Методы изучения физико механических свойств почв

Методы исследования физических свойств почв

Лекция №9

Цель лекции: Определение физических, физико-механических, водных, воздушных тепловых свойств почв

Ключевые слова:плотность, пористость,влажность, набухание пластичность,липкость, связность

Вопросы:

1. Определение общих физических свойств почвы

2. Физико-механические свойства

3. Водные свойства и водный режим почвы

4. Воздушные свойства почвы

5. Тепловые свойства почвы

1. Определение общих физических свойств почвы

Физические свойства почвы связаны с ее дисперсностью (раздробленностью на отдельные частицы) и пористостью (степенью примыкания частиц почвы друг к другу). Благодаря дисперсности и пористости в почвах можно выделить три фазы — твердую, жидкую, газообразную, находящиеся во взаимодействии друг с другом. Наименее подвижная часть твердая фаза почвы и особенно минеральные частицы; более подвижные — органические вещества и еще более динамичные — жидкая и газообразная фазы. Поэтому физические свойства могут быть разделены на общие физические, физико-механические, водные, воздушные и тепловые.

К числу общих физических свойств почвы относят плотность, плотность твердой фазы почвы и пористость.

Плотность почвы — это отношение массы ее твердой фазы к массе воды в том же объеме при температуре +4° С. Величина относительной плотности почв зависит от плотности входящих в нее частиц минералов и их соотношения, а также от количества органического вещества. Обычно плотность минеральных горизонтов почв колеблется в пределах 2,4—2,8, а органогенных от 1,4 до 1,8 (торф). Плотность верхних гумусированных горизонтов почв в среднем равна 2,5-2,6, нижних — 2,6-2,7.

Плотность твердой фазы почвы — масса единицы объема абсолютно сухой почвы, взятой в естественном сложении, выраженная в г/см 3 . Это одно из важнейших свойств, определяющих способность почвы пропускать и удерживать влагу, воздух, сопротивляться орудиям обработки почвы и т. д. Зависит от типа растительности, механического и минералогического составов почвы (дисперсности), сложения, оструктуренности и степени обработки почв.

Наименьшая объемная плотность обычно наблюдается в верхних горизонтах почв, наибольшая — в иллювиальных и глеевых горизонтах. Величина объемной плотности почв зависит от типа растительности.

Каждый вид растений способен поддерживать объемную плотность почв на том или ином уровне, т. е. в определенном интервале величин. Наиболее благоприятная для растительности величина объемной плотности верхних горизонтов почв колеблется в пределах 0,95—1,15 г/см . Предельной величиной характеризуются глеевые горизонты почв с максимальной объемной плотностью 2,0 г/см 3 . Если объемная плотность почв равна 1,6-1,7 г/см 3 , корни древесных пород практически в почву не проникают (при плотности почвы 2,66—2,70 г/см3), а сельскохозяйственные культуры снижают урожай в 3-4 раза.

Почву считают рыхлой, если объемная плотность гумусовых горизонтов равна 0,90-0,95, нормальной — 0,95-1,15, уплотненной — 1,15-1,25 и сильноуплотненной — более 1,25 г/см 3 .

Пористость (порозность или скважность) — суммарный объем всех пор и промежутков между частицами твердой фазы почвы. Ее вычисляют по плотности и объемной плотности почвы и выражают в % объема почвы по формуле. Различают несколько форм пористости, главнейшими из них являются капиллярная и некапиллярная. Капиллярная пористость обычно измеряется в лабораторных условиях и равна количеству воды, удерживаемому тонкими капиллярными промежутками между частицами твердой фазы почвы. Обычно чем больше глинистых частиц, тем больше капиллярная пористость. В оструктуренных почвах вода между комочками вытекает из-за большого размера пор, а в самих комочках удерживается в капиллярах. Разница между общей и капиллярной пористостью составляет некапиллярную пористость.

Наибольшая пористость (80-90%) наблюдается в лесных подстилках, травяном войлоке, торфах, т. е. органогенных горизонтах. В минеральных гумусированных горизонтах она равна 55-65%, в верхних безгумусных 45-55%, в нижних горизонтах почвы может быть ниже 45%. Минимальная пористость наблюдается в глеевых горизонтах почв и равна около 30%.

Для развития корневых систем древесных пород наилучшие условия создаются при пористости почв, равной 55-65%; при пористости 35-40% корни проникают в почву с трудом, а при пористости глеевых горизонтов она практически становится корне непроницаемой. Большое значение имеет некапиллярная пористость. Для наиболее освоенных корнями горизонтов она, как правило, более 10%; при снижении ее до 3% нижние горизонты почв становятся малодоступными для корней. Некапиллярная пористость обеспечивает проникновение воздуха в почву — аэрацию. Для нормального развития растений важно, чтобы почвы имели высокую капиллярную пористость и пористость аэрации не менее 20% объема почвы.

Источник

41 . Методы определения физических и механических свойств почв

Цвет почвы. Определяется органолептически. Темная окраска свидетельствует о содержании в почве большого количества органических веществ и микроорганизмов. Светлые почвы содержат мало органических и минеральных веществ.

Запах почвы. Чистая не загрязненная почва не имеет ярко выраженного запаха. Гнилостный, аммиачный запахи имеет почва, загрязненная навозом, сточными водами, трупами животных.

Определение запаха. Пробу почвы помещают в стеклянный стакан и обдают горячей водой закрывают и настаивают несколько минут. Затем определяют запах.

Влажность почвы – это отношение массы воды, содержащейся в известном объеме почвы, к массе сухой почвы в том же объеме выраженное в процентах. Методика определения: пробу почвы массой 10 гр. вносят в стеклянный стакан с известной массой, стакан с пробой помещают в сушильный шкаф на 5 ч при температуре 105°С. После высушивания и охлаждения в условиях эксикатора стакан с пробой взвешивается повторно. Потеря в массе, выраженная в процентах, отражает содержание воды в почве.

Плотность почвы: это масса единицы объема абсолютно сухой почвы. Выражают в граммах на 1 см3. Плотность минеральных почв составляет 0,9-1,8 г/см3, болотных торфяных – 0,15-0,40 г/см3.

Плотность твердой фазы почвы: это отношение массы ее твердой фазы к массе воды в том же объеме при температуре 4 °С. Она зависит от соотношения в почве компонентов органических и минеральных частей почвы. Для минеральных горизонтов плотность твердой фазы 2,4-2,6 г/см3 и торфяных 1,4-1,8 г/см3. Эти показатели учитывают при проведении агротехнических мероприятий.

Воздухопроницаемость — способность почвы пропускать через себя воздух. Количество воздуха в почве может колебаться от 10 до 40 %. В почвенном воздухе наиболее динамичны кислород и углекислый газ. По мере углубления в почву снижается количество кислорода, который расходуется на окисление органических веществ почвы, и возрастает концентрация углекислого газа.

В загрязненных почвах могут присутствовать газообразные примеси (СН4, H2S, NH3), а также индол, скатол, жирные кислоты и др.

На газообмен влияют диффузия, изменение температуры почвы, барометрического давления, количества влаги в почве, направление и скорость ветра, изменение грунтовых вод.

Гигроскопичность почвы. Это способность почвы поглощать из воздуха парообразную воду. Такую поглощенную влагу называют гигроскопической. Эта способность зависит от строения и состава почвы, а также влажности воздуха. Мелкозернистые глинистые и гумусовые почвы имеют большую гигроскопичность. Если относительная влажность воздуха повышается до 100 %, то почва, насыщаемая водой, характеризуется максимальной гигроскопичностью. Это важно учитывать при выборе места под строительство животноводческих объектов и устройстве пастбищ.

Испаряющая способность почвы. Если капилляры достигают поверхности почвы, то поднимаемая по ним вода испаряется в воздух. Это происходит на полях с плохо или совсем не разрыхленной поверхностью.

Определение капиллярности или водоподъемной способности. Она зависит от размера структурных частиц почвы. Чем меньше размер частиц нем больше капиллярный подъем. Методика определения: пробу почвы помещают в тонкую (диметр 3 см) стеклянную трубку высотой 1м нижний конец которой закрыт полотном и погружен в стакан с водой. По скорости (5,10,15 мин до 60 мин) изменения окраски почвы (увлажненности) судят о капиллярности почвы.

Наибольшая капиллярность у мелкозернистых почв. В торфе вода поднимается на высоту 4-6 м, глине 1,2, песке на 0,3-0,5 м. Капиллярность каменистых почв практически равна нулю.

Водопроницаемость почвы. Это скорость просачивания воды через стандартный объем почвы. Определяется механическим составом и структурой почвы. Методика определения: берут стеклянную трубку длинной 30 см, диаметром 4 см нижний конец которой, обвязан тонким полотном и укрепляют на штативе, от нижнего конца трубки отмеряют 20 см. Пробу воздушно-сухой измельченной почвы помещают в трубку до метки 20 см, под нижний конец трубки подставляют стеклянный стакан. На верхний слой почвы наливают слой воды высотой 4 см, после начала просачивания постоянно поддерживают уровень воды над почвой в 4 см. Фиксируют время с момента наслоения воды на верхний слой почвы до момента падения первой капли в стеклянный стакан и время, которое потребуется для накопления в стакане слоя воды высотой 4 см.

Водопроницаемость значительно изменяется на почвах разного механического состава. Песчаная почва обладает высокой водопроницаемостью (первая капля упадет через 1 мин). Тяжелые мелкозернистые почвы обладают низкой водопроницаемостью (глинистые, торфяные) из-за значительной задержки воды бывают заболоченными.

Определение объема пор. Объем пор характеризует интенсивность аэрации почвы. Определение: в стеклянный цилиндр емкостью 1 л наливают 400-500 мл воды (а) и вносят такой же объем воздушно сухой почвы (б), после того как воздух будет вытеснен водой и выйдет в виде пузырьков наружу устанавливают какой объем занимает получившаяся смесь (к) разность между суммарным объемом почвы и воды (а+б) и объемом смеси (к) и является объемом пор в пробе.

Источник

Методы определения механических свойств грунтов

От характеристик грунтов зависит надежность и безопасность возводимых строений. Комплекс работ, направленный на изучение инженерно-геодезических параметров участка, нередко включает в себя дополнительные изыскания. При подготовке строительных проектов необходимо определить механические свойства грунтов для того, чтобы подобрать наиболее подходящие стройматериалы и выявить особенности при выполнении работ. Инженерно-геотехнические работы проводятся компаниями, которые имеют соответствующую лицензию и необходимую технику.

Какие существуют виды свойств

Свойства грунтов по разным критериям могут определяться двумя способами, которые позволяют получить наиболее достоверные результаты в достаточно короткие сроки. Основными видами свойств грунтов выступают:

Физические.
Механические.
Водные.
Химические и другие.

Каждое свойство необходимо для проведения разных работ на участке, но все они дают точное представление о характеристиках грунта. Исследование физических и механических свойств грунтов чаще всего производится при проведении инженерно-геодезических исследований.

Что входит в понятие «механические свойства»

Механические свойства грунтов включают в себя несколько параметров:

Упругость.
Разрыхляемость.
Прочность.
Просадочность.
Сжимаемость.

Характеристики позволяют выяснить какие нагрузки сможет выдерживать почва. Данные параметры необходимы при закладке фундамента, возведении несущих конструкций и при проектировании всех элементов, которые будут соприкасаться с грунтом. Механические свойства являются исходными данными при прогнозировании изменений в состоянии почвы. Параметры позволяют предвидеть геологические процессы, которые происходят близко к поверхности грунта.

Методы определения механических свойств

Существует два способа определения свойств грунтов — полевой и лабораторный. Хоть лабораторная методика позволяет воссоздать различные природные условия, но полевой способ дает гораздо лучшие результаты. Огромным плюсом лабораторного метода выступает возможность создание условий природных катаклизмов и увидеть как будет вести себя грунт. В обоих случаях при определении свойств используется большое количество разнообразного оборудования, позволяющего производить точные расчеты при любом составе почвы.

Лабораторный способ

Исследование грунтов в условиях лаборатории позволяет выявить множество физико-механических свойств. Преимущественно лабораторным методом определяется влажность, упругость, плотность, водопроницаемость, деформационные характеристики. Также при помощи аппаратов исследуются и другие механические свойства грунтов. Каждое исследование предполагает использование различных аппаратов. Некоторые механические свойства могут определяться совершенно по-разному при исследовании на различных аппаратах, поэтому компании, занимающиеся такими работами обязательно указывают на чем были проведены тестирования.

Полевые методы

В природных условиях исследование грунта позволяет получить наиболее точные показатели. В естественных условиях уже есть необходимая нагрузка на почву, благодаря чему нет необходимости дополнительно воссоздавать природную среду. Определение механических свойств почвы чаще всего выполняется двумя способами:

Штамповые испытания. Используется для определения показателей деформации. Во время изыскания вырывается шурф, в который устанавливается дамп для проведения дальнейших испытаний. Изыскания проводят для слоя почвы, на который будет воздействовать в будущем строение. При помощи домкрата на штамп подают нагрузку. Дополнительная нагрузка дается только после того, как произошла консолидация.
Зондирование. Зондирование разделяют на статическое и динамическое. Способ, как и штамповые изыскания, используется для определения параметров деформации. Так как исследования проводятся по-разному, то заменять их друг другом не допустимо. Зондирование проводится на гораздо большей глубине. Задавливание либо забивание конуса в грунт позволяет определить параметр сопротивления, благодаря чему определяются показатели деформации. При необходимости несколько скважин при штамповых испытаниях могут быть заменены зондированием.

При необходимости сотрудники компаний проводят опытно-фильтрационные работы, которые позволяют выявить водные свойства грунтов. Чаще всего эти изыскания относятся к характеристикам прочности. В зависимости от состава грунта под воздействием влаги он будет вести совершенно по-разному. Если подземные воды находятся на небольшой глубине, то для заказчика работ по определению механических свойств грунтов для выполнения строительных работ, данный параметр обязателен для исследования.

Источник