A talajok műszaki és geológiai tulajdonságai
A talajok műszaki és geológiai tulajdonságai
A talajok viselkedése a struktúrákkal való kölcsönhatás és az utóbbi stabilitásának meghatározása érdekében szükséges a kvantitatív jellemzők vagy az úgynevezett talaj tulajdonságok mutatói. A módszereket különböző módszerek határozzák meg, amelyek területi és laboratóriumi módszerekkel vannak felosztva. Az előbbiek drágábbak, de megbízhatóbb eredményeket adnak.
A talajok tulajdonságait a laboratóriumi körülmények között a vizsgált terület kiválasztott pontjaiban kiválasztott mintákból határozzák meg. A laboratóriumi meghatározások száma általában jelentősen meghaladja a helyszíni kísérletek számát.
A kutatás során rendszerint a terepi és laboratóriumi módszerek alkalmazása társul. Az ingatlanmutatók fajtái és meghatározásuk mértéke a talaj típusától, a kutatás céljától, a tervezés fázisától és szakaszaitól, a tőkeosztálytól, a létesítményektől vagy a rendszerektől függ.
A szerkezetek és rendszerek kialakításában és működtetésében a talaj fizikai, víz- és mechanikai tulajdonságai a legfontosabbak.
1.4.1. A talaj fizikai tulajdonságai
A talaj fizikai tulajdonságai jellemzik a talaj fizikai állapotát; ezek közé tartozik a sűrűség, a porozitás és a porozitás. Függetlenül attól, hogy a természet közötti kapcsolat a részecskék minden kőzetben nem teljesen sűrű testek és szabad terek és üregek, lehet tölteni, gázok és folyadékok és szolgálnak csatornák azok mozgását.
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 alatt, anélkül, hogy érzékelhető ellentétet tapasztalna a felületi feszültség hatásairól;
· Kapilláris pórusátmérő 1,0-0,0002 mm vagy repedésszélesség 0,25-0,0001 mm. ahol a vízmozgás a kapilláris feszültség és a hidrosztatikus nyomás hatása alatt következik be;
· Alakapilláris, pórusátmérője kisebb, mint 0,0002 mm, vagy repedésszélessége 0,0001 mm-nél kisebb. ahol a kapilláris feszültség erőinek hatása hozzáadódik a víz elektro-molekuláris vonzerejének a szikla részecskéihez.
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 aránya a százalékos százalékban kifejezett V. szikla összes térfogatához viszonyítva adja meg a következő 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.
Mert neskalnyh kőzetek porozitása kivételével számított értéke is csökkent porozitás vagy ahogy gyakran nevezik, - a nagysága a porozitása. 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 ásványi rész sűrűsége m-ben. 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 váz sűrűségéből kiszámítható a porozitási indexek - n porozitás és a talaj porozitásának együtthatója.
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.
1.4.2. 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 nem csak minőségi, hanem mennyiségi értékelést is szerezhessenek, megalapozzák a kőzet nedvességének fogalmát.
A W szikla nedvességtartalma a szikla pórusaiban lévő víz tömegének százalékos aránya, a szikla ásványi vázának súlya.
A talaj nedvességtartalmát három tényező jellemzi: a nedvesség nedvességtartalma és a 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 alapuló eljárások a nedvesség eltávolítására a talajból annak áthelyezését a gőz állapotban (termikus módszerekkel) vagy nyomja (mechanikus módszerrel). A második csoport (elektromos, radioaktív, vizes, törzs, térfogati, kúp és optikai módszerek) alapján a közvetett meghatározására a víz mennyisége a talajban eltávolítása nélkül.
A legszélesebb körben alkalmazott termosztatikus (termikus) módszer, amelyben a medencékbe helyezett talajmintákat állandó tömegre 105 ° C-on szárítják.
Az utóbbi 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 kapacitás megfelel a talaj térfogat nedvességtartalmának teljes telítésével vízzel és kapilláris - a kapilláris telítettségével és a kisebb pórusokkal. A maximális molekuláris nedvességtartalom az összes fizikailag kötött víz teljes mennyisége, és a higroszkópos mennyiség a szilárdan kötött víz mennyisége.
Mennyiségi szempontból a nedvességtartalom minden típusát a térfogat nedvessége is mutatja. Nedvességtartalom meghatározza az úgynevezett vízmegtartó kapacitása, amely számszerűen egyenlő a víz mennyisége marad a vízben-kőzet a kezdeti szabad víz kiáramlását a mintából. 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 folyadékveszteség együtthatója az előre telített kőzettől a szikla térfogatáig szabadon leadott víz térfogata.
A telítettség hiánya számszerűen egyenlő a teljes nedvességtartalom és a természetes nedvességtartalom közötti különbséggel. Ezen indikátor meghatározása az öntözőrendszerek levegőztetési zónájának talajára és talajára az öntözési és öntözési ütemezések ütemezésén alapul.
Plaszticitás. A plaszticitás a talajok tulajdonságai, hogy a külsõ nyomás hatására deformálódjanak (megváltoztassák a formát), és megszüntessék a szerzett formát; míg a föld folytonosságát nem sértik.
Agyagos talajok műanyag. Az ilyen talajok állapotát vagy konzisztenciáját nedvességtartalmuk határozza meg. Egy kis (legfeljebb egy bizonyos) nedvesítéssel a talaj megőrzi a szilárd anyag tulajdonságait. Ezután egy bizonyos (minden egyes talajjal szemben) nedvesség esetén műanyag állapotba kerül, és további nedvesítéssel átáramlóvá válik.
Ezek alapállapotú (szilárd, műanyag és folyékony) alapvető, és a nedvesség, amelynél az átmenet az egyik a másik, az úgynevezett jellemző páratartalom, vagy azon kívül a képlékenység.
A WPt nedvessége ahol a talaj át egy szilárd állapotból egy műanyag (vagy fordítva), az úgynevezett alsó határa plaszticitás és WL páratartalma az átmenet a műanyag állapotból folyadék (vagy fordítva), - a felső határ alakíthatóság vagy folyáshatár.
A felső és alsó határértékek közötti különbséget az IP plaszticitási számnak nevezzük. A plaszticitási értékek értéke a talajban lévő agyag és kolloid részecskék tartalmától függ. Minden talajtípushoz jellemző a plaszticitási számuk (1.3. Táblázat).
1.3 táblázat. A talajok osztályozása a hajlékonyság számával
Meghatározása a talaj típusát a számát plaszticitás és azok természetes konzisztencia nagy gyakorlati jelentőségű, mint a teherbírás és a terhelhetőség, ha használják az építési nagyrészt attól függ, hogy összhangban állnak [3].
Duzzanat. A talaj tulajdonsága növeli a térfogatot, ha a nedvesedést duzzanatnak nevezik. Ez függ a méreteloszlás és ásványi összetétele, szerkezete és állaga a talaj, összetétele kicserélhető kationok, az ionos összetétele a víz kölcsönhatásba lép a talajjal.
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 vízkötések kialakulásával 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 alkotják, az abszorbeáló komplexben nátriummal kisebb agyagok (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
A primer műanyag, de nem ragadós
Primer műanyag és ragacsos
A talaj viszkózus, sűrűen terjed
A talaj egy vékony réteget terjeszt
A zsugorodás felső határa
A WP alsó plaszticitási határértéke
A felső műanyag határ WL
Mennyiségi értelemben a duzzadási értéket a térfogati V vagy lineáris duzzadási indexek határozzák meg, a duzzadás alatt a talajban kialakuló nyomás mértékét és a nedvességet, amelyen a duzzadási folyamat leáll:
ahol V Н - a minta térfogata és magassága duzzanat után; V 0 és 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 szempontból a lineáris zsugorodás és a talajnedvesség térfogatának VY értékei a W Y zsugorodási határértékkel jellemezhetők.
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 romboló hatás nélkül nedvesített állapotban, lágyulásnak nevezik, és numerikusan jellemzik a KR lágyulási együtthatóját.
ahol a p1 és p2 a talaj idő-ellenállása a kompresszióhoz vízzel való telítés előtt és után.
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 a graniták és a gneiszek - a sűrű, kemény talajok kristályos kötésekkel a fizikai időjárás következtében szinte laza talajokká (úgynevezett rumbles) alakulnak át, amelyek különböző méretű szögletes töredékekből állnak. 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 - ideiglenes talajellenállások a tömörítéshez a nem felszáradt (kezdeti) állapotban és egy év időtartamú, időjárási körülményeknek kitett állapotban.