Твердая фаза и поровое пространство почв. Деформации сжатия. Уплотнение, консолидация, компрессия

1. Твердая фаза и поровое пространство почв

Профильный курс для студентов
IV курса
Итоговая аттестация – экзамен

2. Деформации сжатия - уплотнение, консолидация, компрессия

Деформации сжатия уплотнение, консолидация,
• Процесс уменьшения порозности не насыщенных
компрессия
водой почв под влиянием эффективного давления за
счет уменьшения воздухоносной порозности
называется уплотнением.
• Консолидация – процесс уплотнения
первоначально насыщенной почвы путем отбора
(медленного «выжимания») воды при свободном ее
оттоке. Определяется скоростью оттока воды.
• Компрессия – процесс уплотнения не насыщенной
влагой воды, при котором происходит изменение
порового пространства почв как за счет уменьшения
объема воздухоносных пор, так и за счет оттока влаги
из порового пространства. Компрессия почвы
включает процессы уплотнения и консолидации

3. Компрессионные кривые

4. Зависимость коэффициента пористости почвы от нормальной нагрузки – «компрессионная кривая» (получается на специальных приборах – одоме

Зависимость коэффициента пористости
почвы от нормальной нагрузки –
«компрессионная кривая» (получается
à
á
на специальных
приборах
–
одометрах)
e
e
0.8
M1
0.4
M1
P1
P2
P , êã/ ñì
Pñòð
log P

5.

e = A - m0 × P = A - tga × P
tga
е
0
1
- сжимаемость
2De = - m0 × DP Закон уплотнения:
при небольших
изменениях
давления изменения
коэф.пористости
3
прямо пропорционально
изменению давления
4
-1
a
еf
Рстр
m0 éë Ï à ùû
Pn

6. Важнейшие формулы

De = -m0 × DPn
Заменяем
De
m0
mv =
1+ e
на
g
-Закон уплотнения
и получаем запись
- относительная сжимаемость
Е – модуль деформации или модуль Юнга
Pn
g=
E

7. Зависимость компрессионных кривых от свойств почв

e
e
à)
e
P e
á)
ã)
P
â)
ïðèçìàòè÷åñêàÿ
P
P

8. Компрессионные кривые характеризуются:

• Нелинейностью
• Структурной прочностью
• Гистерезисом
• Остаточной деформацией

9. Просадки – уменьшение порозности почвы под действием нормальных напряжений и ряда сопровождающих причин

• ПРОСАДКА (ГРУНТА) – постепенное опускание
поверхности земли на некотором участке
территории вследствие уменьшения объема
находящегося в напряженном состоянии грунта при
оттаивании мерзлого грунта, вымывания
воднорастворимых солей (химическая суффозная
просадка в засоленных глинах, послепросадочная
деформация в лессовых грунтах), сейсмических
колебаниях и воздействии вибрации (сейсмическая
вибрационная просадка). Может быть результатом
откачки подземных вод для технических и бытовых
нужд или добычи нефти и газа. Просадки возможны
также при добыче твердых полезных ископаемых
шахтным способом. П.г. нередки в пределах

10.

11.

ТЕСТ 1 (отвечаем на все вопросы
любым способом: указать
правильный ответ, написать
расширенный ответ, написать
фразу, согласие и пр.)

12.

1. В томографии применяются лучи (а) рентгеновские; (б) лазерные; (в) световые г) ньютоновские.
2. Какие лучи получают, используя
- катод и анод ?
- анод и антикатод
- катод и антикатод
- анод и антианод
Что это такое «анти-«?
3. В чьем законе вводится понятие «вязкости»
- Ньютона
- Гука
-Сен Симона
-Кулона
4. Какой деформацией обладает алмаз
А вязкой
Б пластичной
В – упругой
Г – пластично-упругой
5. Чем отличаются элементарные почвенные частицы, состоящие из
А – органического вещества
Б – минералов
С – химических соединений
Д – органо-минеральные
6. Чем отличается просадка от суффозии?
7. Чем отличаются консолидация от компрессии, а компрессия от уплотнения?
8. Если мы будем определять гранулометрический состав не в воде, а в керосине, как изменится метод пипетки? А
метод дифрактометра? А если в спирте, - какие изменения?
9. Как соотносятся «порозность» и «коэффициент пористости»? Выведите формулу их соотношения.
10. Ваше мнение, - возможен ли дифрактометр со световыми лучами? В чем трудность создания такого
дифрактометра?
11. В каком диапазоне частиц ареометр дает наибольшие абсолютные ошибки:
А – при определенми физического песка
Б – при определении пыли
В – при определении физической глины
Г – физически обосновать ответ
12. Перед Вами томография почвенного агрегата (чернозем типичный). Что в агрегате «черное», «светлые пятна»,
«серые пятна» - какие вещества, соединения?

13.

Томограмма
почвенного агрегата
(чернозем типичный).
Вами томография
почвенного агрегата
(чернозем типичный).

14.

Томограмма
почвенного агрегата
(чернозем типичный)

15.

Основная
гидрофизическая
характеристика

16.

17. Следующая тема

Основная
гидрофизическая
характеристика
(ОГХ)

18. ОСНОВНАЯ ГИДРОФИЗИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА (ОГХ)

• ОГХ. Основные области и характерные точки.
Зависимость от свойств почв.
• Использование ОГХ для расчетов:
▫ Распределения пор по размерам
▫ почвенно-гидрологических констант
▫ Движения влаги в почве (хроноизобары)
• Гистерезис ОГХ
• Методы определения ОГХ
• Педотрансферные функции

19. Основная гидрофизическая характеристика (OГХ)

P K -C
P6
P5
P4
P3
P2
1
P 1=0
ï î ëí î é âëàãî åì êî ñòè

20. Определения

Основная гидрофизическая характеристика (ОГХ) –
изотермическая равновесная зависимость капиллярносорбционного (матричного) давления почвенной влаги
от влажности почвы. Влажность почвы может быть
выражена как в весовых, так и в объемных процентах
(долях).
Определения
Величины давления влаги, откладываемые по оси ординат,
представляют обычно в виде единиц pF – десятичного логарифма
абсолютной величины капиллярно-сорбционного давления влаги,
выраженного в см водного столба.
Вид и форма ОГХ специфичны для каждого почвенного образца и
характеризуют структуру порового пространства (плотность и
дифференциальную порозность почв), гранулометрический и
минералогический составы.

21. Характерные области ОГХ

pF
êðèâàÿ
ñî ðáöèè
6
ñî ðáöèî í í àÿ
î áëàñòü
P/ P 0
5
1
ï ëåí î ÷í î êàï èëëÿðí àÿ
4
3
2
1
êàï èëëÿðí àÿ
î áëàñòü
äàâëåí èå
âõî äà âî çäóõà, Ðá
min
î áëàñòü
í àñû ù åí èÿ
0
, %

22. Продолжение темы «Основная Гидрофизическая Характеристика»

23. Изменение ОГХ для почв различного гранулометрического состава

Изменение ОГХ для почв
различного
pF
гранулометрического состава
ñóãëèíîê
òîíêèå
ñðåäíèå
òîëñòûå
ãëèíà
а
ин
гл
ок
ин
гл
к
су
со
пе
ïåñîê
W

24. Изменение ОГХ при уплотнении

pF
óï ëî òí åí èå
W

25. Изменение ОГХ при изменении минералогического состава

pF
ì èí åðàëî ãè÷åñêèé
ñî ñòàâ
W

26. Изменение ОГХ при осолонцевании почв

pF
W

27. Изменение ОГХ при засолении почв

pF
W

28. Использование ОГХ для расчета распределения пор по размерам

a)
P m ,
ñì .âä.ñò
P4
P3
P2
P1
0
ñì 3/ ñì
r2
r1
á)
Vï î ð,
ñì 3/ ñì
3
r4
r3
3

29. Использование ОГХ для определения гидрологических констант

Какие константы мы знаем?

30.

W
WМАВ
(Wm )e
Wa
pF
Wm
7
(Wm)e
Wi
капиллярная
конденсация
полимолекулярный слой
мономолекулярный
слой
0.35
0.05
0.8
1
P/P0
6
5
МГ
4
ВЗ
НВ
капиллярная
3
2
КВ
1
гравитационная
W

31.

pF
7
6
5
ВЗ
4
НВ
3
2
1
песчаная
суглинистая
W

32.

33. 5. Педотрансферные функции

34. Педотрансферные функции

Педотрансферными
функциями
в
современном
почвоведении
называют
зависимости,
позволяющие
рассчитывать
основную гидрофизическую характеристику
(ОГХ) по традиционным, базовым свойствам
почв ( по гранулометрическому составу,
плотности почвы. содержанию органического
углерода и пр.).

35. Пример педотрансферной функции

Пример педотрансферной
• Влажность при pF=4.12 (влажность
функции
завядания)
Q pF =4.12 = 1.23 + 0.369(физглина
.
) + 0.947(содуглерода
.
)
• Влажность при pF=2.5 (влажность при НВ)
QpF =2.52 = 7.21 + 0.771(физглина
.
) + 13.45(содуглерода
.
)

36. Аппроксимация ОГХ и функции влагопроводности

1-1/n
æ
ö
- r
1
= Se = ç
n ÷
s - r
è 1 + (a × P) ø
- уравнение ван Генухтена для описания ОГХ
- но есть много других уравнений: Брукс и Кори
Рассчитывают педотрансферные функции,
как эмпирические зависимости параметров
аппроксимации (n, α) от фундаментальных свойств почв

37. Для получения педотрансферных функций необходимо:

• Большой банк
данных по ОГХ и физическим
свойствам, чтобы получить эмпирические
зависимости;
• Выбрать способ построения (математический
аппарат) ПТФ для расчета ОГХ по свойствам
почвы

38. ДВИЖЕНИЕ ВЛАГИ В НАСЫЩЕННОЙ ПОЧВЕ (ФИЛЬТРАЦИЯ)

ДВИЖЕНИЕ ВЛАГИ В
НАСЫЩЕННОЙ ПОЧВЕ
• Закон Дарси
(ФИЛЬТРАЦИЯ)
Виды фильтрации
Отклонения от закона Дарси
Водороницаемость: впитывание+фильтрация
Коэффициент впитывания и фильтрации