkentését a zsugorodásnak nevezik. Ez a folyamat, fordított duzzanat, megfigyelhető duzzadó talajokon (különböző agyagok). Ebben az esetben repedések alakulnak ki, amelyek mentén a talaj néha külön csempékké válik, skálákká válik és még porrá is válik. Mennyiségi értelemben a lineáris zsugorodás és a talaj nedvességtartalmának WU zsugorodási határán a volumetrikus VY értékek jellemzik.
Mivoltának. A talajok bizonyos víztartalmú talajok különböző tárgyakhoz való ragaszkodását piszkosságnak nevezik. Ez a tulajdonság nagy gyakorlati jelentőséggel bír. A műanyag talajokon kissé magasabb páratartalom mellett, mint a plaszticitás alsó határa. Ebben az esetben lazán kötött víz a talajban kölcsönhatásba lép más tárgyakkal.
A plaszticitás alsó határértékével megegyező nedvességtartalomnál a megnedvesített víz nagyobb erővel marad a talajrészecskék körül, és nem kölcsönhatásba lép a talajjal érintkező tárgyakkal.
Ahogy a talaj nedvességtartalma nő, a vízfilmek vastagsága nő, a tárgyakhoz való tapadás csökken és eltűnik, amikor a talaj folyékony állapotba kerül. Mennyiségi szempontból a tapadást az a törekvés összege határozza meg, amelyet az objektumnak a talajról való lebontására kell alkalmazni. Ezt a mutatót használják a puha, kohéziós talajok ásási és közúti gépek fejlesztésére vonatkozó feltételek meghatározásában.
Vízállóság. A talajok azon képességét, hogy a vízzel való kölcsönhatás során a mechanikai szilárdságot és a stabilitást fenntartják, vízállónak nevezik. Az áztatás és az erózió jellemzi.
A talaj áztatás alatt értjük a talaj és a víz közötti víz kölcsönhatás folyamatát. Ebben az esetben egyes talajok teljesen megsemmisülnek (összeomlottak), mások - részben, míg mások megőrzik textúrájukat. A talaj szuszokemost összetételük, a szerkezeti kötések természete és a talajnedvesség függvénye, amely alatt vízbe merül.
Az áztatás mennyisége még nem létezik. Ezt rendszerint a minta áztatásához, a bomlás jellegéhez és az áztatott talaj nedvességéhez (laboratóriumi eszközökben) becsülik.
Az erózió jellemzi a talajok képességét, hogy részecskék vagy részecskék aggregátumai mozgó vízhez jussanak. A hidraulikus tálcákban van meghatározva.
Oldékonyság. Néhány talaj részben feloldódik a talajvízben. Ennek eredményeképpen a talajok üregei nőnek, a víz áteresztőképessége emelkedik, és a fizikai és mechanikai tulajdonságok romlanak.
Razmyagchaemost. A talajok tulajdonsága, hogy csökkentsék a szilárdságát a látható pusztítás jelei nélkül nedvesített állapotban, lágyulásnak nevezik, és numerikusan jellemzik a KR lágyulás együtthatóját:
ahol p1 és p2 - a talaj időbeli ellenállása a víz telítettségének előtti és utáni kompressziójához.
Lágyíthatóak a talajok, amelyekben a KR lágyulás együtthatója <0,75.
Ellenállás. A stabilitást a talajok stabilitásának az időjárási folyamatok, különösen a víz káros hatásaival szemben kell érteni.
Az időjárás és a vízfolyamatok hatására repedések és üregek jelentkeznek a talajban, az ásványi összetétel megváltozik, és ennek következtében erőssége csökken. Ugyanakkor a talaj fizikai állapota megváltozik, és a meglévő szerkezeti kapcsolatok megszakadnak.
Például, gránit és gneisz - sűrű szilárd fenék kristályosítással fizikai kötések mállás alakítjuk szinte laza talajok (úgynevezett márga) álló szögletes töredékek különböző méretű. A töredékek ásványi összetétele az uralkodó időjárási viszonyoktól (fizikai vagy kémiai) függ.
A granitumok kémiai időjárási viszonyaiban végül kialakulnak az agyagos talajok víz-kolloid kötésekkel. A talajok ellenállóképességének számszerűsítése céljából az időjárási tényezőt alkalmazzák [7]:
ahol az átmeneti talaj ellenállóképessége a tömörítésnek a nem felszáradt (kezdeti) állapotban és egy év időtartamú, időjárási körülményeknek kitett állapotban.