Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.2: Щільність ґрунту

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    37891

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання

    • Виміряйте насипну щільність ґрунту та розрахуйте співвідношення обсягу пор.

    Потік рідин і через грунт має важливе значення для існування рослин та інших ґрунтових організмів. Ці потоки залежать від пористості ґрунту та зв'язності пор. Пористість ґрунту також залежить від щільності грунту і обернено пов'язана з нею. Якщо грунт ущільнюється, тверді речовини грунту упаковуються в менший обсяг, а частинки упаковуються ближче один до одного. Це призводить до меншого загального обсягу пір. Таким чином, зі збільшенням щільності ґрунту пористість ґрунту зменшується. Щільність ґрунту порівняно проста і дешева для вимірювання. Ця лабораторія тягне за собою демонстрацію використання пробовідбірника щільності ґрунту та набору проблем, орієнтованих на загальні розрахунки щільності ґрунту.

    Матеріали

    • Пробовідбірник насипної щільності грунту
    • Набір проблем щільності ґрунту

    Рекомендоване читання та перегляд

    Призначення передлабораторії

    Використовуючи рекомендовані ресурси для читання та перегляду та введення в цю лабораторію, дайте відповідь на питання, перераховані нижче. Ці визначення/питання нададуть стислий виклад основних концепцій, розглянутих в лабораторії. Вони також корисні як навчальні записки до іспитів.

    1. Визначте та поясніть відмінності між щільністю частинок, насипною щільністю та питомою вагою.
    2. Опишіть взаємозв'язок між 1) насипною щільністю і пористістю і 2) щільністю частинок і пористістю. Напишіть математичний вираз для цих зв'язків.
    3. Який типовий діапазон значень насипної густини для мінеральних ґрунтів? Який діапазон значень насипної густини для органічного ґрунту?
    4. Які розміри макропор і мікропор?
    5. Коротко опишемо процеси формування структури ґрунту (агрегату).
    6. Опишіть кілька прикладів методів управління ґрунтами, які збільшують або зменшують насипну щільність ґрунту.

    Вступ

    Фізичні властивості ґрунту контролюють механічну поведінку ґрунтів і будуть сильно впливати на землекористування та управління. Кілька важливих фізичних властивостей обговорювалися в інших лабораторіях: текстура, структура, колір і консистенція. У цій лабораторії будуть виміряні додаткові фізичні властивості та обговорюватимуться їх наслідки для землеустрою.

    Насипна щільність, щільність частинок та простір пір

    Грунт являє собою унікальне розташування твердих тіл і пустот. Порожнечі, або пористий простір, важливі для руху та зберігання повітря та води. Загальний пористий простір складається з пустот між піском, мулом та глинистими частинками та пустот між ґрунтовими заповнювачами. Тому текстура та структура регулюють кількість ґрунтового пористого простору. Органічна речовина впливає на тверду частину ґрунту, але також впливає на пористість опосередковано через вплив на структуру.

    Щільність відноситься до маси на одиницю об'єму. Насипна щільність грунту відноситься до маси об'єму сухого грунту. Обсяг включає як тверді речовини, так і пори. Щільність частинок відноситься до маси твердих речовин на об'єм тільки твердих речовин. Ці два вимірювання щільності дають важливе уявлення про фізичну природу даного ґрунту. Щільність ґрунту відіграє важливу роль як у зростанні рослин, так і в інженерному використанні ґрунту. Формули розрахунку насипної щільності і щільності частинок наступні:

    \[\text{Bulk density, }ρ_\text{b}=\frac{\text{mass of oven dry soil}}{\text{total soil volume}}\]\[\text{Particle density, }ρ_\text{p}=\frac{\text{mass of oven dry soil}}{\text{volume of soil solids}}\]

    Uhland пробовідбірник
    Малюнок 8.1. Пробовідбірник Uhland для збору зразків ґрунту для визначення насипної щільності. Діаграма від короля та співавт. (2003).

    Одиниці щільності зазвичай виражаються в g см - 3 або Mg m -3.

    Зверніть увагу, що загальний обсяг зразка грунту дорівнює об'єму сухих речовин і обсягу пір.

    Пористість - це відношення обсягу пір в зразку грунту до загального обсягу зразка:

    \[\text{Porosity, }φ=\frac{\text{volume of pores}}{\text{total soil volume}}\]

    Однак виміряти обсяг пір в зразку ґрунту складно. На практиці пористість зазвичай розраховується за формулою:

    \[\text{Porosity, }φ=1-\frac{ρ_\text{b}}{ρ_\text{p}}\]

    Пористість зазвичай виражається десятковим числом, але вона також може бути виражена у відсотках шляхом множення десяткової форми на 100%.

    Зразки для визначення насипної щільності повинні бути зібрані дуже ретельно, щоб гарантувати, що зразок представляє бажаний стан in situ і не відбулося додаткового ущільнення або розпушування. Одним із методів визначення насипної щільності є метод «ядра». (відносно) непорушене циліндричне ядро грунту збирають за допомогою пристрою, подібного до того, що зображено на малюнку 8.1.

    Ведучий вага піднімається і скидається неодноразово, щоб загнати пробовідбірник в грунт. При досягненні потрібної глибини пристрій виймають з грунту, а знімний металевий циліндр, що містить зразок грунту, видаляють. Маючи розміри циліндра і вагу пічного сухого грунту всередині циліндра, ми можемо обчислити насипну щільність.

    Процедура відбору проб

    1. Вставте в стовбур пробовідбірника сердечника 1,5 см металеве кільце, 6-сантиметровий металевий сердечник, а потім друге 1,5 см металеве кільце, потім знову прикріпіть стовбур до ручки. Зразок буде триматися в довшому циліндрі; два кільця 1,5 см - це розпірки, які допомагають забезпечити непорушений зразок ґрунту.
    2. Помістіть пробовідбірник над потрібним місцем відбору проб, а потім вбийте його в грунт за допомогою ковзаючого молотка у верхній частині рукоятки. Зупиніться, коли капелюшок бочки буде врівень з поверхнею грунту.
    3. Зніміть пробовідбірник з грунту, натиснувши на рукоятку до тих пір, поки вертикальний вал рукоятки не буде паралельний поверхні грунту.
    4. Вийміть стовбур з пробовідбірника і акуратно виштовхніть серцевину з верхньої частини стовбура, піклуючись про те, щоб серцевина була цілою.
    5. Акуратно розрізаємо між двома коротшими кільцями і основною серцевиною. Помістіть серцевину в марковану, попередньо зважену каністру і покладіть на кришку.
    6. Повернувшись в лабораторію, зважте кожну каністру плюс вологий грунт.
    7. Визначте вагу сухого грунту в пробі.
    8. Виміряйте довжину і діаметр металевих циліндрів.
    9. Використовуйте цю інформацію для розрахунку насипної щільності, пористості та заповненого водою обсягу пор.

    Визначення ваги сухого грунту в пробі

    Найпростіший спосіб - сушити зразок в звичайній духовці:

    1. Зніміть кришки всіх каністр і помістіть кожну в духовку 105C. Сушити протягом ночі.
    2. Запишіть остаточну вагу кожної каністри (включаючи кришку) плюс сухий грунт в духовці.
    3. Розрахуйте вологість зразків:

    \[\text{Mass of water}=(\text{mass of beaker}+\text{moist soil})-(\text{mass of beaker}+\text{dry soil})\]\[\text{Mass of dry soil}=(\text{mass of beaker}+\text{dry soil})-\text{mass of beaker}\]\[\text{Percent moisture}=\frac{\text{mass of water in soil}}{\text{mass of oven dry soil}}\times100\text{%}\]

    1. Розрахуйте суху вагу грунту в кожному циліндрі і запишіть дані:

    \[\text{Dry weight}=\frac{\text{wet weight}}{1+(\frac{\text{percent moisture}}{100\text{%}})}\]

    Діяльність 1 & Призначення: Набір проблем

    Набір проблем буде надано вам на початку лабораторного сеансу. Ви будете працювати зі своїми однокласниками, щоб завершити його під час лабораторії. Ваш інструктор лабораторії допоможе вам у міру необхідності.