Удельная плотность почвы это

§ 1. Плотность и порозность почвы

Почва является гетерогенной многофазной дисперсной системой, состоящей из трёх фаз: твёрдой, жидкой и газообразной. Обозначим объём почвы как `V_t`, тогда `V_s`, `V_w` и `V_(air)` — это объёмы твёрдой, жидкой и газообразной фаз соответственно. Массы этих фаз обозначим как `m_s`, `m_w` и `m_(air)`. 1

Плотность твёрдой фазы почвы — это отношение массы твёрдой фазы почвы к объёму твёрдой фазы: 1

Плотность почвы — это отношение массы твёрдой фазы почвы к общему объёму почвы: 1

Плотность почвы это масса единицы объёма абсолютно сухой почвы в её естественном, ненарушенном состоянии. Плотность почвы является одним из основных, фундаментальных свойств почвы. Плотность почвы не является постоянной, а зависит от влажности почвы (в большей мере — для суглинистых и глинистых почв, в меньшей — для песчаных). 1

Плотность естественной почвы никогда не может превышать 2 г/см 3 . Минимальные значения минеральных почв редко бывают ниже 0.8 г/см 3 , хотя плотность торфяных почв, торфов может снижаться и до 0.1 г/см 3 . 1

Примечания:
1. В скобках приведён наиболее вероятный диапазон. В данной таблице приведены ориентировочные значения физических свойств. В реальных условиях при непосредственных определениях эти усредненные значения и пределы варьирования могут значительно отличаться в связи с содержанием органического вещества, оструктуренностью, сельскохозяйственной обработкой, растительностью и многими другими факторами, существенно изменяющими приведенные ориентировочные значения.
2. Природные пески почти всегда слоисты. Вследствие этого приведенные данные весьма ориентировочны.

Общая порозность (пористость) почвы — это объём почвенных пор в почвенном образце по отношению к объёму всего образца: 1

Объёмная влажность почвы — объём воды, содержащейся в объёме почвы: 1

Порозность аэрации (воздухосодержание) — это разница между общей порозностью и объёмной влажностью почвы; объём, занятый воздухом: 1

В ряде случаев рекомендуется использовать величину, обратную плотности почв — отношение объёма почвы к массе этого объёма. Используя её, мы можем найти удельный объём пор почвы — отношение объёма пор почвы к массе твёрдой фазы почвы: 1

Нередко используют и коэффициент пористости (приведённую пористость) — отношение общего объёма пор в почве или грунте к объёму твёрдой фазы почвы: 1

Коэффициент пористости и удельный объём пор почвы полезны при характеристике изменения пор почвы при уплотнении, почвенных деформациях, трещинообразовании и т.д. В почвоведении традиционно используется общая порозность почв `epsilon`. 1

Так как почвенный горизонт состоит из более мелких единиц — почвеных педов или агрегатов, можно выделить и объём пор агрегатов, их плотность и порозность. 1

Плотность агрегата — это отношение массы твёрдой фазы агрегата к его объёму: 1

Порозность агрегата — это отношение объёма пор агрегата во всем объёму агрегата: 1

Часто необходимо найти межагрегатную порозность — отношение объёма пор, находящихся в поровом пространстве почвы между агрегатами, ко всему объёму почвы. 1

Для нахождения межагрегатной порозности необходимо сначала найти величину суммарной агрегатной порозности — отношение объёма пор агрегатов ко всему объёму почвы: 1

Получив величину суммарной агрегатной порозности, можно рассчитать межагрегатную порозность: 1

Знание величин порозности важно для оценки состояния почвы. Так, в хорошо агрегированной почве основные запасы питательных веществ, микроорганизмов, влаги находятся внутри агрегатов и именно агрегаты обуславливают почвенное плодородие. Снижение агрегатной порозности является свидетельством ухудшения физического состояния почв. Основная функция межагрегатного пространства это проведение потоков веществ. В основном по межагрегатному поровому пространству происходит перенос воды и растворенных в ней веществ. Поэтому нередко указывают, что агрегатное пространство это хранилище основных почвенных запасов, а межагрегатное пространство это транспортные пути. Таким образом, функции этих частей порового пространства почвы во многом различны (накопление и постепенное расходование воды и веществ из агрегатной порозности, быстрый транспорт веществ в профиле почв по межагрегатной), поэтому при анализе полученных величин следует делать соответствующие выводы. 1

Примечания:
1. В скобках приведён наиболее вероятный диапазон. В данной таблице приведены ориентировочные значения физических свойств. В реальных условиях при непосредственных определениях эти усредненные значения и пределы варьирования могут значительно отличаться в связи с содержанием органического вещества, оструктуренностью, сельскохозяйственной обработкой, растительностью и многими другими факторами, существенно изменяющими приведенные ориентировочные значения.
2. Природные пески почти всегда слоисты. Вследствие этого приведенные данные весьма ориентировочны.

Обозначения:
1. Поры «устойчивой аэрации»
2. Поры, заполняемые легкоподвижной водой
3. Поры, заполняемые среднеподвижной водой
4. Поры, заполняемые практически неподвижной водой (недоступной растениям)
5. > 0.3 мм
6. 0.3-0.06 мм
7. 0.06-0.03 мм
8. 0.03-0.01 мм
9. 0.01-0.003 мм
10. 0.003 мм) пор — около 2/3. Вниз по профилю снижается как общая порозность, так и доля крупных пор, зато возрастает доля пор, заполненных связанной водой.
Наименее благоприятны показатели порозности в горизонте `B_2` (60-90 см), что объясняется его оглиненностью и низкой биологической активностью.

Значение плотности и порозности почвы

Излишне уплотнённая почва препятствует росту корней, содержит малое количество пор (то есть имеет низкую порозность). При низкой порозности в почве содержится мало воды, а при выпадении осадков поры быстро заполняются водой, что приводит к недостатку воздуха. 1

Излишне рыхлая почва имеет слишком большое поровое пространство и корни растений не имеют хорошего контакта с поверхностью твердой фазы, где содержатся в поглощенном состоянии многие элементы питания. 1

Проблема создания пахотного слоя, оптимального по физическому состоянию, по плотности – одна из важнейших проблем современной физики почв и агротехники. Она состоит в том, чтобы разрыхлить почву и не допустить уплотнения почвы тяжелой сельскохозяйственной техникой. Это требует своевременного проведения агротехнических работ, обязательно связанных с распашкой почвы. Почва особенно подвержена уплотнению при повышенной влажности. Стоит тяжелой технике лишь один раз заехать на поле, когда влажность несколько выше оптимальной для обработки, как поверхностный слой почвы становится излишне уплотненным. 1

Еще один аспект уплотнения – переуплотнение подпахотного слоя, так называемое накопительное, или подпочвенное, уплотнение. Действительно, под влиянием многократных проходов техники уплотнение наблюдается все глубже и глубже. Происходит образование подпахотного уплотненного, плохопроницаемого и для воды, и для воздуха слоя. Сложность в том, что контролировать внутрипочвенное уплотнение очень трудно: оно незаметно с поверхности почвы так, как видны, например, эрозия или поверхностное уплотнение. Анализ и прогноз этого явления тесно связан с оценкой физикомеханических свойств почв. 1

Таким образом, уплотнение как поверхностное, так и подпочвенное – весьма пагубное явление, неизменно сопровождающее интенсивное сельскохозяйственное производство. Вернуть же почву в прежнее состояние весьма затруднительно. С этим связан второй аспект проблемы – разуплотнение почвы. Как правило, разрыхлить поверхностный пахотный слой почвы несложно. Достаточно его вспахать, взрыхлить различными почвообрабатывающими орудиями. Но вот разрыхлить агрегаты – основное хранилище питательных веществ, воды, почвенной биоты – значительно сложнее. Агротехнические меры здесь не помогут. Восстановление внутриагрегатной порозности обязано деятельности почвенных микроорганизмов, накоплению специфических органических веществ. Необходимо применение органических и зеленых удобрений, влияющих на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, улучшающих состояние почвы. 1

Методики определения плотности и порозности почвы

Источник

Плотность и удельный вес грунта

Учитывая, что грунт представляет собой сложную дисперсную среду, состоящую из минеральных твердых частиц и порового пространства, заполненного в самом общем плане водой (поро-вой жидкостью) и воздухом, понятие плотности как физической величины также является сложным и приобретает определенность только в том случае, если указывается точно, о плотности каких фаз грунта идет речь.

Плотность частиц грунта ρ_s представляет собой отношение массы твердой части сухого грунта m_s (исключая массу воды в его порах) к его объему V:

Обычно в качестве единицы измерения плотности частиц грунта применяют следующие единицы: кг/м 3 , г/см 3 , т/м 3 и т.д.

Плотность частиц грунтов зависит от их минерального состава и присутствия органических и органоминеральных веществ, поэтому она представляет собой средневзвешенную плотность этих частей грунта.

Плотность частиц отдельных видов дисперсных грунтов имеет следующие значения: пески — 2,65. 2,67 т/м 3 ; супеси — 2,68. 2,72 т/м 3 ; суглинки — 2,69. 2,73 т/м 3 ; глины 2,71 . 2,76 т/м 3 ; торфы 1,50. 1,80 т/м 3 .

Плотность влажного грунта ρ_w представляет собой отношение массы влажного грунта m_w к его объему V_w:

Плотность сухого грунта ρ_d представляет собой отношение массы сухого грунта m_d (исключая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтом объему, который включает в себя объем имеющихся в этом грунте пор:

Эти параметры используются для характеристики физических свойств грунтов и в динамических расчетах оснований сооружений.

Для инженерных геотехнических расчетов, связанных, в частности, с определением природного давления и давления засыпки на подпорные стенки, используется не характеристика плотности грунта, а характеристика его удельного веса, представляющего собой отношение веса грунта к занимаемому им объему и измеряемого в Н/м 3 , кН/м 3 , мН/м 3 (система СИ).

Удельный вес частиц грунта γ_s — отношение веса сухого грунта к объему его твердой части.

Удельный вес влажного грунта γ_w — отношение веса влажного грунта ко всему занимаемому этим грунтом объему.

Удельный вес сухого грунта γ_d — отношение веса сухого грунта (скелета) к занимаемому этим грунтом объему, включая поры.

Плотность и удельный вес связаны между собой несложным соотношением. Так, при значении плотности частиц грунта р_s = 2,71 т/м3, удельный вес частиц этого же грунта γ_s = 10 р_s = 27,1 кН/м 3 .

Определение удельного веса состоит из двух основных операций: определения объема некоторого количества грунта и определения веса этого объема грунта.

Определение объема образца (монолита) непористой скальной породы осуществляется путем погружения образца в воду и определения объема вытесненной при этом воды.

Определение объема образца глинистого грунта путем непосредственного погружения его в воду невозможно, существует реальная опасность, что глинистый образец либо распадется, либо разбухнет, поглощая воду. Поэтому образец глинистого грунта перед погружением в воду предварительно парафинируют, т.е. покрывают его слоем не пропускающего воду парафина. При парафинировании следует избегать возможного защемления воздуха (пузырьков) между грунтом и парафином.

Далее опыт проводят обычным образом, описанным ранее. Для определения объема чистого грунта необходимо из найденного общего объема запарафинированного грунта вычесть объем, занятый парафином. Объем парафина легко определяется взвешиванием образца до и после парафинирования и учетом удельного веса самого парафина, обычно близкого к 9 кН/м 3 .

Удельный вес значительных по размеру монолитов связных грунтов определяется с достаточной точностью путем непосредственного измерения монолита, которому придали правильную геометрическую форму, например цилиндрическую, и его последующего взвешивания. На практике для определения удельного веса влажного (и сухого) грунта часто используется металлическое кольцо с заостренным режущим краем диаметром до 15 см и высотой до 5. 10 см. Для отбора пробы кольцо вдавливается в грунт. Объем образца в данном случае определяется внутренним объемом цилиндра.

Удельный вес влажных глинистых грунтов обычно составляет 19,5. 21,0 кН/м 3 . Удельный вес сухих несвязных сыпучих грунтов обычно колеблется от 15,8 до 16,5 кН/м3.

Объем несвязных песчаных грунтов определяют в двух состояниях: наиболее рыхлом и наиболее плотном. Определение ведется путем укладки песка в мерную емкость, причем пески испытываются в сухом виде или под водой. Требуемая максимальная рыхлость песка достигается осторожным его насыпанием в емкость, a предельная плотность — путем тщательного его штыкования до постоянства массы или путем помещения емкости с песком на вибростол.

Источник