Torpağın strukturu
Torpağın strukturu dedikdə torpaq kütləsində bərk fazanın düzülüşü nəzərdə tutulur. Məlum olduğu kimi, torpaq bərk hissəciklərdən və su, hava və ya su buxarı ilə dolu məsamələrdən ibarətdir, adətən qismən hava, qismən su ilə. Torpaqdakı bərk hissəciklərin düzülüşünə görə onun strukturu müəyyən olunur. Boş və bağlı torpağın strukturları bir-birindən əsaslı şəkildə fərqlənir.
Boş torpağın strukturu
Bağlanmamış torpağın quruluşu cazibə qüvvəsinin təsiri altında formalaşır. Bu torpağın bərk hissəcikləri daha iri olur və aşağıya düşərək cazibə qüvvəsinin təsiri altında çökməyə məruz qalır, belə hissəciklərin molekullararası cazibə qüvvələri isə mövcud olmur və ya çox zəifdir və cazibə qüvvəsi tərəfindən məğlub edilir. Buna görə bağlanmamış torpaqda bərk hissəciklər bir-birinin yanında yerləşərək, düzülmüş hissəciklər arasındakı boş sahəni tutur (şək. 1_a_). Əgər bağlanmamış torpağın hissəcikləri təxminən dairəvi formada və eyni ölçüdədirsə, məsələn, bərabər tərkibli qumda olduğu kimi, onda quruluş ən sıx (şək. 1_b_) və ya ən seyrək (şək. 1_c_) ola bilər; bu, torpaqdakı bərk hissəciklərin düzülüşündən asılıdır. Ən sıx quruluş bağlanmamış torpağın maksimum sıxılma imkanına uyğundur və onun məsaməliliyi nmin=26%-dir. Ən seyrək quruluş bağlanmamış torpağın mümkün olan minimum sıxlığına uyğundur və onun məsaməliliyi nmax=48%-dir. Məsələn, duma boş qumunun n=47%-dir.
Şək. 1 Birləşdirilməmiş torpağın quruluşu
Əgər birləşdirilməmiş torpaq dənələrinin ölçüsü müxtəlifdirsə, belə ki, daha xırda hissəciklər iri dənələr arasındakı boşluqları doldurursa (şək. 2), torpağın məsaməliliyi xeyli az olur (n=20% və daha az).
Şək. 2. Müxtəlif dənə ölçülərinə malik bağlanmamış torpağın quruluşu
Bağlı torpağın quruluşu
Birləşmiş torpaqda struktur birləşməmiş torpaqdakından fərqlidir. Birləşmiş torpaqda koheziya qüvvələri yaranır ki, bunlar xırda hissəciklərin cazibə qüvvəsindən güclüdür və onları təmas səthlərində bir-birinə yapışdırır. Buna görə də bu hissəciklər ardıcıllıqla aşağı düşmür, əksinə bir-birinin üzərində və yanında yapışmış qalır (şək. 3_a_), beləliklə zəncirvari torabənzər struktur (şək. 3_b_), lopaşəkilli (şək. 3_c_) və s. əmələ gətirir, bunlara daha yüksək dərəcəli strukturlar deyilir. Belə strukturlar böyük məsaməliliyə malikdir, bu da ümumi kütlənin 60-80%-nə qədər çata bilər; bu isə birləşməmiş torpaqda mümkün deyil.
Şək. 3. Birləşdirilmiş torpağın strukturu
Məsaməlilik və məsaməlilik əmsalı
Torpağın məsaməliliyi məsamələrin həcminin torpağın ümumi həcminə nisbəti ilə müəyyən olunur (şək. 4).
Şək. 4. Torpağın məsaməliliyi və məsaməlilik əmsalı
Əgər işarələsək
- Vp = torpaqdakı məsamələrin həcmi
- Vm = bərk hissəciklərin həcmi
- V = torpağın ümumi həcmi,
torpağın məsaməliliyi n tərifə görə
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
yəni torpağın ümumi həcminin % ilə
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
Torpağın məsaməlilik əmsalı məsamələrin həcminin bərk hissəciklərin həcminə nisbəti kimi müəyyən edilir:
e = VP / Vm.
Porozluq n üçün düsturdan alınır:
nVP + nVm = VP, buradan Vm = VP(1-n) / n.
Bu qiyməti e üçün düstura yerinə qoyduqda alırıq
e = n / (1-n).
Bu tənlikdən alırıq
e - ne = n; n = e / (1 + e).
Məsaməlilik əmsalı torpağın sıxlığını göstərir. e əmsalı nə qədər böyükdürsə, torpağın sıxlığı bir o qədər azdır və əksinə. Əgər müəyyən sıxılan torpaq yük altında çökərsə, çökmədən əvvəl və sonra məsaməlilik əmsalı vasitəsilə çökmənin Δ_h_ böyüklüyü müəyyən edilə bilər.
h qalınlığında sıxılabilən torpaq qatına baxaq (şək. 5_a_). Bu qata yük tətbiq edildikdə, o, Δ_h_ qədər oturar və nəticədə yüklənmə təsiri ilə onun qalınlığı h1 qədər azalır. Deməli
Δ_h_ = h – h1.
Sıxılabilən torpağın çökməsi məsamələr hesabına baş verdiyindən, bərk hissəciklər praktik olaraq sıxılmır, həmçinin torpağın məsamələri su ilə qismən və ya tam dolu olduqda su da sıxılmadığından, bu çökməni şematik olaraq şək. 5_b_-də göstərmək olar.
Şək. 5. H qalınlığında sıxılabilən torpaq qatının yük altında Δh oturması_
Əgər h0 ilə məsaməsiz bərk hissəciklər qatının təsəvvür edilən hündürlüyünü, yəni azaldılmış hündürlüyü işarələsək, onda h0 azaldılmış hündürlüyünə nisbətdə çöküntünü Δ_h_ münasibətlə ifadə edə bilərik:
Əgər eni və uzunluğu vahidə bərabər olan torpaq qatını nəzərdən keçirsək, onda h, h1 və h0 hündürlükləri həcmləri ifadə edir və belədir
burada e əvvəlki məsaməlilik əmsalı, e1 isə çökmədən sonrakı göstəricidir. Bundan çökmə alınır
Δ_h_ = h0 (e-e1).
Çökməni çökmədən əvvəl qatın hündürlüyü h ilə ifadə etmək olar, əgər reduksiya olunmuş hündürlük h0 dəyərini əvəz etsək:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
çünki n = VP / V = VP / h_,_ buradan VP = nh.
Beləliklə alınır
Müəyyən torpaq növlərinin porozluğunun n və porozluq əmsalının e orta qiymətləri aşağıdakılardır:
Torpağın rütubəti
Torpaqdakı su növləri
Torpaqdakı su bərk hissəciklər arasındakı məsamələrdə, yəni məsamə suyu şəklində, sonra bərk hissəciklərin üzərində adsorbsiya olunmuş su kimi və konstitusion su kimi meydana çıxır.
Məsamə suyu bərk hissəciklər arasındakı sərbəst sudan ibarətdir; onun hərəkəti Darcy qanununa əsasən baş verir, sonra qravitasiya suyu gəlir ki, o, cazibə qüvvəsinin təsiri altında bütün istiqamətlərdə yuxarıdan aşağıya hərəkət edir, lakin onun hərəkəti Darcy qanununa əsasən baş vermir, kapillyar su isə kapillyar qüvvələrin təsiri ilə hərəkət edir və səthi gərginlik suyu torpaq bərk hissəcikləri arasındakı bucaqlarda səthi gərginliklə saxlanılır və buna bucaqlı məsamə suyu də deyilir. Bu suyun hamısı torpağı 110oC temperaturda qurudaraq tamamilə uzaqlaşdırıla bilər.
Adsorbsiya olunmuş su bərk hissəcikləri örtən və molekulyar qüvvələrlə onlara bağlanan sudur. Bu, qalınlığı 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, milimikron) olan su təbəqəsi adlanan qatı əmələ gətirir. Adsorbsiya olunmuş suyun iri hissəciklərdə təsiri cüzidir, lakin hissəciklər nə qədər xırda olarsa, onun təsiri bir o qədər böyükdür, çünki hissəciklərin ümumi səth sahəsi artır və bununla da torpağın vahid həcmində adsorbsiya olunmuş suyun bərk hissəciklərə nisbəti yüksəlir. Bu suyu yalnız 110oC-də qurudaraq qismən çıxarmaq olar.
Konstitusion su torpağın bərk hissəciklərinin kristallarında kimyəvi cəhətdən birləşmiş vəziyyətdə olur. Bu sudan çox az olur və onu torpağı qurutmaqla çıxarmaq mümkün deyil. Buna görə də bu su bərk hissəciyin tərkib hissəsi hesab edilə bilər.
Torpaqdakı su miqdarı
Tərifə görə, torpaqdakı su miqdarı və ya torpağın rütubəti torpaqda olan suyun çəkisinin onun bərk tərkib hissələrinin çəkisinə nisbətidir. Torpaqdakı su miqdarına görə üç hal fərqləndirilir: tam su ilə doymuş torpaq, qismən su ilə doymuş torpaq və tam quru torpaq.
Su ilə tam doymuş torpaq
Əgər n ilə torpağın məsaməliliyi, γs ilə bütün hissəciklərin həcm çəkisi, γw ilə suyun həcm çəkisi göstərilərsə, onda su ilə doymuş torpağın wZ rütubəti aşağıdakı tənliklə ifadə oluna bilər
Su ilə qismən doymuş torpaq
Əgər Ww-ni torpaqda olan suyun çəkisi, Wd-ni isə bərk hissəciklərin çəkisi, yəni torpağın quru çəkisi kimi işarə etsək, onda torpağın rütubəti w
w = Ww / Wd , yəni torpağın quru çəkisinin faizləri ilə: w = 100 Ww / Wd.
Bu halda torpağın rütubəti rütubət dərəcəsi Sr ilə ifadə oluna bilər; bu, torpaqdakı suyun faktiki çəkisinin həmin torpaqda bütün məsamələr su ilə dolu olsaydı mövcud olacaq suyun çəkisinə, yəni doymuş torpağın su çəkisinə nisbətini göstərir:
yəni _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
Nəmlik dərəcəsi üçün həddi qiymətlər bunlardır:
- tam quru torpaq üçün w = 0; Sr = 0
- tam doymuş torpaq üçün w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Şək. 6. Suyu qismən doymuş torpaq nümunəsi
Doyma dərəcəsi (bəzən həmçinin doymuşluq və ya rütubət dərəcəsi də adlandırılır) su ilə dolu məsamələrin həcminin ümumi məsamə həcminə nisbəti kimi də ifadə olunur (şək. 6):
Sr = V2 / V1
burada V2 su ilə dolu məsamələrin həcmi, V1 isə su, hava və qazlarla dolu məsamələrin ümumi həcmi. Əgər w torpağın quru çəkisi Wd-ə görə %-lə rütubətidirsə, onda bizdə
V2 * γW = w Wd, buradan isə V2 = w Wd / γw.
Digər tərəfdən, V1 = V – Vd olduğunu görürük, buna görə Vd * γs = Wd olduğundan, bu
Vd = Wd / γs və V1 = V – Wd / γs.
Buna görə torpağın doymuşluq dərəcəsi Sr belə olacaq
yəni torpağın quru çəkisinin faizlə ifadəsi
Torpaq tamamilə quru
Bu halda w = 0. Bütün məsamə suyu çıxarılmışdır, adsorbsiya olunmuş su isə yalnız qismən çıxarılmışdır, yəni su pərdəsi hələ də mövcuddur, lakin onun qalınlığı azalmışdır.