Proprietățile fizice ale solurilor caracterizează starea fizică a solurilor; ele includ densitatea, porozitatea și porozitatea. Indiferent de natura legăturilor dintre particule, toate pietrele nu sunt corpuri absolut dense și au goluri libere și goluri care pot fi umplute cu gaze sau lichide și servesc ca canale pentru mișcarea lor.
Formarea golurilor și a golurilor în roci se produce simultan cu formarea propriilor roci. Astfel, deja în procesul de solidificare sau solidificare a lavei sau magmei în roci ignifuge se formează fisuri ale individului. În procesul de sedimentare a rocilor sedimentare apar goluri de bule de gaz.
În mărime, golurile sunt împărțite în trei grupe:
· Mare sau noncapillary, cu un diametru al porilor mai mare de 1,0 mm sau lățimea de fisuri mai mari de 0,25 mm, în cazul în care apa se poate mișca liber sub acțiunea gravitației, fără a se confrunta cu o rezistență semnificativă din forțele de tensiune superficială;
· Capilar cu un diametru al porilor de la 1,0 la 0,0002 mm sau o lățime de fisură de la 0,25 până la 0,0001 mm, în care mișcarea de apă are loc sub acțiunea forțelor de tensionare capilară și a capului hidrostatic;
· Subkapillyarnye, cu un diametru al porilor mai mic de 0,0002 mm sau lățimea fisuri mai mici de 0,0001 mm, în cazul în care acțiunea forțelor capilare ale tensiunii, se adaugă acțiunea forțelor de atracție elektromolekulyarnogo apă rock particule.
Să ne imaginăm volumul pietrei V în care o parte va fi ocupată de golurile Vn. și restul - particule minerale (scheletul mineral) al pietrei Vsk.
Dependența dintre cantități este exprimată prin egalitate:
Raportul dintre volumul golurilor Vn și volumul total al rocii V, exprimat ca procent, indică valoarea:
În cazurile în care valoarea n caracterizează prezența unor goluri necapilare mari, se numește ciclul de sarcină. În mod obișnuit, noțiunea de porozitate se referă la roci sau roci grosiere clasice.
Dacă valoarea n caracterizează prezența golurilor capilare și subcapilare, se numește porozitate. Conceptul de porozitate se referă, de obicei, la roci ne-stâncoase.
Pentru rocile non-stâncoase, pe lângă porozitatea, se calculează cantitatea de porozitate redusă sau, așa cum se numește mai des, valoarea coeficientului de porozitate. care este raportul dintre volumul golurilor Vn și volumul scheletului mineral Vsk:
Valorile porozității și porozității sunt legate între ele printr-o relație simplă:
Densitatea solurilor se caracterizează prin trei factori: densitatea părții minerale a minții. densitatea stâncii și densitatea scheletului:
unde msk este masa părții solide a solului; mв - masa de apă; Vsk volumul părții solide a scheletului; Vsk este volumul porilor din sol; - umiditatea solului [8].
Din densitatea părții minerale și a densității scheletului se pot calcula indicii de porozitate - porozitatea n și coeficientul de porozitate al solului:
În solurile cu legături structurale rigide - stâncoase și semicale - ciclul de funcționare este în principal reprezentat de fracturare. Fracturarea este unul dintre principalii factori care afectează rezistența acestor roci. Prin origine, fisurile din roci sunt împărțite în litogenetice, tectonice și exogene.
Primele se formează în timpul formării de roci (fisuri în roci igneous și crăpături în straturile sedimentare). Acestea din urmă se dezvoltă deja în rocile formate sub influența forțelor de compresiune și tracțiune tectonice care depășesc puterea rocilor. Fisurile exogene pot fi naturale și artificiale.
Crăpăturile naturale se formează în roci în timpul intemperiilor, alunecărilor, alunecărilor și descărcărilor în partea de foișor. Crăpăturile artificiale sunt fisuri de descărcare, care apar în apropierea carierelor și săpăturilor și în timpul exploziilor.
Proprietățile de apă ale solurilor
Proprietățile de apă ale solurilor se manifestă atunci când interacționează cu apa. În funcție de tipul de sol, starea, rezistența și stabilitatea lor se pot schimba, se pot manifesta proprietățile de absorbție, reținere, curgere sau parțial dizolvare în apă. Pentru ca aceste proprietăți ale rocilor să obțină nu numai o evaluare calitativă, ci și o evaluare cantitativă, se stabilește conceptul de umiditate a pietrei.
Conținutul de umiditate al stâncii W reprezintă procentul din greutatea apei conținute în porii pietrei, greutatea scheletului mineral al pietrei.
Conținutul de umiditate al solului este caracterizat de trei factori: umiditatea în greutate. volumul de umiditate și coeficientul de saturație a apei:
Greutatea umezelii este raportul dintre masa apei și masa solului uscat la aer. Umiditatea volumetrică este raportul dintre volumul apei și volumul solului. Aceste tipuri de umiditate sunt exprimate ca procent.
Gradul de umezire a solului se caracterizează prin coeficientul de saturație a apei. și anume raportul dintre volumul de apă și volumul total al porilor. Conținutul natural de umiditate al solurilor caracterizează starea solului. Este deosebit de important pentru solurile din lut, ale căror proprietăți variază foarte mult cu umiditatea.
Metodele existente pentru determinarea umidității pot fi împărțite în două grupe. Primele includ metode bazate pe îndepărtarea umidității de la sol prin transferarea acesteia în starea de vapori (metode termice) sau prin stoarcere (metoda mecanică). Cel de-al doilea grup (metode electrice, radioactive, apoase, tensometrice, volumetrice, conice și optice) se bazează pe determinarea indirectă a cantității de apă din sol fără a fi eliminată.
Metoda termică (termică) cea mai utilizată, în care probele de sol introduse în bazine sunt uscate la greutate constantă la 105 ° C.
În ultimii ani, au fost utilizate tot mai multe metode radioactive (metoda gamma și metoda neutronică lentă) pentru a determina rapid umiditatea solului în câmp, fără prelevare de probe.
Capacitatea apei. Capacitatea de apă se referă la capacitatea solului de a găzdui și reține o anumită cantitate de apă. Distinge rasa vid (argilos) având o capacitate de umiditate medie (nisipuri argiloase nisipoase și, nămolos fin granulat) nevlagoemkie (nisip mediu, pietriș și mazarat, pietriș, pietricele si roci fracturate carstice).
Pentru rocile cu intensitate mare de apă, este izolată o capacitate de umiditate totală, capilară, moleculară, higroscopică. Capacitatea totală de umiditate corespunde conținutului de umiditate volumetrică a solului la saturație completă cu apă și capilar - la saturarea porilor capilare și a porilor mai mici. Capacitatea maximă de umiditate moleculară este cantitatea totală de apă legată fizic, iar cea higroscopică este cantitatea de apă legată ferm.
Cantitate, toate tipurile de capacitate de umiditate sunt de asemenea exprimate prin umiditate volumetrică. Capacitatea de umiditate determină așa-numita capacitate de reținere a apei, care este numeric egală cu cantitatea de apă care rămâne în rocă inițial cu apă saturată după curgerea liberă a apei din proba. În pedologie, această cantitate se numește câmp sau cea mai mică capacitate de umiditate.
Pierderea apei și lipsa saturației. Abilitatea rasei de a da apă liberă se numește pierderea apei. Numeric, aceasta este egală cu diferența dintre capacitatea totală și cea mai joasă a umezelii (tabelul 1.2).
Tabelul 1.2. Capacitatea apei și randamentul apei din sol
Determinarea tipului de soluri pe baza numărului de plastici și a consistenței lor naturale are o mare importanță practică, deoarece capacitatea portantă și sarcina admisă atunci când sunt utilizate în construcții depind în mare măsură de consistența lor [3].
Umflarea. Proprietatea solului crește în volum când umezirea se numește umflare. Depinde de compoziția minerală și granulometrică, structura și textura solului, compoziția cationilor de schimb, compoziția ionică a apei care interacționează cu solul.
Umflarea se manifestă atunci când presiunea care se dezvoltă în sol în timpul umflăturii depășește încărcătura exterioară (din structură sau solurile care se suprapun) la sol.
Umflarea are loc în soluri moi coezive și se explică prin formarea de straturi de apă legată în jurul lutului și a particulelor coloidale. Particulele se extind, conectivitatea solului scade și apare o creștere generală a volumului acestuia.
De regulă, cu cât mai multe particule de argilă din sol (mai multă plasticitate), cu atât este mai mare capacitatea de a se umfla. În același timp, este necesar să se ia în considerare compoziția minerală a solului. De exemplu, argilele de montmorilonit au un grad mai mare de umflare decât argilele formate din minerale ale grupului de kaolinit.
Clay în care cationii schimbabili complexe de absorbție conține calciu și magneziu, se umflă mai mică de argilă cu sodiu în absorbant complex (vezi Tabelul 1.4.).
Compoziția apei afectează de asemenea umflarea solului. Apele cu o predominanță de calciu și magneziu în compoziția de sodiu a cationilor de schimb provoacă o umflare mai puțină.
Tabelul 1.4. Consistența solurilor din plastic
Lichid lichid vâscos lipoplastic plastic semi-solid
În stare solidă Semi-solidă Primer plastic, dar nu lipicios Primer plastic și lipicios Primer vâscos, se întinde stratul gros Primer se întinde un strat subțire
- Limita superioară a contracției Limita inferioară a plasticității WP Limitele de aderență Limita superioară a plasticității WL -
Valoarea determinată Cantitativ a ratelor de umflare ale volumului V sau valoarea umflarea liniară a presiunii care se dezvoltă în sol atunci când umflat și umiditatea la care procesul de umflare este încheiată:
unde VH și hH sunt volumul și înălțimea eșantionului după umflare; V0 este volumul și lungimea eșantionului în stare uscată.
În funcție de valoarea V, se disting următoarele tipuri de sol: umflarea puternică mai mare de 0,12; umflare medie 0,12-0,08; ușoară umflare 0,08-0,04.
Contracția. Procesul de reducere a volumului de sol prin uscare se numește contracție. Acest proces, umflarea inversă, se observă în solurile înfundate (diverse argile). În acest caz, se dezvoltă fisuri, de-a lungul cărora solul uneori se descompune în plăci separate, cântare și chiar se transformă în praf. Din punct de vedere cantitativ, se caracterizeaza prin valori VY volumetrice ale contractiei liniare si umiditatii solului la limita de contractie WU.
Lipiciozitate. Capacitatea solurilor la un anumit conținut de apă de a adera la diferite obiecte se numește aderență. Această proprietate are o mare importanță practică. Apare în solurile din plastic la o umiditate puțin mai mare decât limita inferioară a plasticității. În acest caz, apa legată în larg în sol interacționează cu alte obiecte.
La un conținut de umiditate egal cu limita inferioară a plasticității, apa legată cu forță mai mare este reținută în jurul particulelor solului și nu interacționează cu obiectele care intră în contact cu solul.
Odată cu creșterea umidității solului, grosimea filmelor de apă crește, aderența la obiecte scade și dispare atunci când solul se mută într-o stare fluidă. Din punct de vedere cantitativ, aderenta este estimata prin efortul care trebuie aplicat pentru ruperea obiectului de la sol. Acest indicator este utilizat pentru a determina condițiile pentru dezvoltarea solurilor moi coezive prin mașinile de săpat și rutier.
Rezistența la apă. Capacitatea solurilor de a menține rezistența și stabilitatea mecanică atunci când interacționează cu apa se numește rezistență la apă. Se caracterizează prin înmuiere și eroziune.
Sub înmuierea solului se înțelege procesul de interacțiune a solului cu apa când este scufundat în apă. În acest caz, unele soluri sunt distruse (complet), altele - în parte, în timp ce altele își păstrează textura. Soiul razmokaemost depinde de compoziția lor, natura legăturilor structurale și umiditatea solului, sub care este scufundată în apă.
Cuantificarea înmuiere nu există încă. Se estimează de obicei timpul necesar pentru a înmuia eșantionul, natura degradării sale și umiditatea solului înmuiat (în instrumente de laborator).
Eroziunea caracterizează capacitatea solurilor de a da particule sau agregate de particule în apă în mișcare. Este definită în tăvi hidraulice.
Solubilitatea. Unele soluri sunt parțial dizolvate de apele subterane. Ca urmare a creșterii golurilor în soluri, permeabilitatea la apă crește, iar proprietățile fizice și mecanice se deteriorează.
Razmyagchaemost. Proprietatea solurilor de a-și reduce puterea atunci când este umezită fără semne vizibile de distrugere se numește înmuiere și se caracterizează numeric prin coeficientul de înmuiere KR:
unde p1 și p2 - rezistența în timp a solului la compresie înainte și după saturarea cu apă.
Softenable includ soluri, în care coeficientul de înmuiere KR <0,75.
Rezistența. Stabilitatea este înțeleasă ca grad de stabilitate a solurilor împotriva efectelor dăunătoare ale proceselor de intemperii și, în special, a apei.
Sub influența intemperiilor și a proceselor de apă, crăpăturile și golurile apar în soluri, compoziția minerală se schimbă și, ca rezultat, puterea lor scade. În același timp, starea fizică a solului se modifică, iar legăturile structurale existente sunt rupte.
De exemplu, granitele și gneisses - solurile dense, solide cu legături de cristalizare ca rezultat al intemperiilor fizice sunt transformate în soluri aproape libere (așa-numitele rumbles), constând din fragmente unghiulare de diferite mărimi. Compoziția minerală a fragmentelor depinde de intemperii (fizice sau chimice).
În intemperiile chimice ale granitelor se formează eventual soluri de lut cu legături coloidale apă. Pentru a cuantifica rezistența solurilor la intemperii, se folosește coeficientul de intemperii [7]:
unde și sunt rezistene temporare ale solului la compresie în starea neefectuată (inițială) și după un ciclu de un an de expunere la agenți de intemperii.