Показатели физических свойств грунтов: Физические свойства грунтов

Физические свойства грунтов: физические характеристики грунтов

Физические свойства грунтов – это характеристики, которые проявляются в природной среде. Проще говоря, они показывают состояние грунта в конкретном месте и в определенный отрезок времени. Как правило, физические характеристики относятся к тем грунтам, которые не были подвержены внешнему механическому воздействию. Информация о них помогает правильно использовать материал, изменять его свойства.

• Физические свойства грунтов

• Влажность

• Влагоемкость

• Водопроницаемость

• Гранулометрический состав

• Плотность грунта

• Пористость грунта

• Выветрелость

• Пластичность

Группа физических характеристик включает:

• Влажность
• Влагоемкость
• Водопроницаемость
• Гранулометрический состав
• Плотность
• Пористость
• Выветрелость
• Пластичность

О каждом из этих свойств мы расскажем далее.

Влажность

Это процентное содержание воды в грунте в условиях природного залегания. Показатель изменчивый, особенно в верхних горизонтах. Он зависит от климата, количества осадков, времени года. Например, весной, после таяния снега, грунт напитывается влагой от талых вод. Летом, в засушливую погоду, он высыхает.

В нижних слоях массива влажность более стабильная, на нее влияет уровень грунтовых вод. От данного показателя зависят многие характеристики грунта – прочность и несущая способность, просадочность, химический состав, плодородие.

Для определения влажности отбирают пробу грунта и помещают ее в сушильный шкаф. Далее производится несколько этапов высушивания. Это необходимо, чтобы довести образец до постоянной массы и понять, сколько весит материал, не содержащий влаги. Далее сопоставляют первоначальную и конечную массы – и выводят показатель влажности.

Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Влажность грунта.

Влагоемкость

Под влагоемкостью понимают свойство грунта впитывать и удерживать воду. Она зависит в первую очередь от количества открытых пор и капилляров. Значительная пористость характерна для мелкозернистых грунтов – песка, дресвы, супеси. Они могут впитывать большое количество воды, но в тоже время хорошо ее пропускают. Глинистые частицы могут фиксировать на своей поверхности молекулы воды и задерживать ее, при полном насыщении увеличиваются в объеме. Поэтому покупать такой грунт весной, когда он впитал много талой воды, не стоит. Масса и объем материала будут больше, но вы доплатите за жидкость.

Влагоемкость определяется лабораторным путем. Для этого сухой образец грунта насыщают водой и сопоставляют разницу масс до и после испытаний.

Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Влагоемкость грунта.

Водопроницаемость

Это способность грунта пропускать через себя воду, свободно стекающую в нижние горизонты под воздействием силы тяжести и атмосферного давления. Водопроницаемость влияет на степень уплотнения грунтов, склонность к оползням в горной местности, концентрацию питательных веществ в верхних слоях почвы. У грунтов с низкой водопроницаемостью плохие дренажные свойства, на их поверхности застаивается вода, что ведет к заболачиванию участков.

Измеряется показатель коэффициентом фильтрации, характеризующим скорость, с которой жидкость проходит через материал (в метрах в сутки).

По водопроницаемости все грунты разделяются на несколько групп:

Группа	Коэффициент фильтрации	Комментарий
Водонепроницаемые	До 0,005 м/сут.	За 24 часа в такой грунт вода уйдет менее чем на полсантиметра. Такой показатель характерен для глины и скального грунта с низкой степенью выветрелости.
Слабоводопроницаемые	От 0,005 м/сут. до 0,3 м/сут.	В эту категорию входят тяжелые супеси, песчаники и суглинки. Они плохо пропускают воду из-за плотного сложения.
Водопроницаемые	От 0,3 м/сут. до 3 м/сут.	Сюда входят материалы с достаточно крупным размером зерен или с высокой трещиноватостью. Это супеси, глинистые сланцы, песчаники и известняки
Сильноводопроницаемые	От 3 м/сут. до 30 м/сут.	К этой группе относят практически все пески, а также скальный грунт средней степени выветрелости. Плотность у таких материалов низкая за счет большого количества пустот между зернами. Сквозь эти пустоты хорошо проходит вода.
Очень сильноводопроницаемые	Более 30 м/сут.	Структура таких грунтов практически не препятствует прохождению воды. Это галька, гравий и сильновыветрелый скальный грунт.

Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Водопроницаемость грунта.

Гранулометрический состав

Процентное содержание в грунте частиц с разным диаметром. Определяется путем разделения образцов грунта на фракции. Размеры частиц колеблются от десятков сантиметров (валуны и глыбы) до нескольких микрометров (глины, пылеватые грунты). От гранулометрического состава зависят влажность, пористость, плотность, водопроницаемость и ряд других характеристик материала.

Одной из составляющих гранулометрического состава является микроагрегатный состав. Первичные частицы грунта могут скрепляться между собой с помощью коллоидных или цементирующих связей. В результате образуются микроагрегаты и конгломераты. Очень часто такие структуры возникают в плодородных почвах, где песчаные и глинистые частицы сцепляются органическими веществами. Внутри микроагрегатов удерживается влага, интенсивно разлагается органика, размножаются полезные почвенные бактерии.

В целом, все грунты можно разделить на три большие категории:

• Крупнообломочные
• Песчаные
• Глинистые

На самом деле, эта классификация достаточно сложна, и здесь мы не будем сильно погружаться в детали.

Подробно об этой характеристике вы можете прочитать в статье Гранулометрический состав грунта.

Плотность грунта

Плотность грунта – это соотношение его массы к объему (г/см3 или т/м3). Измеряется показатель в неуплотненных образцах при естественной влажности. Дополнительно может определяться плотность твердых частиц, скелета (плотность твердой фазы и пор, без учета влаги), водонасыщенного образца, насыпная плотность (соотношение массы и объема при свободной засыпке материала).

Плотность влияет на несущую способность грунта, водопроницаемость. Зависит она во многом от зернового состава материала. Чем мельче частицы, составляющие основную массу, тем выше будет плотность. Это связано с тем, что мелкие зерна лучше примыкают друг к другу, между ними образуется меньше пустот. А, следовательно, и вес такого материала будет выше.

Показатель плотности позволяет высчитать, какой объем займет партия определенной массы или сколько будет весить куб материала.

Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Плотность грунта.

Пористость грунта

Пористость определяется отношением объема всех пустот грунта к его общему объему. Поры бывают крупными и мелкими, открытыми и закрытыми. Они образуются в процессе выветривания и перемещения грунтовой массы. Количество и диаметр зависят от гранулометрического и частично химического состава. От пористости зависят плотность, водопроницаемость и водонасыщенность, способность к усадке.

Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Пористость грунта.

Выветрелость

Показатель разрушения горной породы под влиянием природных факторов. Определяется для скальных крупнообломочных грунтов. Коэффициент выветрелости вычисляется после дробления пробы в барабане, по соотношению частиц с диаметром меньше и больше 2 мм. Показатель влияет на прочность и устойчивость к износу. Чем более выветрелый материал, тем быстрее он разрушается под влиянием статических и динамических нагрузок.

Высокий коэффициент выветрелости у разборного скального грунта, гравия, дресвы. Такие материалы нельзя добавлять в бетон, использовать для дорожной одежды на участках с большим трафиком или для других ответственных работ.

Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Выветрелость грунта.

Пластичность

Способность глинистой породы под внешним воздействием менять форму и сохранять ее после его прекращения. При этом связи между отдельными частицами не разрываются. Свойство проявляется при увлажнении и определяется числом пластичности (разницей между влажностью, при которой глина переходит в текучее и твердое состояние). Пластичные грунты склонны к набуханию, морозному пучению. При высыхании они становятся твердыми и плохо пропускают воду.

Подробнее об этом вы можете прочитать в статье Пластичность грунта.

Физические характеристики грунта определяются перед закладкой фундамента, прокладкой дороги. Их важно знать, если вы собираетесь покупать материал для строительных целей или улучшения плодородия на огороде.

Важно понимать, что физические свойства грунта после его изъятия из места залегания и перевозки изменяются. Он может терять влажность, уплотняться. Некоторые грунты перед реализацией обогащают. Например, природную ПГС разделяют на песок и гравий. Карьерный песок промывают, удаляют из него мелкие глинистые частицы и крупные включения. Обработанный материал качественнее, но цена его сразу возрастает.

• Пластичность грунта
• Плотность грунта
  • Максимальная плотность грунта
  • Общая плотность грунта
  • Плотность сухого (скелета) грунта
  • Плотность твёрдой фазы грунта
• Влажность грунта
• Гранулометрический состав грунтов
• Коэффициент пористости грунта

Физические свойства грунтов и их характеристики

Вернуться на страницу «Основания фундаментов»

Все грунты отличаются между собой многими признаками. Для механики грунтов наиболее важными являются их физические и механические свойства, количественные показатели свойств грунтов называют характеристиками. Характеристики физических свойств условно разделяют на группы: основные и производные. К основным характеристикам относятся: плотность твердых частиц, плотность грунта природного сложения и влажности. Их определяют опытным путем в лаборатории или в полевых условиях. К производным относят: плотность сухого грунта (Скелета), пористость, коэффициент пористости и коэффициент водонасыщения. Их вычисляют по формулам, используя основные характеристики.

Рис.1. Определение характеристик грунтов.

В состав взятого объема V грунтов входят: твердые частицы суммарным объемом V_s и массой m_s, а также полости между ними с объемом V_p. При этом поры могут быть заполнены частично воздухом с объемом V_a и частично водой объемом V_w с массой m_w.

Плотностью твердых частиц грунта называют массу единицы объема твердых частиц, составленных абсолютно плотно, то есть без каких-либо зазоров, и пор между ними. Плотность твердых частиц выражают отношением массыm_s твердых частиц, содержащихся в общем объеме V почвы, к их суммарному объемуV_s:

p_s= m_s/V_s

За единицу измерения плотности твердых частиц грунта используют г / см³. Определяют эту характеристику зачастую пикнометрическим методом. При этом массу твердых частиц находят взвешиванием образца грунта, предварительно высушенного до постоянной массы при температуре 100 … 105⁰С, а объем твердых частиц определяют по массе, вытесненной им жидкости с известной плотностью, с помощью специальных мерных колб (так называемых Пикнометры).

Величина плотности твердых частиц почвы зависит только от их минералогического состава. Она возрастает при увеличении содержания в почве и плотности породо-образовательных минералов (кварца, каолинита, ортоклаза, плагиоклаза, биотита,мусковита и т. п.), а уменьшается — при увеличении содержания органических веществ.

Средние значения плотности твердых частиц отдельных типов дисперсных грунтов составляют: песков — 2,65 … 2,67; супесей — 2,68 … 2,72; суглинков — 2,69 … 2,73;глин — 2,71 … 2,76; заторфованных грунтов — 2,0 … 2,2; торфов — 1,4 … 1,8 г / см3.

Плотностью грунта природной (ненарушенной) структурой называют массу единицы его объема и выражают отношением массы грунта m, включая массу твердых частиц m_s и массу воды m_w, к общему объему почвы V, включая объем твердых частиц V_s и объем пустот V_p:

p = m/V = (m_s + m_w)/(V_s + V_p)

Соответственно плотность грунта измеряют в г / см3. Для определения плотности грунтов могут быть применены несколько методов:

— метод режущего кольца (Для грунтов, которые легко поддаются обработке ножом), метод парафинирования,

— метод гидростатического взвешивания в нейтральной жидкости — бензине, керосине, и т. п. (для скальных и мерзлыхпочв).

Величина плотности зависит от минералогического состава, влажности и пористости (плотности строения) грунта. Почвы одинакового состава и строения имеют наибольшую массу в случае полного заполнения пор водой. Величина плотности глин, суглинков, супесей, песков и крупнообломочных грунтов находится в диапазоне от 1,2 до 2,4 г / см³. Более высокие значения плотности относятся к крупнообломочным (разнозернистым) грунтам, моренным суглинкам и глин. Меньшее значение плотности характерны для грунтов, содержащих гумус, или для лессовых грунтов. Плотность сухого торфа может быть меньше 1,0 г / см3.

Влажностью грунта W называют относительное количество воды, содержащейся в его полостях. В механике грунтов пользуются, так называемой, абсолютной (весовой) влажностью. Абсолютную влажность выражают отношением массы m_w воды, содержащейся в порах некоторого объема грунта V, к массе m_s твердых частиц, содержащиеся в этом же объеме. Влажность почвы измеряют в относительных единицах (г / г) или в процентах, то есть

W = m_w / m_s = ( m – m_s)/m_s

W = (m_w / m_s)100% = [( m – m_s)/m_s]100%

В дальнейшем весовую влажность будем называть просто влажностью. Ее величина изменяется в очень широких пределах, достигая 200% и более (например, в текучих глинах, морских и речных илах). Влажность определяют высушиванием грунта до постоянной массы при температуре 100 … 105⁰С. Грунт, высушенный до постоянной массы, называют абсолютно сухим.

3 типа индикаторов здоровья почвы

19 марта 2020 г.

Здоровье почвы — это способность почвы функционировать в качестве жизненно важной живой системы для поддержания биологической продуктивности, поддержания качества окружающей среды и укрепления здоровья растений, животных и человека. Это понятие, которое характеризует способность живой почвенной системы выполнять такие функции, как поддержание здоровья растений.

Представление о здоровой почве должно быть передано с помощью полезных измерений, известных как индикаторы здоровья почвы, которые чувствительны к изменениям в почвенных процессах и отражают связи между биологическими, химическими и физическими свойствами почвы.

Существует три типа индикаторов состояния почвы:

1. Химические индикаторы
   • pH: pH является важным индикатором состояния почвы, поскольку неадекватное значение pH почвы может повлиять на рост сельскохозяйственных культур и уменьшить доступность основных питательных веществ. . Кроме того, рН почвы может варьировать микробные сообщества почвы.
   • Макроэлементы: N, P, K, Ca, Mg, S — макроэлементы, необходимые для роста растений. Если эти питательные вещества недоступны в пригодных для использования растениями количествах, вероятно, пострадает рост сельскохозяйственных культур.
   • Микроэлементы: хотя они необходимы в меньших количествах, чем макроэлементы, микроэлементы так же важны для роста растений. Как правило, почвы обеспечивают растения достаточным количеством необходимых микроэлементов.
2. Физические показатели
   • Стабильность заполнителя: Почвенные агрегаты, которые прочно удерживаются вместе с помощью корневых выделений, почвенных грибков и присущих почве свойств. Их можно улучшить, создав среду для «биологических клеев», которые будут производиться растениями и микробами, путем сокращения обработки почвы, которая физически разрушает агрегаты почвы.
   • Доступная влагоемкость: Многое зависит от врожденной структуры почвы, но может зависеть от количества органического вещества почвы и агрегации почвы, которые могут увеличить влагоудерживающую способность.
   • Уплотнение почвы: Высокая степень уплотнения почвы означает, что в почве остается меньше места для воздуха или воды, что влияет на инфильтрацию и дренаж воды, рост корней растений, а также микробные сообщества почвы. Своевременное вождение крупногабаритного оборудования по почве, а также глубокое укоренение растений в почве могут помочь облегчить это.
3. Биологические индикаторы
   • Почвенный микробный белок: Измеряет содержание азота в расщепляемых в почве белках, которые затем будут доступны для поглощения растениями.
   • Активный уголь: Измеряет углеродсодержащие соединения, которые легко расщепляются микробами в качестве пищи. Активный углерод, по сути, является мерой запаса пищи, доступной для микробов, что способствует доступности питательных веществ и круговороту.
   • OM: Органические вещества влияют на водоудерживающую способность, содержат питательные вещества, которые могут быть расщеплены и доступны, а также служат пищей для микробов. Улучшение содержания органического вещества в почве может быть сложной задачей, но ее можно упростить за счет внедрения тактик сохранения, таких как сокращение обработки почвы, добавление других культур в севооборот и использование покровных культур.
   • Дыхание: Измеряет количество CO2, производимого микробами, что может помочь определить микробную активность почвы.

Как вы измеряете здоровье вашей почвы? Посмотрите этот веб-семинар Soil Sessions, посвященный показателям здоровья почвы, чтобы получить больше идей.

Качество почвы: Показатели: Инфильтрация

Главная > Индикаторы >

Инфильтрация

Что это такое: Инфильтрация – это проникновение воды вниз в почву. Скорость, с которой вода поступает в почву, называется скоростью инфильтрации. Скорость инфильтрации обычно выражается в дюймах в час. Вода от дождя или орошения должна сначала попасть в почву, чтобы она имела ценность.

Почему это важно: Инфильтрация — это показатель способности почвы пропускать воду через почвенный профиль. Почва временно хранит воду, делая ее доступной для поглощения корнями, роста растений и среды обитания почвенных организмов.

Конкретные проблемы, которые могут быть вызваны плохим функционированием: Когда вода подается со скоростью, превышающей инфильтрационную способность почвы, она стекает вниз по склону в виде стока на наклонных участках или прудов на поверхности ровного участка. Когда сток происходит на голой или бедной растительностью почве, происходит эрозия. Сток несет с собой питательные вещества, химические вещества и почву, что приводит к снижению продуктивности почвы, отложению наносов водоемов за пределами площадки и ухудшению качества воды. Наносы уменьшают вместимость водохранилищ и ручьев и могут привести к наводнениям.

Ограниченная инфильтрация и накопление воды на поверхности почвы приводит к плохой аэрации почвы, что приводит к плохой функции корней и росту растений, а также к снижению доступности питательных веществ и круговорота почвенных организмов. Заболачивание и насыщение почвы снижает ее прочность, разрушает структуру почвы, увеличивает отделение частиц почвы и делает почву более подверженной эрозии. На поверхности почвы, а не в почвенном профиле, прудовая вода подвергается повышенному испарению, что приводит к уменьшению количества воды, доступной для роста растений.

Для роста растений и окружающей среды обычно желательна высокая скорость инфильтрации. В некоторых случаях почвы с неограниченным движением воды по своему профилю могут вызывать экологические проблемы, если неправильно применяемые питательные вещества и химические вещества попадают в подземные и поверхностные водные ресурсы через подземный сток.

Методы консервации, которые приводят к плохой инфильтрации, включают:

• Заделка, сжигание или сбор растительных остатков, оставляющих почву обнаженной и подверженной эрозии,
• Методы обработки почвы и действия по нарушению почвы, которые разрушают связанные с поверхностью поры и предотвращают
  накопление органического вещества почвы, и
• Перевозка оборудования и скота, особенно на влажных почвах, которые вызывают уплотнение и снижение пористости.

Что вы можете сделать: Некоторые методы сохранения помогают поддерживать или улучшать инфильтрацию воды в почву за счет увеличения растительного покрова, управления пожнивными остатками и увеличения содержания органического вещества в почве. Как правило, эти методы сводят к минимуму нарушение и уплотнение почвы, защищают почву от эрозии и способствуют развитию хорошей структуры почвы и непрерывного порового пространства. В качестве краткосрочного решения проблемы плохой инфильтрации поверхностные корки можно разрушить роторной мотыгой или пропашным культиватором, а план плуга или другие уплотненные слои можно разбить с помощью глубокой обработки почвы.

Долгосрочные решения для поддержания или улучшения инфильтрации включают методы, которые увеличивают органическое вещество почвы и агрегацию, а также уменьшают нарушение и уплотнение почвы. Культуры с большим количеством пожнивных остатков, такие как кукуруза и мелкозерновые, многолетний дерн и покровные культуры, защищают поверхность почвы от эрозии и увеличивают содержание органического вещества в почве, когда для посева следующей культуры используются методы минимальной обработки почвы, сохраняющие поверхностный покров. Внесение навоза также способствует увеличению содержания органического вещества в почве. Повышенное содержание органического вещества приводит к увеличению агрегации и
улучшенная структура почвы, ведущая к увеличению скорости инфильтрации. Защитная обработка почвы, меньшее нарушение почвы и сокращение количества проходов по полю, необходимых для получения урожая, помогают сохранить непрерывные поры нетронутыми и свести к минимуму возможность уплотнения почвы.

Методы сохранения, приводящие к скорости инфильтрации, благоприятной для функции почвы, включают:

• Сохранение севооборота
• Покровная культура
• Предписанный выпас
• Обработка пожнивных остатков и обработка почвы
• Утилизация отходов

Дополнительную информацию см. в разделе «Практика управления почвой».

Измерение инфильтрации:

Метод инфильтрометра с одинарным кольцом (затопленный/в пруду) описан в Руководстве по тестированию качества почвы, Раздел I, Глава 3, стр. 7–8. См. Раздел II, Глава 2, стр. 55 – 56 для интерпретации результатов.