Коэффициент пористости грунта: Коэффициент пористости грунта: таблица, формула, определение

Коэффициент пористости грунта: таблица, формула, определение

Под термином – пористость  понимают отношение объема мелких пустот к полному объему грунтовой породы.
Существует также другое определение: коэффициент пористости грунта – это соотношение объема пустот (пор) в представленном образце, к объему, который занимают твердые частицы (скелет).

Формула коэффициента пористости грунта:

e =   Ps — Pd

Pd

Ps – плотность минеральных частиц породы, г/см3;

Pd – величина плотности твердых частиц (скелета), г/см3, определяется по формуле:

Pd =     Ро

1 + W3

Ро – величина плотности породы, г/см3;

W3 – заданная влажность образца в долях единицы

Для глинистых почв данный метод не всегда подходит. Для вычисления размера пор связных пород используют удельный и объемный вес.

Величина пустот почвы не является постоянной, и во многих случаях зависит от плотности укладки.

В таблице приведен примерный коэффициент пористости грунта:

Наименование %
1Глина6,0­–50,0
2Глинистые сланцы0,54–1,4
3Песок6,0–52,0
4Песчанник13–29,0
5Известнякдо 33
6Доломитыдо 39

Область применения расчетов

Данные расчеты в большей степени определяют структуру почвы. Весовое соотношение пустот характеризует влажность образца при полном или частичном заполнении пор водной жидкостью.

Поэтому данная величина не является расчетной, а используется как немаловажная вспомогательная характеристика, например, при построении компрессионной кривой, для вычисления характеристик сжимаемости, а также для определения основного механического и физического свойства почвы.

Различные исследования в комплексе с инженерными и геологическими изысканиями предоставляют исчерпывающую информацию, на основании данных результатов принимаются рациональные и наиболее оптимальные проектные решения для возведения будущих строений.

Посмотрите видео:  Пористая структура почвы, Автополив

Пористость грунта. Определение коэффициента пористости и степень влажности глинистого грунта.


Пористость грунта — sprosigeologa.ru

Разновидности пор

По величине пор выделяются следующие разновидности: мелкопористые – составляют сотые и тысячные доли мм; и крупнопористые материалы – от десятых долей мм до 2 мм.

Поры в грунтах по величине принято делить на субкапиллярные (менее 0,2 мк), капиллярные (0,2-100 мк), сверхкапиллярные (более 100 мк).

Различают пористость общую (абсолютную, физическую, полную), открытую и закрытую. Общая – это совокупность всех пор, заключенных в грунте; открытая п. – это объём связанных между собой пор. Закрытая п. – это совокупность замкнутых, взаимно не сообщающихся пор. В нефтяной геологии выделяют эффективную п., представленную совокупностью пор, занятых нефтью, газом, и динамическую п. – выраженную объёмом пор, через который при определённом давлении и температуре происходит движение насыщающих жидкостей или газов.

Определение пористости

В лабораторных условиях, помимо расчетного, пористость определяется методами свободного вакуумного и принудительного (под давлением) насыщения грунтов жидкостью, а также методами, основанными на расширении газа, и др. В поле применяют различные виды каротажа скважин. В геологии результаты ее изучения используют для оценки запасов нефти, воды, газа, выбора технологии их разработки и др.

Значения пористости горных пород

Значение пористости нескальных грунтов

Наименование горной породы

Пористость, %

Коэф. пористости

Гравий

25-30

0,25-0,30

Песок

30-40

0,30-0,40

Супесь

40-45

0,40-0,45

Суглинок

45-50

0,45-0,50

Глина

50-65

0,50-0,65

Значение пористости полускальных и скальных грунтов

Грунт

Пористость, %

Грунт

Пористость, %

Алевролит

14-30

Кварцит

4,8-8,8

Базальт

3,0-6,0

Липарит

4. 5-8,0

Габбро

0,02-1,5

Мрамор

0,1-1,0

Гранит

0,06-2,0

Опока

39-49

Гранодиорит

0,2-5,0

Периодотит

0,02-2,0

Диабаз

0,08-4,5

Сиенит

0,1-3,5

Диорит

0,1-3,5

Пироксенит

0,1-1,0

Доломит крепкий

3. 4-12,4

Порфирит

0,4-4,3

Известняк:

крепкий

слабый

 

5,0-13,7

10,0-22,0

Песчаник:

крепкий

слабый

 

1,6-10,0

16,0-26,0

Кварцевый порфирит

0,5-3,5

Трахит

3,0-8,0

Главная—>Определение свойств грунтов—>Пористость грунта

sprosigeologa.ru

Определение коэффициента пористости и степень влажности глинистого грунта.

ИГЭ-3.

Дано: глина полутвердая, плотность частиц грунта s = 2,78 т/м3; плотность грунта  = 2,0 т/м3; влажность грунта W = 20 % = 0,2; плотность воды w=1 т/м3.

Решение: Коэффициент пористости грунта определяется по формуле

е =

Sr ==

Данный грунт непросадочный, т.к. Sr = 0,832 > 0,8

ИГЭ-4.

Дано: суглинок полутвёрдый, плотность частиц грунта s = 2,66 т/м3; плотность грунта  = 1,91 т/м3; влажность грунта W = 21 % = 0,21; плотность воды w=1 т/м3.

Решение: Коэффициент пористости грунта определяется по формуле

е =

Sr ==

Данный грунт не просадочный, т.к. Sr = 0,815 > 0,8

Определение показателя просадочности Iss грунта – не требуется, т.К. Грунты не просадочные. Определение удельного веса грунта во взвешенном состоянии

ИГЭ-1.

Дано: коэффициент пористости грунта e = 0,667; удельный вес воды γW = 10 кН/м3; удельный вес грунта γS = 26,5 кН/м3

Решение:

кН/м3

ИГЭ-3.

Дано: коэффициент пористости грунта e = 0,668; удельный вес воды γW = 10 кН/м3; удельный вес грунта γS = 27,8 кН/м3

Решение:

кН/м3

ИГЭ-4.

Дано: коэффициент пористости грунта e = 0,685; удельный вес воды γW = 10 кН/м3; удельный вес грунта γS = 26,6 кН/м3

Решение: кН/м3

ИГЭ-5.

Дано: коэффициент пористости грунта e = 0,532; удельный вес воды γW = 10 кН/м3; удельный вес грунта γS = 26,6 кН/м3

Решение:

кН/м3

Определение плотности грунта в сухом состоянии.

ИГЭ-1.

Дано: плотность грунта 0 = 1,86 т/м3; природная влажность W = 0,17

Решение: плотность грунта в сухом состоянии d определяется по формуле

d = = т/м3

ИГЭ-2.

Дано: плотность грунта 0 = 0,77 т/м3; природная влажность W = 7,8

Решение: плотность грунта в сухом состоянии d определяется по формуле

d = = т/м3

ИГЭ-3.

Дано: плотность грунта 0 = 2,0 т/м3; природная влажность W = 0,2

Решение: плотность грунта в сухом состоянии d определяется по формуле

d = = т/м3

ИГЭ-4.

Дано: плотность грунта 0 = 1,91 т/м3; природная влажность W = 0,21

Решение: плотность грунта в сухом состоянии d определяется по формуле

d = = т/м3

ИГЭ-5.

Дано: плотность грунта 0 = 1,98 т/м3; природная влажность W = 0,14

Решение: плотность грунта в сухом состоянии d определяется по формуле

d = = т/м3

Определение механических свойств грунтов. Определение коэффициента относительной сжимаемости mv.

ИГЭ-1.

Дано: песок, модуль деформации Е0 = 10 МПа;  = 0,8; e = 0,667

Решение: коэффициент относительной сжимаемости определим по формуле

mv = МПа среднесжимаемый грунт

ИГЭ-3.

Дано: глина, модуль деформации Е0 = 18 МПа;  = 0,4; e = 0,668

Решение: коэффициент относительной сжимаемости определим по формуле

mv = МПа малосжимаемый грунт

ИГЭ-4.

Дано: суглинок, модуль деформации Е0 = 13 МПа;  = 0,5; e = 0,685

Решение: коэффициент относительной сжимаемости определим по формуле

mv = МПа среднесжимаемый грунт

ИГЭ-5.

Дано: песок, модуль деформации Е0 = 30 МПа;  = 0,8; e = 0,532

Решение: коэффициент относительной сжимаемости определим по формуле

mv = МПа малосжимаемый грунт

Сводная таблица характеристик грунтов

Номер инж- геол. элемента

Глубина подошвы слоя

Наименование грунта

Физические

Механические

основные

Дополни-тельные

производные

индексационные

деформа-ционные

прочност-ные

ρs,

т/м3

ρ2,

т/м3

W,

%

WL,

%

WP,

%

ρd,

т/м3

e,

γвзв,

кН/м3

IP,

%

IL,

Sr,

ISS,

mV,

1/МПа

E0,

МПа

φ,

град.

c0,

кПа

R0,

кПа

1.

3,0

Насыпной грунт- песок средней крупности, средней плотности, ненасыщенный водой, среднесжимаемый

2,65

1,86

17

1,59

0,667

9,89

0,675

0,067

20

35

1

400

2.

2,0

Торф

1,5

0,77

780

0,087

1

10

6

3.

5,0

Глина полутвердая, непросадочная, малосжимаемая

2,78

2,0

20

34

16

1,67

0,668

10,67

0,18

0,222

0,832

0,166

0,044

15

19

29

500

4.

6,0

Суглинок полутвердый, непросадочный, среднесжимаемый

2,66

1,91

21

34

20

1,58

0,685

9,85

0,14

0,071

0,815

0,13

0,065

13

32

6

250

5.

4,0

Песок средней крупности, плотный, ненасыщенный водой, малосжимаемый

2,66

1,98

14

1,74

0,532

10,83

0,7

0,041

30

38

2

500

Все грунты, кроме торфа, могут служить естественным основанием для фундамента.

studfiles.net

Коэффициент пористости грунта: таблица, формула, определение

Под термином – пористость  понимают отношение объема мелких пустот к полному объему грунтовой породы. Существует также другое определение: коэффициент пористости грунта – это соотношение объема пустот (пор) в представленном образце, к объему, который занимают твердые частицы (скелет).

Формула коэффициента пористости грунта:

e =   Ps — Pd

Pd

Ps – плотность минеральных частиц породы, г/см3;

Pd – величина плотности твердых частиц (скелета), г/см3, определяется по формуле:

Pd =     Ро

1 + W3

Ро – величина плотности породы, г/см3;

W3 – заданная влажность образца в долях единицы

Для глинистых почв данный метод не всегда подходит. Для вычисления размера пор связных пород используют удельный и объемный вес.

Величина пустот почвы не является постоянной, и во многих случаях зависит от плотности укладки. В таблице приведен примерный коэффициент пористости грунта:

Наименование%
1Глина6,0­–50,0
2Глинистые сланцы0,54–1,4
3Песок6,0–52,0
4Песчанник13–29,0
5Известнякдо 33
6Доломитыдо 39

Область применения расчетов

Данные расчеты в большей степени определяют структуру почвы. Весовое соотношение пустот характеризует влажность образца при полном или частичном заполнении пор водной жидкостью.

Поэтому данная величина не является расчетной, а используется как немаловажная вспомогательная характеристика, например, при построении компрессионной кривой, для вычисления характеристик сжимаемости, а также для определения основного механического и физического свойства почвы.

Различные исследования в комплексе с инженерными и геологическими изысканиями предоставляют исчерпывающую информацию, на основании данных результатов принимаются рациональные и наиболее оптимальные проектные решения для возведения будущих строений.

Посмотрите видео:  Пористая структура почвы, Автополив

ecology-of.ru

Пористость грунтов

Пористость грунта определяется отношением объема промежутков (пор) между частицами к общему объему грунта.

При производстве взрывных работ в гидротехническом и мелиоративном строительстве пористость является основным показателем свойств грунтов, обусловливающим их деформируемость и сжимаемость после взрыва заряда ВВ. Величина пористости часто используется при классификации грунтов, при оценке основных свойств грунтов.

Пористость пород зависит от формы и размеров слагающих частиц, степени однородности и плотности их сложения.

Объем всех пор в грунте независимо от их размера и характера взаимосвязи характеризуется общей пористостью, которая обычно выражается отношением объема пор в породе  к общему объему грунта.

Общая пористость пород может изменяться от десятых долей процента до 90%. Наибольшей пористостью обладают, как правило, рыхлые обломочные породы. Пористость крупнообломочных и песчаных пород около 30—45%, пористость глинистых отложений 35—50%.

Общая пористость породы выражается также в виде коэффициента пористости  или приведенной пористости.

Коэффициент пористости изменяется в весьма широких пределах и не превышает, как правило, единицы. И только для слабо уплотненных дисперсных пород величина е может быть больше единицы.

При исследовании песка под действием статических и импульсных взрывных нагрузок пористость его в процессе сдвига может оставаться неизменной. Пористость, при которой объем песка не изменяется, называется критической и может служить границей между плотным и рыхлым сложением песка. Величина критической пористости песка зависит от его состава и нормального давления при сдвиге. Пески, имеющие естественную пористость выше критической, после взрыва заряда ВВ могут оказаться неустойчивыми, особенно при залегании ниже уровня грунтовых вод, и, наоборот, плотные водонасыщенные пески могут иметь повышенное сопротивление сдвигу.

Для инженерно-строительной оценки песка необходимо знать отношение его естественной пористости к пористости в самом рыхлом и самом уплотненном состоянии.

www.stroitelstvo-new.ru

Пористость грунта. Основные показатели. — МегаЛекции

Влияние трещиноватости на инженерно-геологические свойства скального массива

Трещины — разрывы в горной породе, перемещение по которым отсутствует, либо развито незначительно. С инженерно-геологической точки зрения степень трещиноватости и характер горных пород во многом определяет:

1. Прочность и деформированность массива2. Возможность возникновения и развития негативных геологических процессов

3. Разрабатываемость горных пород

С этой точки зрения необходимо изучать:

1. Размеры и условия залегания трещин

2. Их генетический тип

3. Характер стенок

4. Наличие и состав заполнителя

 

Классификация трещин по ширине

Тонкие(волосные) — до 1мм

Мелкие — 1-5мм

Средние — 5-20мм

Крупные — 20-100мм

Очень крупные — 20-100мм

 

Характеристика генетических типов трещин

1. Первичные — возникают в процессе формирования горных пород.

— трещины напластования — возникают на границе слоев различного литологического состава, поскольку породы по разному реагируют на колебания температуры.

-трещины отдельности — возникают при кристаллизации магмы и метаморфизме.

2. Вторичные — образуются после завершения формирования горной породы.

-тектонические — характерно: выдержанность простирания, большая глубина и размеры.

-экзогенные —возникают в результате выветривания, осыпей, оползней. Характерна извилистость, небольшая глубина.

 

Коэффициент трещиноватости и степень трещиноватости скального массива

Изучение трещиноватости производят следующими способами:

1. Путем описания обнажения

2. По результатам буровых работ

3. При помощи геофизических исследований

4. Гидрогеологическим способом

При камеральной обработке данных использую расчетные и графические способы.

Расчетные методы оценки трещиноватости и прочности массива:

1. Расчет коэффициента трещиноватости по данным описания обнажений

2. Расчет Кт по сейсмоакустическим данным

3. Оценка прочности трещиноватого массива по сейсмоакустическим данным

 

Инженерная геология как один из разделов науки о земле. Ее современное определение

Как самостоятельная отрасль знаний инженерная геология начала оформляться в 1929г. Был основан центральный институт гидрогеологии и инженерной геологии. Основоположник Ф.П. Саваренский. Инженерная геология — отрасль геологии трактующая вопросы ее применения к инженерно-строительному делу (Саваренский).

Инженерная геология — наука о геологической среде, ее радиональном использовании и охране, в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека (современная).

 

Понятие о геологической среде. Логическая структура инженерной геологии.

Под геологической средой понимают любые горные породы и почвы, слагающие верхнюю часть литосферы, которые рассматриваются как многокомпонентные системы, находящиеся под влиянием инженерно-хозяйственной деятельности. Эта деятельность приводит к изменению природных геологических процессов и возникновению новых антропогенных процессов, существенно изменяющих инженерно-геологические условия территории.

Логическая структура:

Методика инженерно-геологических исследований —

  • грунтоведение-наука о природных свойствах грунтов
  • Инженерная геодинамика — экзо и эндогенные процессы в инженерной деятельности
  • Региональная инженерная геология

 

Грунтоведение. Современное определение и методологическая основа.

Грунтоведение — наука изучающая любые горные породы и почвы. Как многокомпонентные динамические системы в связи с инженерным хозяйством и деятельностью человека.

Методологическая основа — генетическая — состав, строение и свойства грунта формируется в процессе его образования и изменяется под воздействием последующих процессов.

 

Грунт как многокомпонентная динамическая система. Состав твердой компоненты.

Грунты — горные породы в почве, техногенные образования, обладающие определенными генетическими признаками и рассматриваемые как многокомпонентные динамические системы, находящиеся под влиянием деятельности человека.

 

Инженерно-геологические свойства грунтов и их классификация.

Согласно классификации Е.М.Сергеева инженерно-геологические свойства грунтов подразделяются на 3 группы:

1. Физические

2. Физико-механические

3. Физико-химические

 

Физические свойства, их общая характеристика.

Физические свойства — свойства, проявляющиеся под действием физических полей. Главными физическими свойствами являются: плотность, пористость и влажность грунта. Так же большое значение имеет водопроницаемость грунтовых массивов.

Плотность грунта. Основные показатели.

Плотность грунта — вес единиц его объема. Оценивается в г\см3, тремя показателями:

ρ (ро) — плотность грунта в условиях природного залегания

ρd (ро д) — плотность скелета грунта (сухого грунта)

ρs (ро с) — плотность частицы грунта

 

Песок ρs=2.66 г\см3

Супесь ρs=2.7 г\см3

Глина ρs=2.74 г\см3

 

Пористость грунта. Основные показатели.

Между твердыми частицами грунта в результате их неплотного прилегания одна к другой образуются промежутки различной величины, которые называются порами. Поры могут быть заполнены воздухом или водой.

Пористостью грунта (n) называют отношение объема пустот (пор) в грунте к общему объему грунта, выраженное в процентах или в долях единицы,

n = Vпор/Vгрунта

Вычисление пористости грунта производится по данным определения плотности частиц грунта и плотности сухого грунта.

n = ρs – ρd/ ρs

Часто пористость грунта характеризуют отношением объема пор к объему, занимаемому твердой фазой (скелетом) грунта. Эта величина называется коэффициентом пористости, или приведенной пористостью

е = Vпор/Vгрунта

Коэффициент пористости может быть вычислен по плотности частиц грунта ρs и плотности сухого ρd (ρск) грунта

е = ρs – ρd/ ρd

megalektsii.ru

Пористость грунтов — Специальные виды работ в строительстве

Объем, занимаемый сухим грунтом, делится на две части: одну часть занимают твердые частицы, а другую — поры. Для единичного объема будет справедливо равенство:

(7)

где:   m — доля объема, занимаемая твердым грунтом; n — доля объема, занимаемая порами.

Пористостью называют отношение объема пор ко всему объему грунта, выраженное в долях объема или в процентах. Определить пористость в процентах можно по формуле:

(8)

Пористость грунта не постоянная величина и зависит от плотности его укладки. Примерное значение пористости в процентах для некоторых грунтов приведено ниже:

Пористость не дает исчерпывающей характеристики состояния грунта, поэтому при расчетах пользуются показателем плотности  грунта — коэффициентом  пористости . Этот коэффициент представляет отношение объема пор к объему твердых частиц грунта. Для единичного объема:

(9)

Наряду с формулой (9) значение можно выразить через пористость п или через объем частиц грунта m:

(10) (11)

Используя уравнения (10) и (11), составляющие единичного объема грунта могут быть выражены через коэффициент пористости:

(12) (13)

По величине коэффициента пористости судят о плотности грунта. С уменьшением плотность повышается и следовательно, объемный вес увеличивается. Коэффициенты пористости для песчаных грунтов в зависимости от плотности их сложения могут быть охарактеризованы данными, приведенными в таблице 8.

Таблица   8 Плотность песчаных грунтов в зависимости от

Показателем относительной плотности грунтов служит коэффициент D определяемый по формуле:

где:   и — значения   коэффициентов   пористости для самого рыхлого и самого плотного состояния исследуемого грунта, определяемые опытным путем; — коэффициент пористости   грунта,   для которого определяется значение D. Величина D изменяется от нуля, когда грунт находится в самом рыхлом состоянии, и до единицы, когда он   находится   в   самом   плотном   состоянии.   Принято считать, что при  D от 0 до  0,33  грунты  рыхлые,   от 0,33  до  0,66 — средней   плотности   и  от 0,66  до   1 — плотные.

svaika.ru

Пористость грунтов

Пористость грунтов

Плотность грунта характеризуется весом его единицы объема. Данный показатель используется в различных вычислениях и расчетах.

У грунта существуют несколько параметров, характеризующих его вес. К ним относятся такие показатели, как вес объема влажного грунта, в котором сохраняется его естественная влажность и ненарушенная структура, вес объема грунта, который находится под водой, скелетная масса грунта и масса сухого грунта.

1. Удельная масса

Отношение массы твердых частиц (Gs) к массе воды при температуре 4°С с объемом, равному объему его частиц (Vs), называется его удельным весом.

В численном исчислении удельный вес грунта приравнивается к весу объема его скелета в воздухе при отсутствии каких-либо пор.

Грунтовой удельный вес увеличивается, когда грунт содержит в своем составе тяжелые минералы и зависит только от его минералогического состава. Наиболее распространенные породообразующие минералы имеют небольшое колебание своего удельного веса. Исходя из этого, рыхлые песчано-глинистые грунты имеют также небольшие пределы изменения своего удельного веса. Для приблизительного расчета можно брать удельный вес для песка – 2.65, глин – 2.75 и суглинков – 2.7.

Для расчета пористости грунта используется его удельный вес.

Следует учитывать при расчетах удельного веса следующие моменты:

1. Меньшие значения удельной массы могут получаться из-за возможного растворения простых солей. Для того чтобы избежать этого, необходимо при расчетах удельного веса засоленного грунта произвести замену воды на нейтральную жидкость, например, на толуол, керосин или бензин.

2. Увеличенные значения удельной массы грунта получаются из-за возможности сильного сжатия водяных слоев около коллоидальных частиц глин, образованного за счет сил молекулярного притяжения. В этом случае используются жидкости, которые имеют небольшие показатели поверхностного натяжения, например, такие как ксилол, толуол и им подобные.

3. Заниженные данные для удельного веса также могут получаться в результате неполного удаления частиц воздуха абсорбированного на поверхности. Для того чтобы этого не происходило, удельный вес рекомендуется определять после кипячения грунта или поместив грунт под вакуум.

2. Определение объемной массы увлажненного грунта

Для влажного грунта отношение массы определенного объема грунта (G) к массе воды, находящейся при температуре при 4°С, и имеющей объем, равный объему всего грунта V, называется его объемным весом ?. Принимают, что V – это объем зерен плюс объем пор.

В численном выражении объемная масса для влажного грунта определяется при данной влажности и пористости, как масса единицы его объема.

Зависит объемная масса влажного грунта от его влажности и минералогического состава. Объемная масса грунта прямо пропорциональна его влажности. Когда практически все поры в грунте заполнены водой, его объемная масса становится максимальной.

Обычно используют в качестве непосредственного расчетного показателя объемный вес при следующих расчетах:

  • определение давления земляного слоя на подпорки и подпорные стенки;
  • определение устойчивости откосов или оползневых склонов;
  • определение значения осадки зданий:
  • определение расчетного значения возникающих напряжений под подошвой фундамента;
  • для калькуляции земляных работ по объемам.

Также значение объемной массы грунта используют для определения его классификации, пористости и расчета объемного веса его скелета.

Объемную массу влажного грунта можно определить различными способами.

3. Объемная масса скелета (твердой фазы) для грунта

Отношение массы твердых частиц или сухой породы к массе воды, взятой при температуре 4°С, в объеме, который равен объему этой породы, называется объемным весом скелета и обозначается — ?. Объем всей породы при данной пористости принимается равным объему зерен плюс объем пор.

В численном отношении он принимается равным массе единицы грунтового объема за разницей веса воды, находящейся в порах при условии естественной пористости грунта.

Чем меньше будет пористость грунта и больше его плотность, тем больше объемная масса его скелета (твердой фазы).

Для тех типов грунтов, которые не меняют свой объем в процессе высушивания, объемный вес его скелета определяют путем непосредственного взвешивания образца, находящегося в абсолютно сухом состоянии. Для тех грунтов, которые в процессе высушивания меняют свой объем, объемную массу твердой фазы вычисляют используя определенную формулу.

4. Пористость.

Наличие в грунте мелких пустот определяют, как пористость грунта.

Численно пористость выражается, как отношение общего объема (Vn) всех пустот ко всему объему (V) грунта. Полученная величина называется пористостью и обозначается через n. Пористость грунта характеризуется такой величиной, как коэффициент пористости. Выражается он в виде отношения объема (Vn) пустот к имеющемуся объему (Vs) твердой фазы. Коэффициент пористости еще называют приведенной пористостью и выражают в долях единицы.

Кроме этого, величину пористости можно определить, как отношение (Gw) – веса воды, которая полностью заполнила все поры в грунте, к (Gs) – массе абсолютно высушенного грунта.

Лабораторных методов определения пористости для глинистых грунтов не существует. Для связных грунтов величину пористости определяют по объемному и удельному весу. Для всех остальных типов грунтов величина пористости определяется непосредственным путем, но, как правило, рассчитывается, используя те же формулы, что и для расчета связных грунтов.

Величины пористость и дополнительный коэффициент пористости определяют структуру грунта. Характеристикой влажности грунта является его весовая пористость, то есть когда поры полностью заполнены водой. Пористость, не будучи расчетной величиной, используется, как важная вспомогательная величина при расчетах. Примером таких расчетов может быть определение характеристик сжимаемости, определение сопротивления грунта или построение компрессионной кривой.

1igp.ru

Пористость грунтов — Специальные виды работ в строительстве

Объем, занимаемый сухим грунтом, делится на две части: одну часть занимают твердые частицы, а другую — поры. Для единичного объема будет справедливо равенство:

(7)

где:   m — доля объема, занимаемая твердым грунтом;
n — доля объема, занимаемая порами.

Пористостью называют отношение объема пор ко всему объему грунта, выраженное в долях объема или в процентах.
Определить пористость в процентах можно по формуле:

(8)

Пористость грунта не постоянная величина и зависит от плотности его укладки. Примерное значение пористости в процентах для некоторых грунтов приведено ниже:

Пористость не дает исчерпывающей характеристики состояния грунта, поэтому при расчетах пользуются показателем плотности  грунта — коэффициентом  пористости . Этот коэффициент представляет отношение объема пор к объему твердых частиц грунта. Для единичного объема:

(9)

Наряду с формулой (9) значение можно выразить через пористость п
или через объем частиц грунта m:

(10)
(11)


Используя уравнения (10) и (11), составляющие единичного объема грунта могут быть выражены через коэффициент пористости:

(12)
(13)


По величине коэффициента пористости судят о плотности грунта. С уменьшением плотность повышается и следовательно, объемный вес увеличивается.
Коэффициенты пористости для песчаных грунтов в зависимости от плотности их сложения могут быть охарактеризованы данными, приведенными в таблице 8.

Таблица   8 Плотность песчаных грунтов в зависимости от


Показателем относительной плотности грунтов служит коэффициент D определяемый по формуле:


где:   и — значения   коэффициентов   пористости для самого рыхлого и самого плотного состояния исследуемого грунта, определяемые опытным путем;
— коэффициент пористости   грунта,   для которого определяется значение D. Величина D изменяется от нуля, когда грунт находится в самом рыхлом состоянии, и до единицы, когда он   находится   в   самом   плотном   состоянии.   Принято считать, что при  D от 0 до  0,33  грунты  рыхлые,   от 0,33  до  0,66 — средней   плотности   и  от 0,66  до   1 — плотные.

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет — Сибстрин

Приглашаем на День открытых дверей НГАСУ (Сибстрин)!

30 октября 2021 года (суббота) вы сможете познакомиться с НГАСУ (Сибстрин), узнать все об образовательных программах, выбрать востребованную профессию и получить ответы на свои вопросы на Дне открытых дверей! День открытых дверей НГАСУ (Сибстрин) – это замечательная возможность получить представление об уникальной атмосфере, царящей в университете, узнать об основных образовательных программах, институтах и общежитиях, международной деятельности, студенческой жизни, вступительных испытаниях и особенностях приема в 2021 году. Мы подготовили насыщенную и интересную программу. С 13 до 17 часов вас ждут: Консультации по вопросам поступления Работа стендов факультетов и выпускающих кафедр Выставки, экскурсии, фото-зоны Мастер-классы Кроме того, вы сможете узнать последнюю информацию о подготовительных курсах и наборе в новую группу, программах инженерно-архитектурной школы ИТЦ «Инжетроник» и Детской художественной школы НГАСУ (Сибстрин).

Началась Всероссийская перепись населения

Уважаемые сотрудники и студенты НГАСУ (Сибстрин)! 15 октября 2021 года стартует Всероссийская перепись населения. Всероссийская перепись населения является основным источником формирования официальной статистической информации, касающейся численности и структуры населения, его распределения по территории Российской Федерации в сочетании с социально-экономическими характеристиками, национальным и языковым составом населения, его образовательным уровнем. Она проводится не реже чем один раз в десять лет. Всего постоянным жителям России будет задано 33 вопроса. Из них 23 касаются социально-демографических характеристик: пол, возраст, гражданство, место рождения, национальность, владение языками, образование, количество детей, источник средств к существованию. Также зададут 10 вопросов о жилищных условиях – надо будет назвать тип жилого помещения, в котором вы проживаете, время постройки дома, общую площадь квартиры или дома, количество комнат и виды благоустройства.

В университете стартует Декада здоровья

С 18 по 29 октября 2021 года в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (Сибстрин) пройдет Декада здоровья. Центр по внеучебной и воспитательной работе и движение Молодежная инициатива подготовили насыщенную программу для студентов, преподавателей и сотрудников НГАСУ (Сибстрин). В программе декады: 18 октября. Открытие Декады здоровья (холл 1 этажа главного корпуса, начало в 13.30) с 18 по 29 октября. Мероприятия на тему ЗОЖ в институтах университета. Информационная выставка «Я выбираю здоровье!» (коворкинг-центр НГАСУ (Сибстрин), ауд. 230 главного корпуса) с 19 по 21 октября. Проведение в общежитиях университета тренингов специалистами Центра психологической помощи «Алиса» на тему ЗОЖ. 29 октября. Донорская акция «Наш дар во имя жизни» (3 этаж главного корпуса), участие в конкурсе среди вузов и ссузов Новосибирского клинического центра крови «Больше доноров – больше жизней!» 29 октября. Закрытие декады, онлайн-викторина «Будем здорОвы» Приглашаем студентов, преподавателей и сотрудников принять участие в Декаде здоровья НГАСУ (Сибстрин)!

Определение пористости грунта — ГЕОЛОГ

Знание свойств грунта помогает принимать наиболее рациональные решения по проектированию будущего здания. Примерно половина времени инженерно-геологических изысканий отводится лабораторным исследованиям. Инженерная геология в итоге предоставляет заказчику всю информацию о конкретном участке. Отчет содержит все о геологических особенностях территории, в нем спрогнозированы изменения, которые могут возникнуть во время эксплуатации будущего здания.

Пористость грунта

Одним из главных свойств грунта является его пористость, то есть понятие содержания в нем мелких пустот. Во время лабораторных исследований идет определение пористости грунта, рассчитывается соотношение объема имеющихся пустот к общему объему в процентах. Можно выяснить и коэффициент пористости – это процентное соотношение объема пустот и объема твердых частиц грунта.

Некоторые типы грунтов имеют по несколько способов определения пористости. Но не все. Глинистые грунты обладают только удельным и объемным весом, так как они имеют большую связность.

Показатель пористости влияет и на другие характеристики. К примеру, от этого показателя зависит несущая способность грунта. Если коэффициент пористости уменьшится, снизится и несущая способность.

Также определение пористости грунта помогает выяснить коэффициент его водонасыщенности. Песчаные почвы хорошо пропускают воду за счет малой пористости. Глинистые же почвы почти водонепроницаемы, так как их пористость повышена.

Значение пористости

Изыскания для коттеджа предоставляют заказчику все данные об участке, предназначенном для строительства. Часто бывает так, что вычисление одного показателя грунта требует знания о ряде других. Определение пористости грунта тоже является важным показателем для многих расчетов, поэтому смета строительства должна включать этот пункт. Так, он помогает рассчитать сопротивляемость грунта, построить график компрессионной кривой, узнать степень сжимаемости массива и так далее. Эти данные нужны во время проведения изыскания для фундамента.

Выполнение лабораторных исследований позволяет выявить те свойства почв, которые требуются на многих этапах изысканий. Специалисты опираются на эти данные при необходимости принятия решений о проектировании. Геологические условия территории влияют на большинство проектных решений. Проведение комплексных исследований раскрывает заказчику всю информацию об особенностях грунта. Каждому физическому лицу, решившему начать строительство на своем участке, следует заказать проведение нужных изысканий и исследований. Стоимость полного комплекса работ достаточно высока. Если выбрать только нужные изыскания, цена бюджета будет ниже.

Требуются геодезические изыскания для строительства? Тогда вам точно к нам в ООО «Геолог». Цена инженерных изысканий в нашей организации обладает приятной привлекательностью, а качество остается на высоте. Мы смогли достигнуть этого благодаря длительной и плодотворной работе на данном рынке услуг.

Чтобы не быть голословными, предлагаем воспользоваться нашей услугой по составлению сметы еще до начала инженерных изысканий. Для этого достаточно прислать нам техническое задание и в рекордно-короткие сроки вы получите точный расчет своих расходов. У вас будет возможность сравнить их с другими предложениями, но мы уверены, что вы обязательно обратитесь к нам. Ведь мы не пользуемся услугами посредников, всегда выполняем работу во время и на «отлично», а также работаем по всем регионам России.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАЧАЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПОРИСТОСТИ ОРГАНИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ БИОГЕННОГО ГРУНТА

Научный руководитель – Васильева Н. В. – кандидат техн. наук, доцент

УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия,

Горки, Республика Беларусь

Биогенные грунты – современные органо-минеральные отложения осадочного происхождения с повышенным содержанием органическо — го вещества. Они не однородны по своему генезису, составу, строению и состоянию, что связано с постоянно изменяющимися условиями их образования [1].

Сухое вещество (твердая фаза) биогенных грунтов состоит из про — дуктов распада растительных и животных организмов и минеральных включений. Источниками накопления минеральных соединений явля — ется биогенная, водная и воздушная миграция неорганических компо — нентов. Специфика свойств биогенных грунтов обусловлена их высо — кой влажностью и пористостью. Основной объем содержащейся в ней воды связывается и удерживается органической составляющей этих грунтов. Минеральная составляющая связывает незначительное коли — чество воды в сравнении с органической. Влажность органической составляющей (количество воды связанное единицей массы) и являет — ся структурным показателем, который достаточно точно характеризует сжимаемость любого типа биогенного грунта. Органическая состав — ляющая является основой каркаса биогенного грунта, который несет основную нагрузку от сооружений, строящихся на этих грунтах.

В общем случае объем образца водонасыщенного биогенного грун — та состоит

Vобр = Vорг. + Vмин. + Vв

где Vобр – объем образца,

Vорг. – объем органической составляющей,

Vмин. – объем минеральной составляющей,

Vв. – объем воды.

В единице объема для подавляющего большинства биогенных

грунтов их минеральная составляющая занимает несопоставимо ма-лый, в сравнении с органической составляющей объем. Минеральная

составляющая биогенных грунтов способна связать и удерживать в

структуре грунта значительно меньше количество воды, чем органиче — ская. Поэтому связь между параметрами свойств устанавливают от- дельно для каждой составляющей твердой фазы.

Твердая фаза образца состоит из минеральной и органической со-ставляющих

Ртв. ф = Рмин.+ Рорг.

Масса органической составляющей

Рорг. = Ртв. ф..– Рмин.

Объем твердой фазы образца

Vтв. ф. = Vобр. · m

Объем воды в образце

Vв = Vобр. – Vтв. ф.

Масса воды органической составляющей

Р ворг. = Рвобр. – Р вмин.

где Р ворг – масса воды в образце, она определяется по формуле

n – объем пор

Р ворг = Vобр · n · γв

n = 1 – m

m – объем твердой фазы

m d s

Р вмин. – масса воды минеральной составляющей

γв – 1,0 г/см3 – плотность воды

m – объем твердой фазы

m d s

Р вмин. – масса воды минеральной составляющей

γв – 1,0 г/см3 – плотность воды

 

 

Расчет плотности твердой фазы органической составляющей

Плот-ность твер — дой

фазы

орг

s

Плотность скелета органической

орг

cоставляющей, d

Коэффициент пористости

органической составляющей

орг

При влажности W орг.

258,63

255,89

253,14

250,39

258,63

255,89

253,14

250,39

1,3

0,298

0,300

0,303

0,306

3,362

3,333

3,290

3,248

1,4

0,303

0,306

0,308

0,311

3,620

3,575

3,546

3,502

1,5

0,307

0,310

0,312

0,315

3,886

3,878

3,808

3,762

1,6

0,311

0,314

0,317

0,319

4,145

4,095

4,047

4,016

 

Как видно из таблицы при значениях γорг

< 1,5г/см3 коэффициенты

пористости органической составляющей меньше коэффициентов по-орг

ристости образца грунта 0 3,43 что означает, что γ

быть меньше чем 1,5г/см3.

Поэтому для практических расчетов можно принять γорг

s не может

= 1,5г/см3,

s

что совпадает с значениями γорг, полученными исходя из других пред-посылок при определении показателей физических свойств биогенных

грунтов (4).

Плотность скелета органической составляющей

орг

d

1

0, 01W 1

орг орг

s

Плотность органической составляющей γорг = γорг = γорг

Объем органической составляющей

орг

0, 01W 1

орг орг

s

Плотность органической составляющей γорг = γорг = γорг

Объем органической составляющей

орг

+ 1)

Vорг. = W тв. ф. – Vмин.

Высота органической составляющей в образце

hорг

Vорг

F

 

s

орг орг

s

Проведенные ранее исследования фазового состава [3] показали,

что минеральная составляющая в биогенных грунтах занимает незна-чительную часть их объема и при расчете компрессионных свойств

(сжимаемости) ею можно пренебречь, а расчет вести только для орга-нической составляющей, начальный коэффициент которой определять

по предложенной методике.

ЛИТЕРАТУРА

1. Р у б и н ш т е й н, А. Я. Биогенные грунты / А. Я. Рубинштейн – М.: Наука, 1986 –

87 с.

2. С е с ь к о в, В. Е. Биогенные грунты Белоруссии и использование их в качестве

оснований под здания и сооружения / В. Е. Сеськов – Мн.: БелНИИНТИ, 1989 – 48 с.

3. Ч е р н и к, П. К. Расчет фазового состава биогенных грунтов / П. К. Черник,

Н. В. Васильева // Мелиорация переувлажненных земель:Сб. науч. тр. Белорус. НИИ ме — лиорации и луговодства. — Мн.,1998.-Т. ХLV.-С. 80-88.

4. Рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям болотных отложений

под сооружениями / Состав. П. К. Черник и др. — Мн.,1977. – 28 с.

Материал взят из: Научный поиск молодежи XXI века Сборник научных статей по материалам XII Международной научной конференции студентов и магистрантов (Горки, 28-30 ноября 2011г.). Часть 1

(Visited 116 times, 1 visits today)

Коэффициент сжимаемости грунта: определение, назначение

Грунт под влиянием внешних сил и собственного веса может деформироваться, уменьшится в объеме. Происходит его уплотнение. Это свойство получило название «сжимаемость». Показатель учитывается при строительстве. Для определения пригодности участка к застройке проводят бурения пробных скважин, исследования отобранных пород в лабораторных условиях.

Показатели сжимаемости грунта

Характеристики почвы на деформацию определяются двумя методами:

  1. В жестких, не поддающихся растяжению, компрессионных устройствах. В них полностью исключается боковое расширение.
  2. В условиях возможного бокового расширения.

Степень сжатия периодически увеличивают, после каждой нагрузке дают время на стихание процесса деформации. После стабилизации измеряют осадку и выводят компрессионную кривую.

К показателям деформирования породы относят:

  • коэффициент сжимаемости;
  • относительной сжимаемости;
  • модуль деформации;
  • структурную прочность.

Коэффициент сжимаемости

Первый показатель, изменение рыхлости породы под давлением, крайне важен. Он определяет зависимость конечного деформирования почвенной смеси от давления и дает возможность установить формат осадка основания строения.

Коэффициент относительной сжимаемости

Это параметр деформации относительно единицы давления. При определении этого показателя учитывают: усадку образца под разным нажимом от 0 до p1, начальную высоту исследуемого материала в мм и уровень пористости.

Коэффициент сжимаемости, m0, связан с модулем поперечной деформации E0 (упругости). Степень поперечного расширения для разных песков, супесей, суглинков, глин, отличается.

Выделяют три категории грунта:

  1. сильно сжимаемыйm0 > 0,5 (МПа)-1
  2. средне сжимаемый0,1>m0 > 0,5 (МПа)-1
  3. мало сжимаемыйm0 < 0,5 (МПа)-1

Модуль упругости

Эта величина переменная. Она меняется: от степени сдавливания, времени воздействия, плотности породы, площади штампа. Чтобы спрогнозировать поведение почвенного слоя в условиях сдавливания, необходимо знать эти показатели.

Структурная прочность

Степень уплотнения зависит от структуры почвы, рыхлости, наличия кристаллизационных связей. Структурная прочность – это параметр напряженности, при котором происходит разрушение связей. Небольшие нагрузки вызывают легкую деформацию, при этом коэффициент пористости практически остается неизменным. При усилении нагрузок и достижении структурной прочности происходит перекомпоновка частиц, уплотнение и уменьшение пористости.

Формула расчета коэффициента сжимаемости

По итогам тестов составляется график компрессионной кривой. Параметр сжимаемости рассчитывается по формуле:

 

Чтобы его вычислить, необходимо определить соответствующий интервал давлений.

  • Р1 – напряжение от собственного веса грунта
  • Р – дополнительное давление от внешней нагрузки
  • Р2 – полное напряжение (Р2 = Р1 + Р)
  • е1е2 – коэффициенты пористости

Окончательно:

 

Согласно СНиП, полученный результат:

  • меньше 0,005 – грунт, мало подающийся сжиманию;
  • равен 0,005 – средне сжимаемый;
  • свыше 0,05 – сильно деформируемый.

Приборы для определения сжимаемости

Исследования и определение вида грунта проводятся с помощью компрессионных приборов, одометров.

Устройство состоит из: корпуса, компрессионного кольца, штампов и индикаторов. При каждой степени нагрузки считывают показатели.

По результатам бокового давления, объему выделенной жидкости в водонасыщенных почвах определяют: коэффициент уплотнения, модуль деформации, структурную прочность.

Второй прибор, определяющий степень деформации, – стабилометр. Устройство представляет собой цилиндрическую камеру. Различают стабилометры с вертикальной или горизонтальной нагрузкой.

Минус лабораторных исследований в том, что нарастание давления в приборах происходит быстрее, чем в естественной среде. Это дает несколько завышенные показатели.

Факторы, влияющие на показатель сжимаемости

На способность почвы изменяться в объеме влияют следующие факторы:

  • состав почвенных смесей, песчаная почва отличается малой сжимаемостью, глина с элементами натрия более сжимаема, чем с элементами кальция;
  • скорость нагрузки;
  • увеличение давления.

Последние два фактора способствуют большему уплотнению пород.

Пористость почвы — Geotechdata.info

Geotechdata.info — Обновлено 18.11.2013


Пористость почвы (n) — отношение объема пустот к общему объему почвы:

п = (В_в) / В

Где V_v — объем пустот (пустых или заполненных жидкостью), а V — общий объем почвы.

Пористость обычно используется параллельно с коэффициентом пустотности грунта (е), который определяется как отношение объема пустот к объему твердых частиц1.Положительность и коэффициент пустотности взаимосвязаны следующим образом:

e = n / (1-n) и n = e / (1 + e) ​​

Прозрачность почвы зависит от ее плотности и плотности. На него напрямую влияет уплотнение.

Типовые значения пористости грунта для разных грунтов


Некоторые типичные значения пористости грунта приведены ниже для различных типов грунта USCS в нормально уплотненном состоянии, если не указано иное.Эти значения следует использовать только как ориентир для геотехнических проблем; однако для правильного выбора геотехнических параметров часто необходимо учитывать конкретное состояние каждой инженерной проблемы.

Описание USCS Пористость [-] Номер ссылки
мин макс Удельное значение
Гравий с хорошей сортировкой, песчаный гравий с небольшим количеством мелких частиц или без них ГВт 0.21 0,32 [1],
Гравий с плохой сортировкой, песчаный гравий, с небольшими или нулевыми мелкими частицами GP 0,21 0,32 [1],
илистый гравий, илистый песчаный гравий GM 0,15 0,22 [1],
Гравий (GW-GP) 0.23 0,38 [2],
Глинистый гравий, глинистый песчаный гравий GC 0,17 0,27 [1],
Глянцевая тилл, очень смешанная зернистость (GC) 0,20 [4 цитируется в 5]
Песок с хорошей сортировкой, гравийный песок, с небольшими или нулевыми мелкими частицами SW 0.22 0,42 [1], [2],
Крупный песок (SW) 0,26 0,43 [2],
Мелкий песок (SW) 0,29 0,46 [2],
Песок с плохой сортировкой, гравийный песок, с небольшими или отсутствующими мелкими частицами SP 0.23 0,43 [1], [2],
илистые пески СМ 0,25 0,49 [1], [2],
Пески глинистые SC 0,15 0,37 [1],
Илы неорганические, илистые или глинистые мелкие пески, с небольшой пластичностью мл 0.21 0,56 [1],
Ил неорганический однородный (МЛ) 0,29 0,52 [3],
Глины неорганические, илистые, глины песчаные малопластичные CL 0,29 0,41 [1],
Илы органические и глины органические малопластичные ПР 0.42 0,68 [1], [3],
илистая или песчаная глина (CL-OL) 0,20 0,64 [3],
Илы неорганические высокой пластичности MH 0,53 0,68 [1],
Глины неорганические высокой пластичности CH 0.39 0,59 [1],
Мягкая ледниковая глина 0,55 [4 цитируется в 5]
Жесткая ледниковая глина 0,38 [4 цитируется в 5]
Глины органические высокой пластичности OH 0.50 0,75 [1], [3],
Мягкая органическая глина (OH-OL) 0,66 [4] цитируется в [5]
Торф и другие высокоорганические почвы Pt [4 цитируется в 5]
мягкая органическая глина (Пт) 0.75 [4] цитируется в [5]

ССЫЛКИ


  1. Швейцарский стандарт SN 670 010b, Характеристические коэффициенты почв, Ассоциация швейцарских дорожных инженеров
  2. Дас Б., Продвинутая механика грунтов. Тейлор и Фрэнсис, Лондон и Нью-Йорк, 2008.
  3. Hough, B., Основы инженерии грунтов. Рональд Пресс Компани, Нью-Йорк, 1969.
  4. Терзаги, К., Пек Р., Месри Г. Механика грунтов в инженерной практике. Wiley, Новый Йорк, 1996.
  5. Обрзуд Р. и Трати А. МОДЕЛЬ УПЛОТНЕНИЯ ПОЧВЫ — ПРАКТИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО Отчет Z Soil.PC 100701, отредактированный 31.01.2012

Образец цитирования:
Geotechdata.info, Коэффициент пустотности почвы, http://geotechdata.info/parameter/soil-void-ratio.html (по состоянию на 16 ноября 2013 г.).

Прочие параметры почвы


Вы можете редактировать эту страницу? Отправьте нам письмо по адресу editor @ geotechdata.инфо

Пористость почвы — обзор

3.5 Поглощение растениями

Растительность может прямо или косвенно способствовать эффективности очистки загрязнителей в системах биологического удержания. Прямые выгоды возникают за счет разложения органических загрязнителей, поглощения макроэлементов и тяжелых металлов и сохранения пористости почвы в долгосрочной перспективе. Косвенные эффекты включают влияние на микробные сообщества почвы за счет поступления органического субстрата и изменения стока между штормами (Read et al., 2008). Растительность может быть стратегически использована для отвода и замедления поверхностного стока и фильтрации отложений, значительно увеличивая физическое улавливание и биологическое поглощение питательных веществ (Davis et al., 2009).

Растения могут регулировать перемещение загрязнителей посредством вымывания и поверхностного стока, контролируя поток воды в почвах (Bolan et al., 2011). По мере роста растений эвапотранспирационная активность растений и поверхности почвы снижает содержание влаги в почвенном слое после затопления, эффективно создавая «бионасос» (Bolan et al., 2011). Улавливая и используя воду в корневой зоне, меньше воды может переносить загрязнители за пределы корневой зоны и вымываться из системы (Clothier and Green, 1997). Рост и гибель растений также играют важную роль в поддержании структуры и гидравлической проводимости среды. Активный рост корней приводит к образованию и поддержанию макропор, что играет важную роль в уменьшении засорения почвенной среды (Wong, 2006).

Процессы фиторемедиации также могут оказаться полезными при расщеплении углерода и загрязнителей на основе питательных веществ, а также при поглощении небиоразлагаемых загрязнителей, таких как металлы (Dietz and Claussen, 2006).Хотя это и не так высоко, как удаление питательных веществ, поглощение металла растениями в системах биологического удержания, как было показано, составляет до 10% от общего удаления металла (Davis et al., 2001b; Muthanna et al., 2007b).

Растения могут иммобилизовать металлы в почвах, воздействуя на изменения в ризосфере, которая имеет различные физические, химические и биологические условия. Экссудаты корней растений включают множество растворимых веществ, таких как органические кислоты, которые могут влиять на динамику металлов через их влияние на подкисление, хелатирование и комплексообразование, осаждение, окислительно-восстановительные реакции, микробную активность, физические свойства ризосферы и морфологию корней (Bolan et al., 2011).

На изменения pH почвы влияют потоки гидроксида (OH ) / активности ионов H + , которые, в свою очередь, связаны с дифференциальным поглощением катионов и анионов корнями растений (Tang and Rengel, 2003). Поглощение NH 4 + , например, уравновешивается высвобождением ионов H + с эквивалентным суммарным зарядом, что снижает pH ризосферы (Bolan et al., 2011). Помимо этого, преобразование азота и вымывание NO 3 были предложены как основные причины подкисления почвы (Bolan and Hedley, 2003).Подкисление может влиять на растворимость и состав ионов металлов посредством (1) модификации поверхностного заряда в почвах с переменным зарядом, (2) изменения состава металлов и (3) влияния на окислительно-восстановительные реакции металлов (Adriano, 2001). Повышенная кислотность почвы (или снижение pH) обычно приводит к снижению адсорбции металлов (Tiller, 1989). Найду и др. (1994) объясняют это тремя возможными причинами. Во-первых, в почвах с переменным зарядом снижение pH вызывает уменьшение отрицательного заряда поверхности (т.е.е. катионообменная емкость), что приводит к снижению адсорбции катионов. Во-вторых, снижение pH почвы, вероятно, приведет к уменьшению гидроксильных разновидностей катионов металлов, которые адсорбируются преимущественно по сравнению с катионом металлов. В-третьих, подкисление увеличивает растворение соединений металлов, что увеличивает их концентрацию в почвенном растворе.

Экссудаты корней растений влияют на структуру и функцию микробных сообществ, которые, в свою очередь, опосредуют различные биохимические преобразования в корневой зоне, включая химическое видообразование и окислительно-восстановительные реакции (Park et al., 2011). Редокс-реакции, как биотические, так и абиотические, важны для контроля степени окисления и, следовательно, подвижности и токсичности многих металлов, таких как Cr, Se, Pb, As, Ni и Cu (Violante et al., 2010). Восстановление микробами некоторых металлов до более низкого окислительно-восстановительного состояния может привести к снижению подвижности и токсичности. Кроме того, микробы производят ряд внеклеточных метаболитов, которые могут образовывать комплекс металлов в растворе, включая полисахариды, пигменты, сидерофоры и органические кислоты (Violante et al., 2010). Клеточная стенка микробов также играет важную роль в адсорбции / восстановлении металлов, поскольку металлы адсорбируются различными функциональными группами клеточной стенки, включая фосфатные, карбоксильные, аминные, а также фосфодиэфирные группы (Park et al., 2011).

Помимо удаления металлов, многочисленные исследования показали, что растительные системы биологического удержания удаляют больше питательных веществ, чем невегетативные системы (Hatt et al., 2007b; Henderson et al., 2007; Lucas and Greenway, 2008). Было обнаружено, что на удаление N решающее значение оказывает тип растительности (Bratières et al., 2008; Read et al., 2008). Читать и др. (2008) предполагают, что различия в удалении загрязняющих веществ на массу корня между видами растений связаны с различной архитектурой и физиологией корней, что, в свою очередь, влияет на физиохимию почвы и связанные с ней микробные сообщества. Повышенное поглощение и ассимиляция питательных веществ, в частности азота, в растительных системах биологического удержания можно объяснить более высокой микробной активностью и более крупными микробными популяциями в ризосфере (Henderson et al., 2007; Read et al., 2008).Растительность может быть более лабильным источником углерода для микробов, которые стимулируют микробную минерализацию и иммобилизацию, а также могут играть важную роль в создании анаэробных микросайтов, поддерживающих денитрификацию.

Несмотря на то, что потребность растений в фосфоре обычно невысока, наличие растительности, как было показано в исследованиях систем биозадержания, увеличивает удерживание фосфора (Lucas and Greenway, 2008; Read et al., 2008). Растения и микробы могут успешно получать больший процент фосфора по сравнению с той частью, которая сорбируется почвой, за счет более быстрого его поглощения, особенно в фильтрующих средах с низкой сорбирующей способностью к биологическому удерживанию и в присутствии микоризных грибов (Bolan, 1991; Richardson et al., 2005). Хотя микробы более эффективно конкурируют за питательные вещества в ризосфере, чем растения, в долгосрочной перспективе корни растений более успешны в удалении питательных веществ из-за более длительного срока службы их тканей и их способности накапливать и перемещать большее количество питательных веществ (Kaye and Hart, 1997). Более продолжительная продолжительность жизни растений дает растительности возможность функционировать в качестве поглотителя питательных веществ и тяжелых металлов с течением времени, и было высказано предположение, что сбор растительности с системой биологического удержания может использоваться в качестве постоянного механизма удаления фосфора и тяжелых металлов (Davis et al., 2006; Hsieh et al., 2007a; Muthanna et al., 2007b).

Влияние пористости на кривые влагоудержания грунта: теоретические и экспериментальные аспекты

Изменение пористости является общей характеристикой естественных почв в задачах взаимодействия жидкости и твердого тела, что может привести к очевидному изменению кривой удержания воды в почве (SWRC). ). Влияние пористости на явления удержания влаги в почве исследуется с помощью теоретической модели и экспериментальной проверки в данном исследовании. Теоретически предлагается модель, выражающая изменение всасывания в зависимости от пористости и эффективного насыщения.Модель основана на идеализации трехфазных пористых материалов, структура пор которых однородна и изотропна. Он учитывает влияние пористости на удержание влаги в почве с использованием четырех параметров с четкими физическими значениями. Представленная модель может получить SWRC при любой пористости, что уменьшит количество испытаний, необходимых для характеристики гидравлического поведения грунта. Проведен лабораторный эксперимент на супеси разной пористости. Результаты испытаний показывают, что всасывание значительно варьируется с изменением пористости и уменьшается с увеличением пористости.Состав подтвержден данными испытаний и литературными данными для бентонита FEBEX и глины Boom. Очень хорошее согласие между измеренными и прогнозируемыми результатами показывает, что модель SWRC надежна и применима для различных почв.

1. Введение

Кривая удержания воды в почве (SWRC) определяется как взаимосвязь между всасыванием матрикса и степенью насыщения в ненасыщенных почвах. Соотношение SWRC является ключевым гидравлическим свойством для описания явления потока жидкости в ненасыщенных грунтах, на которое может влиять пористость или плотность грунта [1, 2].Изменение пористости грунта является обычным явлением в задачах взаимодействия жидкости и твердого тела [3, 4], и это изменение приведет к очевидному изменению SWRC [5]. Иногда требуется спрогнозировать SWRC для почвы с разной пористостью. Однако многие традиционные модели SWRC [6–11] не учитывают влияние пористости на SWRC, что может привести к неточному результату. Следовательно, необходимо установить взаимосвязь между пористостью и SWRC в сельскохозяйственном машиностроении и инженерно-геологическом проектировании, особенно с участием оползней, вызванных водой [12–14] и инженерных систем соединения воды и породы [15–17].

Различные модели SWRC были предложены для учета влияния пористости путем соотнесения индекса всасывания и / или распределения пор по размерам с соотношением пустот или плотностью. Первая группа моделей связала текущий коэффициент пустотности с исходным коэффициентом пустотности, используя закон изменения объема, который описывает соотношение между всасыванием и коэффициентом пустотности [18–22]. Трудно установить прямое соотношение между объемом и всасыванием, которое обычно связано с гидравлическими и механическими процессами почвы.Некоторые модели использовали эмпирическую функцию объема для количественной оценки влияния начальной пористости на SWRC на основе экспериментальных данных [21]. Даже для простейших моделей [23] все еще требуется множество дополнительных параметров для описания изменения объема почвы. Другие подходы описывают зависимость пористости путем смещения SWRC с зависящим от пористости значением входа воздуха или индексом распределения пор по размерам [3, 24–28]. Такие подходы могут использоваться в законах SWRC, которые содержат элемент стоимости входа воздуха, например в модели Брукса и Кори [7].Но ненасыщенные почвы представляют собой трехфазную смесь твердого вещества, воды и воздуха. Расход воды и воздуха в структурированных почвах зависит не только от текстуры почвы, но и от формы и распределения пор [29]. Некоторые важные внутренние соотношения для поровых систем могут не выполняться. Необходимо учитывать влияние распределения пор, формы и размера на SWRC из теории смесей.

В этой статье представлена ​​модель SWRC, учитывающая влияние пористости, в которой предполагается, что ненасыщенный грунт представляет собой непрерывную, изотропную и гомогенную трехфазную смесь пор.Это уравнение выражается законом эффективного насыщения, всасывания и пористости всего с четырьмя параметрами. Также проводится экспериментальное испытание супесчаного песка для изучения влияния пористости на удержание воды. Предложенная модель подтверждена данными испытаний супесчаных песков различной пористости, а также литературными данными для бентонита FEBEX и глины Boom.

2. Получение зависимой от пористости модели SWRC

Всасывание,, может быть выражено как отношение между давлением порового газа () и давлением поровой воды ():

в почве может быть задано как атмосферное давление, поскольку поток газа относительно свободен от потока воды ([30, 31]).Поэтому его нужно только определить.

2.1. Давление воды в порах

Хотя структура пор почвы состоит из пор неоднородного размера, а распределение пор довольно сложное, можно предположить, что большинство почв представляет собой непрерывную, изотропную и однородную пористую среду, в которой распределение поровой воды и воздуха также изотропны и однородны на макроскопическом уровне [29]. Следовательно, на единицу площади двумерного (2D) поперечного сечения, прорезающего почву под любым углом, общая площадь пор, площадь порового газа и площадь поровой воды постоянны.Макроскопическая пористость и насыщенность могут быть описаны как где, и — общий объем пор, воды и грунта соответственно.

Вода в поре в основном включает границу раздела вода-твердое тело и вода-газ, а также воду между двумя границами раздела, как показано на Рисунке 1 (а). Для расчета на любом поперечном сечении форма поры может быть произвольной. Здесь поры идеализированы, поскольку эллипсы по своей форме могут быть круглыми или плоскими. Эллиптическая пора случайным образом распределяется по произвольному поперечному сечению.Каждая пора содержит идентичный эллиптический пузырь воздуха (рис. 1 (б)) [29]. Полная нормальная сила данного поперечного сечения выражается как где представляет собой поверхностное натяжение воды, представляет собой угол между касательной плоскостью и плоскостью сечения в точке границы раздела вода-газ (рис. 1 (b)) и представляет собой дифференциальную длину. площадь, занимаемая водой, без учета границы раздела вода-газ. Площадь перепада представляет собой статическое давление воды в области.

В соответствии с предположением об изотропии и однородности среды всегда имеет угол в любой точке на границе раздела вода-воздух. Часть, в уравнении. (3) можно выразить как

Другая часть, в уравнении. (3) переписывается как

Согласно теории науки о поверхности, поверхностное натяжение жидкости можно рассматривать как константу, когда температура постоянна [32]. можно описать как куда ; единица измерения — Н / м.

Формы эллиптических пузырьков газа и пор представлены двумя полуосями: для пор () и для пузырьков газа ().Пора содержит пузырек газа, поэтому есть и. Определение и, где и, макроскопической пористости и насыщенности можно выразить как

Эквивалентное количество пор на площадь поперечного сечения представлено как, что выражается как. Согласно уравнениям. (7) и (8) можно получить и.

Периметр эллиптического пузырька воздуха можно записать как. Общая длина периметра пузырьков воздуха в поперечном сечении:

Ур. (6) можно переписать как

2.2. Формулировки новой модели SWRC

Подставляя уравнение. (10) в уравнение. (1) дает

Уравнение всасывания состоит из функций плотности пор, насыщения, формы пузырьков воздуха и напряжения воды. Влияние пористости на всасывание отражается через параметры (пористость), (плотность пор) и (коэффициент формы воздушного пузыря). (плотность пор) связана с пористой структурой почвы и может быть записана как функция пористости. Для выражения отношения используется простая функция.относится к насыщенности, и его эффект может быть выражен насыщенностью. Итак, уравнение. (11) можно переписать как где, в единицах Н / м 2 , а остальные параметры безразмерны. и параметры изменяются с помощью.

Определение урожайности

можно получить из условий, которые:

Следовательно,

Уравнение не ново и использовалось многими людьми (включая Брукса, Кори и ван Генухтена). описывает отношение текущего насыщения к максимуму.Отмечая, что представляет насыщенность, когда и представляет насыщенность, когда.

Функция представляет эффект формы воздушных пузырьков. Это может быть приблизительно выражено простой степенной функцией с помощью хорошего метода аппроксимации кривой (рисунок 2):


Форма воздушного пузыря, обозначенная значком, должна изменяться в зависимости от,, (температуры) и некоторых других факторов. Из-за трудности непосредственного измерения на практике или разработки формы аналитической функции здесь для простоты используется функция для, где и — параметры, относящиеся к рассматриваемому грунту.Уравнение (13) можно упростить как

Предлагаемая модель включает четыре параметра,. связано с поверхностным натяжением. Единица измерения — Н / м 2 , остальные параметры безразмерны. связан с плотностью пор и связан с пористостью. представляет собой комбинированное влияние температуры, эффектов гистерезиса и других факторов и относится только к пористости.

3. Проверка
3.1. Подготовка образца и процедура испытания

Чтобы проверить уравнение.(17), система нажимных пластин используется для определения SWRC при различной пористости. Схема экспериментальной системы показана на рисунке 3. Цилиндрический образец грунта (диаметром 70 мм и высотой 20 мм), плотно заключенный в режущее кольцо, помещается на керамический диск, а керамический диск (с величиной входа воздуха 500 мм). кПа) хорошо соединяется с днищем. Под действием давления воздуха вода вытекает из образца почвы в камеру, и масса воды измеряется весами.


Суглинок (83.92% песка, 14,19% ила и 1,89% глины), добытых в районе Трех ущелий, Китай, использовались в качестве материала для испытаний. В соответствии со спецификацией испытания почвы были подготовлены три образца, обозначенные как L1, L2 и L3 (Рисунок 4), а соответствующие значения пористости составили 0,4666, 0,4346 и 0,4097 соответственно. Испытание началось с насыщенного грунта и проводилось при комнатной температуре (20 ° C). Степень насыщения, соответствующая каждой стадии всасывания, рассчитывалась путем взвешивания вытекающей воды, образца почвы в ходе испытания и сухого образца после сушки в печи.


3.2. Проверка по результатам экспериментов

Данные испытаний для супесчаного песка со всеми пористостями были приняты для проверки уравнения. (17). В предлагаемой модели SWRC четыре параметра. Параметры калибруются с использованием метода аппроксимации нелинейных наименьших квадратов (NLS):,, и, соответственно.

На Рисунке 5 показано сравнение прогнозируемых по модели всасываний и данных испытаний для супесчаного песка. Прогнозируемое всасывание хорошо согласуется с данными испытаний, с большинством расхождений менее 10%.Измеренные и предсказанные SWRC с использованием предложенной модели при разной пористости показаны на рисунке 6. Можно видеть, что предсказанные SWRC по предложенной модели хорошо согласуются с экспериментальными данными, что указывает на то, что уравнение. (17) успешно воспроизводит влияние пористости на SWRC. Рисунок 6 также показывает, что как рассчитанные, так и измеренные всасывания уменьшаются с увеличением пористости, а форма и положение SWRC, очевидно, изменяются с разной пористостью.



3.3. Проверка на соответствие литературным данным

Для дальнейшего изучения применимости предложенной модели используются экспериментальные данные для двух различных почв, найденные в литературе.

Первый — это бентонит FEBEX (глина: 92%; ил и песок: 8%), который является разновидностью искусственной глины [29]. Здесь были выбраны три плотности сухого вещества; это г / см 3 , г / см 3 и г / см 3 , соответственно. Температура испытания составляла 20 ° C. Пористость рассчитывалась как, где г / см 3 .Таким образом, соответствующие пористости трех образцов равны, и, соответственно.

Второй — глина Бум [33]. Этот материал был получен путем уплотнения натуральной глины Boom. Глина Бум (10–20% смектита, 20–30% иллита и 20–30% каолинита) имеет предел пластичности 29%, предел жидкости 56% и удельный вес 2,7, а половина частиц меньше 2 мкм м. Испытанные образцы были приготовлены при плотности в сухом состоянии 1,37 г / см 3 и 1,67 г / см 3 , и соответствующие коэффициенты пустотности равны 0.932 и 0,591 соответственно. Таким образом, пористость двух образцов составляет 0,4824 и 0,3715 соответственно. Температура испытания поддерживалась на уровне 22 ° C.

Четыре параметра, в уравнении. (17) рассчитываются с использованием метода NLS и перечислены в таблице 1. На рисунке 7 экспериментальные данные для двух различных почв соответствуют формуле. (17). Он показывает очень хорошее согласие между предсказаниями модели и экспериментальными данными с незначительными расхождениями.


Параметры (кПа)

Бентонит FEBEX [24] 2.243 26,616 -68,846
Глина для стрелы [28] 0,0176 -11,211 -0,675 10,493

4. 9 Выводы A2 904 Модель разработана для описания влияния пористости на SWRC. Модель построена для трехфазной смеси с идеализированной структурой пор. Идеализированная форма воздушного пузыря и система пор соответствуют макроскопическим физическим эффектам.На этой основе предлагается модель SWRC, в которой всасывание выражается как функция пористости и эффективного насыщения. В модели четыре параметра, имеющих ясный физический смысл. связано с поверхностным натяжением; связано с пористостью; представляет собой комбинированное влияние температуры, эффектов гистерезиса и других факторов; и относится только к пористости. Экспериментальная проверка этой модели проводилась на SWRC супеси. Прогнозы модели близки к результатам испытаний, которые также показывают, что всасывание уменьшается с увеличением пористости, а форма и положение SWRC, очевидно, изменяются с различной пористостью.Прогнозы предложенной модели также сравнивались с экспериментальными результатами для бентонита FEBEX и глины Boom в опубликованных статьях. Хорошие соглашения показывают, что модель SWRC надежна и применима для широких почв.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Это исследование было поддержано Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая (номер гранта 2017YFC1501100), Национальным фондом естественных наук Китая (номера грантов 51939004 и 51279090) и Открытым фондом Лаборатории ключевых геологических опасностей. на водохранилище Три ущелья, Министерство образования, Китайский университет Трех ущелий (номер гранта 2020KDZ11).

Определений — Метод 3 и Калькулятор совокупного риска | Программа загрязненных участков

Определения параметров сайта

Сухая насыпная плотность
Насыпная плотность в сухом состоянии — это вес почвы, деленный на ее объем, включая объем пор (Bates and Jackson, 1987). Этот параметр можно определить путем лабораторного анализа образцов почвы или в полевых условиях с помощью ядерного плотномера.

Общая пористость почвы
Общая пористость почвы — это степень, в которой почва пронизана порами или полостями, через которые может перемещаться вода или воздух, и представляет собой сумму пористости, заполненной водой и воздухом (EPA, 1998).Этот параметр не является входным, но напрямую связан с пористостью, заполненной воздухом и водой. Общая пористость почвы может быть определена либо с помощью лабораторных испытаний, табличное значение, основанное на типе почвы, либо может быть рассчитано на основе объемной плотности в сухом состоянии и плотности частиц почвы. Следовательно, если используется объемная плотность сухого материала для конкретной площадки, необходимо определить соответствующую общую пористость почвы.

Водонаполненная пористость
Пористость водонаполненного грунта — это часть общей пористости, содержащей воду.Это значение можно рассчитать как произведение влажности почвы на объемную плотность в сухом состоянии. Это значение следует определять для конкретного места, если определяется объемная плотность сухого вещества или содержание влаги для конкретного места. Изменение этого параметра напрямую влияет на пористость заполненного воздухом грунта; поэтому, если этот параметр определяется конкретно для участка, пористость с заполненным воздухом и общая пористость также должны определяться отдельно для участка.

Пористость заполненного воздухом грунта
Пористость почвы, наполненной воздухом, составляет часть общей пористости почвы, содержащей воздух.Это значение рассчитывается путем вычитания пористости, заполненной водой, из общей пористости почвы. Если общая пористость почвы для конкретного участка или пористость водонаполненного грунта определяется для участка, то следует проанализировать пористость заполненного воздухом грунта, чтобы убедиться, что сумма пористостей заполненного воздухом и заполненного водой грунта равна общей пористости почвы. пористость.

Фракция органического углерода
Доля органического углерода — это процентное содержание органического углерода в почве.Этот параметр следует определять путем лабораторного анализа незагрязненных образцов почвы с использованием аналитического метода, такого как EPA Method 415.1 или SW-846 Method 9060. Департамент не принимает результаты теста на выжигание почвы, который определяет общее содержание органических веществ.

Значение по умолчанию — 0,1% как для поверхностного, так и для подземного грунта. Это консервативное значение. Этот параметр может варьироваться от сайта к сайту и в пределах одного сайта.

Среднее содержание влаги в почве
Среднее содержание влаги в почве — это процент влаги, содержащейся в образце почвы, который определяется как разница в весе между собранной массой почвы и массой, высушенной в печи (Bates and Jackson, 1987).Этот параметр используется для расчета пористости, заполненной водой. Значения по умолчанию — 10% для поверхностного грунта и 20% для подземного грунта.

Толщина водоносного горизонта
Толщина водоносного горизонта — это толщина водоносного горизонта, на которую воздействует фильтрат из вышележащей почвы вадозной зоны. Глубину водоносного горизонта можно определить по каротажам бурения или мониторингу скважин, если они были завершены на глубине, достаточной для определения глубины водоносного горизонта.Другие данные, такие как сведения о глубине залегания вечной мерзлоты, исторические данные каротажа скважин или информация Географической службы США (USGS), могут использоваться для демонстрации толщины водоносного горизонта.

Гидравлическая проводимость
Гидравлическая проводимость — это скорость, с которой вода может двигаться через проницаемую среду (т.е. коэффициент проницаемости) в насыщенной зоне (EPA, 1998). Этот параметр может быть определен в полевых условиях с использованием пробкового теста или насоса, в лаборатории с использованием ASTM D5084 «Гидравлическая проводимость насыщенного пористого материала с использованием гибкого стенового пермеаметра» или из табличного значения, основанного на типе грунта водоносного горизонта.Тип почвы следует определять для водоносного горизонта, а не для водоупорной зоны. Как правило, гидравлическая проводимость для определенного типа почвы на самом деле представляет собой диапазон значений, охватывающий несколько порядков величины. В целом, департамент принимает только самые строгие требования к гидравлической проводимости для определенного типа почвы. Ссылка на табличную гидравлическую проводимость должна быть опубликованной, прошедшей экспертную оценку, и должна быть предоставлена ​​в отдел для утверждения. Департамент также примет расчетную гидравлическую проводимость с использованием метода Хазена для песков с эффективным размером зерна (d10) примерно от 0.1 и 3,0 мм (Fetter, 1994). Эффективный размер зерна обычно указывается при выполнении ситового анализа образца почвы в соответствии со стандартом ASTM D422.

Гидравлический градиент
Гидравлический градиент — это изменение общего напора с изменением расстояния в заданном направлении, приводящее к максимальной скорости уменьшения напора (с изменениями из Bates, R.L., and Jackson, J.A., 1987). В общем, гидравлический градиент — это направление потока грунтовых вод из-за изменений высоты уровня грунтовых вод.Если определяется гидравлический градиент для конкретного участка, он должен быть основан как минимум на трех точках данных о высоте воды, размещенных в треугольной конфигурации, чтобы можно было определить направление максимального потока. Гидравлический градиент может потребоваться определить для различных гидрогеографических областей на участке или в разное время из-за сезонных колебаний потока грунтовых вод. Применяемое значение гидравлического градиента является наиболее консервативным гидравлическим градиентом, определенным для площадки.

Скорость проникновения
Скорость инфильтрации — это количество осадков, попадающих в столб почвы, усредненное за год и измеряемое в метрах в год.Скорость инфильтрации для конкретного участка может быть определена путем предположения, что инфильтрация составляет 1/5 от средней годовой интенсивности осадков для данного участка, или с использованием утвержденной модели. Департамент будет принимать данные о среднегодовой норме осадков из Ежемесячных станционных норм температуры, осадков и градусо-дней нагрева и похолодания за 1961–1990 годы (Owenby and Exell, 1992) или из другого источника, одобренного Департаментом.

Длина источника параллельно потоку грунтовых вод
Длина источника, параллельная потоку грунтовых вод, представляет собой размер площади загрязнения почвы в направлении потока грунтовых вод.Этот параметр может быть определен специально для участка, если имеется достаточно данных о подповерхностном грунте либо из скважинного грунта, либо из журналов мониторинга скважин для определения площади подземного загрязнения почвы. Максимальная длина источника, параллельная направлению потока грунтовых вод, должна использоваться при расчете глубины зоны смешения и коэффициента разбавления для конкретного участка.


Измерение открытой пористости сельскохозяйственных почв с помощью акустических волн

Абстрактные

Пространство между агрегатами сельскохозяйственных почв определяется как структурная пористость.Он играет важную роль в ключевых функциях почвы, которые сельскохозяйственная почва выполняет в глобальной экосистеме. Пористость — одно из свойств почвы, которые влияют на рост растений, а также структуру почвы, размер заполнителя, аэрацию и водоудерживающую способность (Alaoui et al. 2011). Регулирование подачи воды в сельскохозяйственную почву связано с количеством очень маленьких пор, присутствующих в почве из-за эффекта капиллярности. Изменение пористости также влияет на испарение воды на поверхности (Le Maitre et al.2014). Кроме того, почва является средой обитания почвенных организмов, а большинство живых организмов, включая корни растений и микроорганизмы, нуждаются в кислороде. Эти организмы легче дышат в менее уплотненной почве с широким диапазоном размеров пор. Уплотнение почвы сельскохозяйственным двигателем снижает пористость почвы. В то же время фрагментация почвообрабатывающими орудиями, образование трещин из-за циклов увлажнения / высыхания и замораживания / оттаивания, а также влияние почвенной фауны могут восстановить пористость почвы. Уплотнение почвы увеличивает объемную плотность, поскольку зерна почвы переупорядочиваются, уменьшая пустое пространство и приближая их к более тесному контакту (Hamza & Anderson 2005).Уменьшается дренаж, облегчается эрозия и снижается урожайность в уплотненной почве. Таким образом, важной задачей является определение пористости почвы, получение информации о ее уплотнении с целью предоставления фермерам советов по оптимизации почвы для растениеводства. Скорость акустической волны коррелировала с пористостью, а затухание звука — с содержанием воды (Oelze et al. 2002). Недавние исследования показали некоторую корреляцию между скоростью акустических волн, пористостью и напряженным состоянием образцов грунта (Lu et al.2004; Lu 2005; Lu & Sabatier 2009), заключив, что ультразвуковые волны являются многообещающим инструментом для быстрой характеристики ненасыщенных пористых почв. Скорость распространения волны имеет тенденцию к уменьшению в высокопористой почве, поскольку там больше пустот, заполненных воздухом и водой, что увеличивает вязкие потери. Fellah et al. (2003) показали, что пористость можно определить по фазовой скорости и коэффициенту отражения. Распространение акустических волн в почве исследуется для разработки быстрого метода количественной оценки уровня пористости сельскохозяйственных почв.В настоящем сообщении определяются корреляции между акустическими сигнатурами сельскохозяйственной почвы в зависимости от ее структурных свойств. В лаборатории проводятся испытания на сжатие ненасыщенных образцов грунта для воспроизведения различных уровней пористости. Через рассматриваемые образцы проходят ультразвуковые импульсы. Распространенные сигналы обрабатываются как во временной, так и в частотной областях, чтобы определить скорость фазовой скорости и отражения. Затем определяют пористость и сравнивают с содержанием воды, измеренным гравиметрическим методом.Алауи, А., Липец, Дж. И Герке, Х.Х., 2011. Обзор изменений в системе пор почвы из-за деформации почвы: гидродинамическая перспектива. Исследование почвы и обработки почвы, 115-116, стр. 1-15. Феллах З.Е.А., Бергер С., Лаурикс В., Деполье К., Аристеги К., Чапелон Дж. Ю., 2003. Измерение пористости и извилистости пористых материалов с помощью отраженных волн при наклонном падении. Журнал Американского акустического общества 113 (5), стр. 2424-2433. Хамза, М.А., Андерсон, В.К., 2005. Уплотнение почвы в системах земледелия.Исследование почвы и обработки почвы, 82 (2), стр.121-145. Лу З., 2005. Роль гистерезиса в распространении акустических волн в почвах. Письмо о геофизических исследованиях, стр.32: 1-4. Лу, З., Хики, К. Дж. И Сабатье, Дж. М., 2004. Влияние уплотнения на скорость звука в почвах. Журнал Общества почвоведов Америки, 68 (1), стр. 7–16. Лу, З. и Сабатье, Дж. М., 2009. Влияние водного потенциала почвы и содержания влаги на скорость звука. Журнал Общества почвоведов Америки, 73 (5), стр. 1614-1625. Ле Мэтр, Д.К., Коцеи, И.М. и О’Фаррелл, П.Дж., 2014. Воздействие изменения растительного покрова на экосистемную услугу регулирования стока воды: инвазивные чужеродные растения, пожары и их политические последствия. Политика землепользования, 36, стр. 171-181. Эльзе, М.Л., О’Бриена, В.Д. и Дармоди, Р.Г., 2002. Измерение затухания и скорости звука в почвах. Почва. Sci. Soc. Являюсь. Дж.

Испытание на проницаемость почвы: все, что вам нужно знать

Что такое проницаемость почвы??????

Инженеры-геотехники и инженеры-строители, гидрогеологи, почвоведы и ученые-экологи — все используют эту информацию для таких проектов, как строительство фундаментов, насыпи, земляные плотины, борьба с наводнениями, инфильтрация сточных вод и т. Д. Неудивительно, что пористость и проницаемость почв взаимосвязаны.

Факторы, влияющие на проницаемость почвы

Пустоты в почве создают легкий путь для движения воды, но другие факторы, такие как гидравлический градиент, тип почвы, текстура и гранулометрический состав, также влияют на проницаемость.

Закон Дарси, который определяет все результаты испытаний на проницаемость почвы, представляет собой уравнение, описывающее движение жидкостей через пористую среду. Это уравнение определяет коэффициент проницаемости или гидравлической проводимости грунта, отношение скорости жидкости через матрицу почвы к гидравлическому градиенту.

Коэффициент проницаемости

Коэффициент проницаемости (K) — это скорость в метрах или сантиметрах в секунду воды через грунт. Мелкозернистые почвы, такие как глины, могут иметь значения около 10-8 метров / сек или ниже, или образование песка и гравия может составлять 10-4 метров / сек или выше.

Проницаемость почвы можно оценить с помощью эмпирических методов, таких как картографирование почвы, текстура почвы или гранулометрический состав. Однако множество различных лабораторных и полевых методов испытаний позволяют легко измерить эти свойства напрямую. Тип почвы и цель испытания, требуемая точность и тип образца влияют на выбранный метод испытания.

Этот блог станет вашим руководством при выборе оборудования, отвечающего требованиям метода испытаний и соответствующего типу почвы.

Как измеряется проницаемость почвы

Испытания на проницаемость почвы проводятся в условиях постоянного или падающего напора:

  • Испытание постоянного напора относится к устройству, в котором одинаковая относительная высота верхней части водяного столба ( напор) остается над образцом на протяжении всего испытания. Это действительный тест для почв с высокой скоростью потока, таких как песок и гравий, а также для некоторых глинистых почв.
  • Испытание падающей головки позволяет напору уменьшаться по мере проникновения воды в образец, уменьшая давление в ходе испытания.Методы падения напора обычно ограничиваются мелкозернистыми почвами.

Оборудование для испытания на проницаемость почвы

  1. Ячейки с гибкими стенками на проницаемость, описанные в ASTM D5084, измеряют гидравлическую проводимость грунта с использованием нескольких методов. Методы в рамках этого стандарта допускают несколько вариантов методов постоянного и падающего напора, включая испытания на постоянную скорость потока и испытания на постоянный объем с давлением, контролируемым ртутью. Образец для испытаний может быть приготовлен из ненарушенных скважинных образцов (трубок Шелби) или путем уплотнения грунта в форме до заданной плотности.Образец заключен в латексную мембрану и помещен в заполненную жидкостью испытательную ячейку под давлением. Система клапанов и бюреток, установленных на логической панели, позволяет осуществлять трехмерное управление ограничивающим давлением на образец, а также используемым проникающим веществом (обычно водой). На протяжении всей процедуры осуществляется мониторинг деформации образца и изменения объема. Хотя этот тест является стандартным и широко применяемым, он требует значительной подготовки образцов и может занять несколько дней.Karol-Warner производит полный набор испытательных ячеек, панелей управления и принадлежностей для пробоподготовки Gilson для испытаний на проницаемость гибких стенок.
  2. Пермеаметры с постоянным напором
  3. измеряют коэффициент проницаемости непластичных грунтов, при этом не более 10% частиц проходят через контрольное сито 75 мкм (№ 200). Процедура, описанная в AASHTO T 215, также является отмененным стандартом в ASTM D2434. Испытание проводится в условиях постоянного напора в пермеаметре для песка и гравия с жесткими стенками и диаметром в 8–12 раз больше максимального размера частиц, снабженном пористыми камнями для предотвращения потери образца.Два порта манометра подключаются к двухтрубному манометру для измерения изменений напора во время испытания. Бак с постоянным напором подает к образцу деаэрированную воду. При необходимости испытания на проницаемость могут проводиться с образцом с относительной плотностью от 0% до 100%. После уплотнения тонких слоев подготовленного гранулированного образца грунта в пермеаметре специальный молоток для уплотнения скользящего груза или вибрационный трамбовщик при необходимости обеспечивает более высокую относительную плотность. Испытание начинается после вакуумного насыщения образца деаэрированной водой.Показания времени, напора (уровни воды в трубках манометра) и количества потока в интервалах увеличения давления напора определяют окончательные результаты.
  4. Пермеаметры с постоянным / падающим напором
  5. позволяют проводить испытания сыпучих грунтов при постоянном или падающем напоре, но не соответствуют опубликованным требованиям методик испытаний ASTM или AASHTO. Они имеют схожую конструкцию с пермеаметрами для гранулированного грунта ASTM / AASHTO, но имеют один порт для подключения к однотрубному манометру.Испытательная установка и подготовка образцов идентичны пермеаметрам ASTM / AASHTO.
  6. Пермеаметры уплотнения
  7. — это формы для уплотнения влажности / плотности почвы (по шкале Проктора) 4 дюйма или 6 дюймов (102 или 152 мм), снабженные верхними и нижними пластинами, снабженными клапанами и портами для работы в качестве пермеаметров. Испытания на проницаемость как при постоянном напоре, так и при падающем напоре могут быть выполнены непосредственно на уплотненных образцах без необходимости тщательной подготовки. Образцы Proctor или California Bearing Ratio (CBR), отформованные с использованием стандартных методов уплотнения.Пористые камни на обоих концах образцов обеспечивают дренаж. Для этих устройств не существует специальных методов испытаний ASTM / AASHTO, но они предоставляют полезную информацию в процессе проектирования. При испытании проницаемости с помощью пермеаметров уплотнения используется обычное оборудование и методы. Двухтрубные манометры подключаются к впускному и выпускному портам для измерения расхода деаэрированной воды.
  8. Пермеаметры трубки Шелби
  9. представляют собой наборы компонентов для создания пермеаметра вокруг участка невозмущенного образца, удерживаемого в трубке Шелби 3 дюйма (76 мм).Образец не требует экструдирования, что обеспечивает минимальное повреждение илистых или песчаных материалов или структур подстилки чувствительных почв. Документы ASTM или AASHTO не охватывают метод испытаний, но они позволяют проводить испытания с постоянной или падающей головкой на образцах с минимальным возмущением. Часть трубы обрезается до максимальной длины 6 дюймов (152 мм) с помощью большого трубореза или ленточной пилы. Торцевые крышки имеют отверстия для входа и выхода воды, расположенные на каждом конце образца для подключения к двухтрубным манометрам.Резьбовые стержни фиксируют пермеаметр в сборе.
  10. Двухкольцевые инфильтрометры
  11. измеряют скорость инфильтрации почвы в полевых условиях для геотехнических и экологических приложений, таких как проектирование плотин и водохранилищ или исследования жидких отходов и выщелачивания. Этот тест с постоянным напором соответствует методам ASTM D3385 и дает оптимальные результаты на однородных мелкозернистых почвах. Два металлических кольца расположены концентрически и вбиваются в землю на полигоне. После заполнения испытательных колец водой два устройства с трубкой Мариотта поддерживают постоянный уровень жидкости.Изменения объема, наблюдаемые в пробирках во время теста, определяют скорость инфильтрации. Хотя эта скорость является мерой движения жидкости через почву, она может быть напрямую связана с коэффициентом проницаемости или гидравлической проводимости только при наличии значительных предварительных знаний о гидравлических свойствах. Тем не менее, информация, которую предоставляет тест, ценна, и ее использование хорошо известно.

Чтобы узнать больше об этих продуктах, посетите нашу страницу с оборудованием для испытаний на проницаемость почвы.

Что такое тест на просачивание почвы?

Испытания на перколяцию («перколяцию») — это простой тип полевых испытаний, часто требуемых местными департаментами здравоохранения для выбора типа септической системы для жилых или коммерческих помещений на мелкозернистых почвах.

Как выполняется тест Perc?

Типичная процедура заключается в использовании почвенного шнека или экскаватора для выкапывания ямы глубиной примерно от 18 до 30 дюймов (от 457 до 762 мм), заполнения ее водой и отслеживания времени, необходимого для слива.Среди местных регулирующих органов существуют десятки вариантов этого метода, поэтому здесь невозможно указать четкие процедуры. На результаты тестов perc может влиять столько факторов, что они считаются ненадежными для большинства научных или инженерных приложений.

Мы надеемся, что этот блог ответил на ваши вопросы о том, как выбрать методы и оборудование для ваших приложений по тестированию проницаемости почвы. Пожалуйста, свяжитесь с нашей опытной командой технической поддержки для получения подробной информации.

Недостаточная пористость — компостирование Корнелла

Недостаточная пористость — Компостирование Корнелла


Недостаточная пористость

Том Ричард

Гранулометрический состав, насыпная плотность и пористость компостной смеси — это вторая группа факторов, которые могут приводят к анаэробным условиям. Эти физические характеристики компостная смесь может взаимодействовать с высоким уровнем влажности, уменьшить транспорт кислорода.Небольшие размеры частиц уменьшают количество больших пор и увеличивают вероятность того, что кислород понадобится продифференцироваться через мелкие поры (что более вероятно должны быть заполнены водой, как описано в разделе о капиллярах теория и математический потенциал).

Форма, размер и структура частиц влияют на то, как они оседать, с плотной упаковкой, увеличивая насыпную плотность и уменьшение пористости, заполненной воздухом (свободного воздушного пространства).Уплотнение (вызвано механическими причинами или весом из-за вскрыши в высоких сваях) также поощряет плотную упаковку. Некоторые из этих эффектов показано на Рисунке 1 ниже:

Рис. 1. Зависимость эффективной площади поперечного сечения. гранулометрического состава, формы и плотности упаковки.

Белое пространство между частицами на рисунке 1 иллюстрирует эффективная площадь поперечного сечения каждой матрицы. Оценки эффективная площадь поперечного сечения может использоваться для применения диффузионного уравнение для пористой среды, такой как компост, с поправкой на факт эта диффузия происходит только в поровом пространстве и дополнительно ограничивается извилистостью этих пор.Полезный результат этой коррекции — кажущийся коэффициент диффузии, который в почвах был показано, что примерно пропорционально площади заполненного воздухом пористость (Папендик и Кэмпбелл, 1981):

D эффективный = S 2 x D

где

D эффективный = эффективный коэффициент диффузии

S = пористость, заполненная воздухом, и

D = диффузия коэффициент в воздухе

Предполагая, что компостная матрица испытывает аналогичные эффекты, мы можем используйте это уравнение для оценки влияния плотности на диффузию.Поскольку любое увеличение объемной плотности происходит за счет воздуха заполненная пористость (твердая и водная фазы могут рассматриваться несжимаемым), относительно небольшие изменения объема могут иметь значительный эффект.

Например, предположим, что куча компоста изначально заполнена воздухом. пористость 30%, а объем ворса уменьшается на 10% за счет уплотнение и измельчение после первого прохода валка токарь. При постоянном содержании влаги и твердых частиц воздух заполненная пористость будет уменьшена с 30% до 20%, то есть на 33% [(0.30-0.20) /0.30], а кажущийся коэффициент диффузии будет будет уменьшено на 56% [(0,09 — 0,04) / 0,09]. Это существенное изменение диффузия кислорода может легко остаться незамеченной в валке сам по себе, где снижение объема более чем на 50% является обычным явлением, и 80% не является чем-то необычным с изначально рыхлым материалом, таким как Осенние листья.

В той степени, в которой естественная или принудительная конвекция важна при транспортировке кислорода поры малого диаметра могут вызвать проблемы даже если сохраняется общая пористость, заполненная воздухом.Повышенное трение сопротивление стенок в мелких порах снижает любой массовый расход кислорода, который в противном случае произошел бы. Кроме того, воздушные каналы в компостирующей матрице не пучок непрерывных прямых трубы, но изгибаются и изгибаются извилистым путем, с множеством тупиков и узкие проходы. Эти факторы еще больше уменьшают перенос кислорода. способами, которые трудно определить количественно.

Физические характеристики компостной матрицы влияют на легкость, с которой кислород может попасть в кучу.Но расстояние проникает также зависит от того, как быстро он используется вверх. Быстро разлагающийся субстрат, например, скошенная трава или пищевые отходы, могут быстрее расходовать кислород чем его заменяют.

Номер ссылки

Папендик Р.И., Кэмпбелл Г.С. 1981. Теория. и измерение водного потенциала. С. 1-22. В: Водный потенциал Отношения в почвенной микробиологии. Специальная публикация ГССА № 9. Дж.Ф. Парр, У. Р. Гарднер и Л. Ф. Эллиотт (ред.). Почвоведение Общество Америки: Мэдисон, Висконсин. Возвращение в США. цитировать в тексте.



Для конкретных комментариев, относящихся к этой странице, пожалуйста, свяжитесь с Cornell Институт управления отходами (формат и стиль), или Том Ричард (техническое содержание).

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.