Поиск

Физические свойства почв
26.06.2015

Понятие

Различают физические свойства почвы: 1) основные, к которым относятся удельный вес, объемный вес, порозность, и 2) функциональные, которым главным образом относятся водные, воздушные и тепловые свойства почвы.
Удельный и объемный вес почвы

1. Удельный вес почвы определяется выражением:
d = m/M,

где m — вес абсолютно-сухой (т. е. высушенной при 105° С) почвы, a M — вес объема воды, равный объему всех твердых частиц взятой нами навески почвы. Определяется удельный вес почвы обычным физическим способом в пикномере.
Удельный вес почвы характеризует отчасти минералогический состав почвы и, во-вторых, долю участия в ее составе органического вещества, гумуса. Удельные веса некоторых минералов приводятся в нижеследующей таблице:
Физические свойства почв

Удельный вес органических веществ почвы не превышает 1,4, соответственно чему удельный вес гумусных почв ниже, чем отдельных минералов, и например для чернозема с 10,3% гумуса опускается до 2,37. В среднем удельные веса почв колеблются около 2,6.
Точное знание удельного веса почвы необходимо для расчета величины общей порозности или скважности почвы.
Объемным весом почвы мы называем вес единицы (1 см3) почвы в ее естественном сложении, т. е. со всеми теми пустотами, которые заключены между твердыми частицами.
Объемный вес устанавливают путем простого взвешивания строго определенного объема почвы. Этот объем почвы может быть вырезан в форме кубика или, что проще и удобнее, вырезается металлическим цилиндром определенного объема. Часто употребляются цилиндры до 6 см диаметром и до 10 см высотой. Если почва берется во влажном состоянии, то из веса всей почвы вес воды вычитается. Разделив вес абсолютно-сухой почвы в граммах на объем в кубических сантиметрах, мы получим вес 1 см3. Необходимо иметь в виду, что многие почвы обладают значительной нзбухаемостью, и тогда объемные веса, определенные для почвы во влажном и в сухом состоянии, могут оказаться существенно различными и именно для сухой почвы большими, чем для влажной. Объемные веса варьируют в зависимости от плотности сложения и степени гумусности в широких пределах, как это видно из следующих цифр для перегнойно-подзолисто-глеевой почвы:
Физические свойства почв

Так же широко могут варьировать эти величины и для различных типов почв.
Порозность, или скважность, почв

Частицы почвы не выполняют собой всего пространства, а оставляют между собой свободные промежутки — поры. Количество этих промежутков в единице объема почвы мы и называем общей порозностью, или скважностью, почвы. Следовательно пороаность P равняется 1—v, где единица — весь объем почвы, а v — объем только твердых частиц почвы. Объем твердых частиц определяем как v=d/d1, где d есть объемный вес, т. е. вес всех твердых частиц единицы объема, a — их удельный вес. Tаким образом общая порозность P определяется как 1—d/d1, или в процентах P=(1—d/d1) 100%.
Порозность различных почв варьирует в очень широких пределах. Так для очень плотных глин она опускается до величин порядка 20%, тогда как для некоторых болотных почв поднимается до величин порядка 80%. В минеральных почвах наиболее часто встречающиеся величины лежат около 40—50%, варьируя часто в пределах одного почвенного профиля, по отдельным генетическим горизонтам от 30 до 55%. С этим обстоятельством нельзя не считаться в мелиорации, например при расчете общей влагоемкости и скорости фильтрации оросительных вод, при расчете глубины работы дренажных плугов и пр.
Величины порозности имеют большое значение в мелиоративной характеристике почвогрунтов. Так например очевидно, что размером порозности определяется то максимальное количество воды, которое может быть воспринято почвой в данный момент времени.
В весьма тесной зависимости от порозности находится фильтрационная способность почвы.
Для иллюстрации при подом некоторые на экспериментальных данных, полученных Н. Вауэрбреем.
Физические свойства почв

Механический состав испытанных грунтов приводится в нижеследующей таблице 15:
Физические свойства почв

Просматривая горизонтальные ряды таблицы 14, мы видим весьма существенную зависимость показателя фильтрации от величины порозности. Так например в грунте № 10 при изменении порозности от 0,401 до 0,355 показатель фильтрации изменяется от 6,96 до 3,97, т. е. почти в два раза. В общем данные автора хорошо подтвердили форму зависимости фильтрации от порозности, предложенную Козени и имеющую вид:
Физические свойства почв

При оценке значения порозности нужно однако считаться не только с общим объемом их, но и с их формой, которая зависит от крупности минеральных частиц (механического состава) и от формы сложения этих частиц, так сказать, от внутренней архитектоники грунта, его сложения. Зависимость от размеров частиц ясно можно видеть из сопоставления данных вышеприведенных таблиц 14 и 15. Так например грунт № 7 имеет самую большую порозность 0,460—0,434, но одновременно и самый малый показатель фильтрации, именно 0,0184—0,0140. Наоборот, грунт № 11 имеет сравнительно низкую порозность 0,394—0,356, но максимальный показатель фильтрации 15,05—10,00. Разъяснение этого противоречия находится в данных механического состава (табл. 15); оказывается, что главная масса грунта № 7 (93%) состоит из частичек размером 0,1—0,02 мм, тогда как масса грунта № 11 на 98,5% состоит из частиц диаметром 1,25—0,589 мм, т. е. значительно более крупных. Соответственно этому в грунте № 7 пор хотя и много, но они очень мелкие, а в грунте № 11 поры более крупного диаметра и потому лучше фильтруют воду. Эта зависимость фильтрации от крупности частиц особенно просто и наглядно иллюстрируется нижеследующими данными Ренка (табл. 16):
Физические свойства почв

Эти цифры показывают, что при одинаковом общем объеме пор тем не менее проницаемость может изменяться в 11 раз (№ 3—5) и даже в 84 раза (№ 1—2).
Значение формы пор, определяющейся не крупностью частиц, а характером их сложения, к сожалению, не может быть сейчас иллюстрировано цифрами, но несомненно именно этот вариант порозности проявляет себя в таком исключительно важном для мелиорации и оригинальном свойстве почвогрунтов, как их просадочность.
Просадки почвогрунтов

Явление просадки грунта заключается в следующем: когда в новые ирригационные каналы, вырытые в неорошавшемся целинном грунте, пускают воду, то вдоль бровок канала начинают появляться вертикальные трещины, и дно канала и соседняя растрескавшаяся территория оседают вниз. Ниже мы приведем описание просадок на Мало-Кабардинской оросительной системе, как оно дается инж. Гвоздевым. В поперечном разрезе и в плане характер просадок показан на чертежах 8 и 9. Ширина трещин достигает вверху 0,5—0,8 м. Общий вид уступов, образующихся при просадках, хорошо виден на чертеже 10. Пpoсадки сильно деформируют русло S канала и совершенно нарушают работу оросительной системы. Общий характер изменения профиля канала виден на чертеже 11.
Физические свойства почв

Время образования просадок

Просадки канала и прилегающей к нему местности чаете наступают на 3—4-й день после пуска воды. Однако случалось, что они происходили только по истечении нескольких месяцев с момента пуска воды. В общем наблюдалось, что абсолютная величина просадки тем менее, чем позднее просадка наступала. После первых, иногда значительных проседаний грунта явление не всегда прекращалось, и приходилось наблюдать ощутительные просадки и через год после начала образования их. На магистральном канале был случай, когда от проседания правого устоя двухпролетного железо-бетонного моста свалилась в воду опирающаяся на устой часть железо-бетонной плиты; спустя некоторое время, на протяжении которого не замечалось никаких деформаций грунта, мост был отремонтирован, но впоследствии осел другой устой настолько, что создалась угроза падения второй части плиты и появилась необходимость вторичной перестройки проезжей части моста.
В общем величина просадок со временем затухает. По данным туркестанской практики, как указывается инж. Флексером, просадки совершенно затухают примерно через 4 года непрерывного действия канала.
Физические свойства почв

Размеры просадок

Расположение просадок по длине канала чрезвычайно пестрое. Длина продольной оси эллипса просадки колеблется от 10—15 м до нескольких сот метров, а, соприкасаясь и накладываясь одна на другую, сплошные просадочные участки могут достигать протяженности более 1 км. Наибольшее распространение просадки в ширину, в направлении, перпендикулярном от канала (после полутора лет работы его), было 80 м. Необходимо здесь подчеркнуть, что эта протяженность просадок определяется только влиянием самого канала.
Совершенно очевидно, что те же явления происходят и под влиянием оросительных вод на площади самого орошаемого поля. Таким образом деформации почвогрунта охватывают всю орошаемую территорию. Природным проявлением этого процесса нужно считать, по-видимому, степные блюдца и западины, столь широко развитые в южных широтах.
Наибольшая наблюденная глубина просадки достигает почти 2 м, но пунктов такого максимального оседания по системе насчитывается немного, не более 10 на протяжении 30 км подверженных просадкам каналов.
Вопрос о глубине грунта, которая захватывается явлением оседания, остается до сего времени недостаточно освещенным. На Малой Кабарде в одном случае зарегистрировано распространение трещины до глубины 13,5 м. Возможно, что и эта громадная глубина не является предельной, но все же в среднем в настоящее время склонны принимать, что ясно выраженные просадочные явления захватывают толщу в 6—7 м.
Необходимо отметить, что просадочные грунты кроме того подвержены чрезвычайно легкой размываемости. Поэтому всякий прорыв воды даже ничтожной вначале струей, например через корневой ход или нору землероя, часто приводит к очень серьезным размывам и обрушениям грунта. Такие явления многократно зарегистрированы на Джуне и Вахше.
Причины просадочности грунтов

В настоящее время причины просадочности грунтов выявлены пока лишь в самом общем, приближенном виде.
Можно считать, что их во всяком случае две: особая порозность этих грунтов и наличие воднорастворимых солей. То, что порозность является в данном случав решающим фактором, следует из самого характера явления: грунт оседает, уплотняется, очевидно, что твердые частицы почвы заполняют в какой-то мере наличные поры и уменьшают их общий объем.
Без наличия этих пор самое явление уплотнения не могло бы иметь места.
Таким образом можно a priori предполагать, что грунт, подверженный просадкам, должен обладать меньшим объемным весом и большей порозностью, чем грунт, не подверженный просадкам. Эта закономерность находит себе подтверждение в имеющихся немногочисленных цифровых данных по Малой Кабарде (табл. 17).
Физические свойства почв

Из таблицы мы видим, что просадочные грунты, по крайней мере в большинстве случаев, обладают меньшим объемным весом и большей порозностью, следовательно потенциальная возможность просадок у них действительно больше.
Однако из этих же цифр с очевидностью следует, что абсолютная величина порозности еще вовсе не определяет собой просадочности грунта. В самом деле, уже общий порядок величин порозности просадочных грунтов вовсе не представляет собой чего-либо особенного,— это обычные средние величины суглинистых грунтов, которые как общее правило явлений просадочности не обнаруживают. С другой стороны, в таблице мы видим, что некоторые просадочные грунты, например с глубины 2, 6, 10 и 15 м, обладают порозностью меньшей, чем непросадочный грунт с глубины 4 м (порозность 43,33%).
Можно было бы подобрать целый ряд аналогичных примеров. Отсюда можно сделать, повидимому, только один вывод о тем, что просадочность определяется не столько суммарным объемом пор, сколько их формой, архитектоникой сложения твердых частиц грунта, имеющей, повидимому, какой-то сложный и неустойчивый характер. Никаких объективных сведений по этому вопросу мы пока, к сожалению, не имеем, что не позволяет нам ставить твердый прогноз о просадочности или непросадочности грунта на основе объективных аналитических показаний.
Значение воднорастворимых солей может быть двойственным. Во-первых, при кристаллизации солей в грунте образующиеся кристаллы могут раздвигать частицы почвы и тем самым как бы увеличивать ее рыхлость. Очевидно, что в этом смысле могут иметь наибольшее значение соли, кристаллизующиеся с большим количеством воды. Среди таковых в почве на первое место должен быть поставлен сернокислый натр, могущий образовать кристаллы состава Na2SO4 10H2O7 и на последнем месте будет хлористый натр, кристаллизующийся без воды. Во-вторых, любые воднорастворимые соли могут находиться в почве не только в ее порах, но и являться элементами ее, так сказать, скелета. При этом последнем условии очевидно, что смачивание почвы водой и растворение соли неизбежно нарушают прочность строения остальных твердых частиц почвы, из ее архитектоники как бы выбиваются отдельные кирпичи, и тогда общая масса почвы теряет устойчивость и начинает садиться. В этом случае следовательно выщелачивание соли из грунта вовсе не является необходимым, нужно только растворение ее. В случае противоположном, когда кристаллы солей находятся только в порах почвы, растворение и даже выщелачивание их никакой деформации грунта вызвать не должны. С изложенной здесь точки зрения объясним тот факт, что прямой связи между количеством солей в грунте и его просадочностью нет. В ряде случаев количество солей в непросадочном грунте оказывается большим, чем в просадочном. Мы должны искать тогда объяснения этих явлений, с одной стороны, в самом составе солей (преимущественное значение сернокислого натрия), а с другой — в особом расположении кристаллов солей среди твердых почвенных частичек, именно должны допустить участие кристаллов в строении основной почвенной структуры. Никаких объективных данных по этим вопросам пока, к сожалению, не имеется.
Иногда указывают на особую роль гипса в явлениях просадочности грунта. Однако нужно думать, что роль его может стать значительной лишь в некоторых частных случаях, именно в случаях очень крупных гипсовых скоплений. При этом самый тип просадок должен носить, повидимому, иной характер, и именно они не могут быть столь стремительными, как обычно наблюдается, так как гипс сравнительно медленно растворяется.
Весьма энергичные просадки наблюдены на канале Новый Джун (Ташкентский район, Замарин и Решеткин).
В среднем вертикальное оседание измерялось здесь величиной 75—150 см и как максимум 200 см.
В глубину просадки распространились главным образом до 8 м, но в незначительном размере наблюдены и до 13 м. В среднем для 13 м толщи величина просадки определена в 7,4 см на каждый метр.
Главная причина просадочности заключается в механическом уплотнении грунта и соответствующем изменении порозности. Последнее зарегистрировано в двух параллельных шурфах, из которых один сделан в дне канала после 3 лет его работы, а другой рядом в степи вне просадок. Полученные здесь цифры приводятся в таблице 18.
Физические свойства почв

В качестве второй причины просадочности указывается выщелачивание солей и главным образом гипса. По сделанным подсчетам значение этого фактора достигает половины величины просадки от механического уплотнения. Необходимо однако отметить, что хотя значение выщелачивания вообще несомненно, тем не менее количественное его выражение является сугубо ориентировочным ввиду чрезвычайной недостаточности аналитических данных.
Районы распространения просадочных грунтов

Они, повидимому, весьма обширны и охватывают собой все южные части так называемых лессовых областей. В настоящее время кроме Северного Кавказа резко выраженные просадочные явления зарегистрированы во многих районах Средней Азии, как например на Джуне (под Ташкентом), по р. Сурхану, на Вахшском строительстве и т. д.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent
Введите два слова, показанных на изображении: *