Estructura sa yuta, porosidad ug kaumog

Estruktura sa yuta

Sa istruktura sa yuta gipasabot ang pagkahan-ay sa solidong hugna sa masa sa yuta. Sama sa nahibal-an, ang yuta gilangkuban sa mga solidong partikulo ug mga pore nga napuno sa tubig, hangin o alisngaw sa tubig, kasagaran bahin hangin bahin tubig. Sumala sa pagkahan-ay sa mga solidong partikulo sa yuta gitino ang istruktura niini. Ang mga istruktura sa dili magkabit ug magkabit nga yuta klarong lahi sa usag usa.

Estruktura sa dili magkabit nga yuta

Ang estruktura sa dili nagbugkos nga yuta mamugna ubos sa impluwensya sa grabidad. Ang lig-on nga mga partikulo sa kini nga yuta mas dagko ug modagan paubos, magtigom ubos sa grabidad, samtang ang mga intermolekular nga pwersa sa pagdani sa maong mga partikulo wala o gamay ra kaayo ug napildi sa grabidad. Tungod niini, sa dili nagbugkos nga yuta ang mga lig-on nga partikulo magtapad-tapad, nga nag-okupar sa gawasnong luna tali sa mga napundok nga partikulo (sl. 1_a_). Kon ang mga partikulo sa dili nagbugkos nga yuta halos lingin ug parehas ang gidak-on, sama sa mahimong kahimtang sa balas nga parehas ang komposisyon, nan ang estruktura mahimong labing dasok (sl. 1_b_) o labing luag (sl. 1_c_), depende sa pagkahan-ay sa mga lig-on nga partikulo sa yuta. Ang labing dasok nga estruktura katumbas sa pinakataas nga posible nga pagkadugmok sa dili nagbugkos nga yuta ug ang iyang porosity mao ang nmin=26%. Ang labing luag nga estruktura katumbas sa pinakagamay nga posible nga pagkadugmok sa dili nagbugkos nga yuta ug ang iyang porosity mao ang nmax=48%. Busa pananglitan, ang luag nga balas sa mga balas-dungha adunay n=47%.

Hulag. 1 Estruktura sa wala mabugkos nga yuta

Kung ang dili nagkadugtong nga yuta adunay lain-laing gidak-on sa mga lugas, aron ang mas gagmay nga mga partikulo mopuno sa mga lungag taliwala sa mas dagko (sl. 2), ang porosidad sa yuta mas gamay kaayo (n=20% ug mas ubos).

Sl. 2. Structure sa dili nagbugkos nga yuta nga lain-laing kabaga sa mga lugas

Estruktura sa nagkahiusang yuta

Sa koherente nga yuta lahi ang istruktura kaysa sa luwag nga yuta. Sa koherente nga yuta mogawas ang mga puwersa sa kohesyon, nga mas lig-on kaysa sa puwersa sa grabidad sa gagmay nga mga partikulo ug mopilit kanila sa mga nawong sa pagdikitay. Tungod niini kining mga partikulo dili mahulog sunod-sunod paubos, kundili magpabiling nagkapilit ang usa sa usa ug ang usa tupad sa usa (hul. 3_a_), sa ingon magmugna og kadena-sama nga istrukturang balingbaling (hul. 3_b_), pino-kahilis nga (hul. 3_c_) ug uban pa, nga gitawag nga mga istruktura sa mas taas nga han-ay. Ang ingon nga mga istruktura adunay dako nga porosidad, nga mahimong moabot sa 60-80% sa kinatibuk-ang masa, nga dili mahimo sa luwag nga yuta.

Sl. 3. Estruktura sa nagbugkos nga yuta

Porosidad ug koepisyente sa porosidad

Ang porosidad sa yuta gihubit isip relasyon sa bolyum sa mga lungag ngadto sa kinatibuk-ang bolyum sa yuta (hul. 4).

Fig. 4. Porosity ug koepisyente sa porosity sa yuta

Kung ilhanan nato sa

• Vp = ang gidaghanon sa mga pore sa yuta
• Vm = ang gidaghanon sa mga solido nga partikulo
• V = sa kinatibuk-ang gidaghanon sa yuta,

ang porosity sa yuta n mao, sumala sa depinisyon

n = VP / V = VP / (VP + Vm),

o sa % sa kinatibuk-ang volume sa yuta

n = 100 * VP / (VP + Vm) %.

Ang koepisyente sa porosidad sa yuta gidepiniar isip ang relasyon sa gidaghanon sa mga lungag ngadto sa gidaghanon sa mga lig-on nga partikulo:

e = VP / Vm.

Gikan sa pormula alang sa porosidad n atong makuha:

nVP + nVm = VP, busa Vm = VP(1-n) / n.

Puli sa niini nga bili sa pormula alang sa e makuha nato

e = n / (1-n).

Gikan niini nga ekwasyon makuha nato

e - ne = n; n = e / (1 + e).

Ang koepisyente sa porosity nagpakita sa densidad sa yuta. Kon mas dako ang koepisyente e, mas gamay ang densidad sa yuta ug baliktad. Kon ang usa ka mapugosong yuta molubong ilalom sa karga, pinaagi sa koepisyente sa porosity sa wala pa ug human sa paglubong mahimong matino ang gidak-on sa paglubong Δ_h_.

Atong tan-awon ang lut-od sa masudlig nga yuta nga adunay gibag-on h (sl. 5_a_). Kon kini nga lut-od atong kargahan, kini molubong sa gitas-on Δ_h_, busa ang gibag-on niini tungod sa karga mokunhod ngadto sa h1. Busa

Δ_h_ = h – h1.

Tungod kay ang pag-uyog sa mapugngang yuta mahitabo sa gasto sa mga pores, kay ang solidong mga partikulo halos dili mapugngan, ug usab ang tubig, kon ang mga pores sa yuta napuno niini sa bahin o sa tibuok, kini nga pag-uyog mahimong ipakita sa eskema sa sl. 5_b_.

Fig. 5. Pag-ubos Δh sa mapilit nga lut-od sa yuta nga adunay gibag-on h ilalom sa karga

Kung ilhon nato sa h0 ang gituohang kahaboga sa sapaw sa lig-on nga partikulo nga walay mga pores, nga gitawag nga gipakunhod nga kahaboga, unya mahimo nato ipahayag ang settlement Δ_h_ kalabot sa gipakunhod nga kahaboga h0 pinaagi sa relasyon:

Kon atong tagdon ang sapaw sa yuta nga ang gilapdon ug gitas-on pareho sa usa ka yunit, nan ang mga gitas-on h, h1 ug h0 nagrepresentar sa mga gidaghanon, ug mao kini

diin ang e mao ang koepisyent sa porosidad sa wala pa, ug ang e1 pagkahuman sa pag-ubos. Gikan niini makuha ang pag-ubos

Δ_h_ = h0 (e-e1).

Ang paglubog mahimong ipahayag may kalabotan sa gitas-on sa sapaw h sa wala pa ang paglubog kon ilisan nato ang bili sa gipaubos nga gitas-on h0:

h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),

tungod kay n = VP / V = VP / h_,_ diin mao nga VP = nh.

Busa makuha

Ang tagsa-tagsa nga mga matang sa yuta adunay mosunod nga kasagaran nga mga bili sa porosity n ug sa koepisyent sa porosity e:

Umido sa yuta

Mga klase sa tubig sa yuta

Ang tubig sa yuta makita sa porma sa tubig sa mga pore taliwala sa lig-on nga mga partikulo, gitawag nga porna nga tubig, unya isip adsorbovan nga tubig sa lig-on nga mga partikulo ug isip konstitusyonal nga tubig.

Ang porous nga tubig gilangkuban sa luwas nga tubig taliwala sa lig-on nga mga partikulo, nga ang lihok mosunod sa balaod ni Darcy, unya ang gravitational nga tubig, nga molihok ubos sa epekto sa grabidad gikan sa ibabaw paingon sa ubos sa tanang direksiyon, apan ang lihok niini dili mosunod sa balaod ni Darcy, kapilar nga tubig nga molihok ubos sa epekto sa kapilar nga mga pwersa ug tubig sa nawong nga tensiyon, nga ginapugos sa tensiyon sa nawong sa mga kanto taliwala sa lig-on nga mga partikulo sa yuta ug gitawag usab nga angular nga porous nga tubig. Kining tanang tubig mahimong hingpit nga tangtangon pinaagi sa pagpauga sa yuta sa temperatura nga 110oC.

Adsorbovan nga tubig mao kadtong nagtabon sa lig-on nga mga partikulo, nga kini nakagapos pinaagi sa mga puwersang molekular. Kini mao ang gitawag nga tubig nga pelikula, kansang gibag-on nagalihok gikan sa 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, milimikron). Ang impluwensiya sa adsorbovan nga tubig sa mas dagkong partikulo gamay ra, apan kon mas pinong mga partikulo, mas motaas ang impluwensiya niini, kay modaghan ang kinatibuk-ang nawong sa partikulo ug tungod niini usab ang kalabotan sa adsorbovan nga tubig ngadto sa lig-on nga mga partikulo sa usa ka yunit sa gidaghanon sa yuta. Kini nga tubig mahimong bahin ra nga tangtangon pinaagi sa pagpauga sa 110oC.

Konstitusyonal nga tubig mao ang kemikal nga naghiusa sa mga kristal sa mineral sa mga lig-on nga partikulo sa yuta. Gamay ra kaayo ang maong tubig ug dili kini matangtang pinaagi sa pagpauga sa yuta. Busa kini nga tubig mahimong isipon nga kabahin sa lig-on nga partikulo.

Kantidad sa tubig sa yuta

Sumala sa depinisyon, ang gidaghanon sa tubig sa yuta o vlažnost tla mao ang ratio sa gibug-aton sa tubig nga sulod sa yuta ngadto sa gibug-aton sa iyang mga solidong sangkap. Sumala sa kantidad sa tubig sa yuta, mailhan ang tulo ka kahimtang: yuta nga hingpit nga napuno sa tubig, yuta nga bahin-bahin nga napuno sa tubig, ug yuta nga hingpit nga uga.

Yuta nga hingpit nga nabusog sa tubig

Kon itudlo nato ang n nga porosity sa yuta, γs nga volumetric weight sa tanang partikulo, ug γw nga volumetric weight sa tubig, nan ang kaumog sa saturated nga yuta wZ mahimong ipahayag pinaagi sa mosunod nga equation

Yuta nga bahagyang natuhop sa tubig

Kon atong ilhan sa Ww ang gibug-aton sa tubig nga anaa sa yuta, ug sa Wd ang gibug-aton sa lig-on nga mga partikulo, sa ato pa ang uga nga gibug-aton sa yuta, nan ang kaumog sa yuta w

w = Ww / Wd , o sa porsiyento sa uga nga gibug-aton sa yuta: w = 100 Ww / Wd.

Sa kini nga kaso ang kahumok sa yuta mahimong ipahayag pinaagi sa grado sa kahumok Sr nga nagrepresentar sa ratio sa tinuod nga gibug-aton sa tubig sa yuta ngadto sa gibug-aton sa tubig sa mao gihapong yuta nga unta, kon ang tanang pore mapuno sa tubig, o sa ato pa, ngadto sa gibug-aton sa tubig sa napuno sa tubig nga yuta:

ingon usab alang sa _γ_w = 1,00  Sr = w*γs / e.

Ang mga limitasyon sa lebel sa kaumog mao ang:

1. alang sa hingpit nga uga nga yuta w = 0; Sr = 0
2. alang sa hingpit nga saturated nga yuta w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.

Sl. 6. Sampol sa yuta nga bahin nga nabusog sa tubig

Ang lebel sa pagkabusog (nga usahay gitawag usab nga busog o lebel sa kaumog) ipahayag usab pinaagi sa relasyon sa gidaghanon sa mga pores nga napuno sa tubig ngadto sa kinatibuk-ang gidaghanon sa mga pores (fig. 6):

Sr = V2 / V1

diin ang V2 mao ang gidaghanon sa mga pore nga napuno sa tubig, V1 mao ang total nga gidaghanon sa mga pore nga napuno sa tubig, hangin ug mga gas. Kung ang w mao ang kahumok sa yuta sa % sa uga nga gibug-aton sa yuta Wd, nan adunay kita

V2 * γW = w Wd, busa ang V2 = w Wd / γw.

Sa laing bahin, atong makita nga V1 = V – Vd, ug tungod kay Vd * γs = Wd, busa

Vd = Wd / γs ug V1 = V – Wd / γs.

Busa, ang lebel sa kahumok sa yuta Sr mahimong

o sa mga porsyento sa uga nga gibug-aton sa yuta

Hingpit nga uga ang yuta

Sa niini nga kaso ang w = 0. Tanan nga tubig sa pore natangtang, samtang ang adsorbado nga tubig bahin ra ang natangtang, sa ato pa, ang pelikula sa tubig nagpabilin gihapon, apan ang kabag-on niini mikunhod.