Strwythur y pridd
Mae strwythur y pridd yn golygu trefniant y cyfnod solet yn y màs pridd. Fel y gwyddys, mae pridd yn cynnwys gronynnau solet a mandyllau wedi’u llenwi â dŵr, aer neu anwedd dŵr, yn fwyaf aml yn rhannol ag aer ac yn rhannol â dŵr. Yn ôl trefniant y gronynnau solet yn y pridd y pennir ei strwythur. Mae strwythurau pridd rhydd a chydlynol yn wahanol iawn i’w gilydd.
Strwythur y pridd rhydd
Mae strwythur y pridd di-gyswllt yn ffurfio o dan effaith disgyrchiant. Mae gronynnau solet y pridd hwn yn fwy bras ac yn disgyn i lawr, gan setlo o dan effaith disgyrchiant, tra nad oes grymoedd atyniad rhyngfoleciwlaidd rhwng gronynnau o’r fath neu maent yn fach iawn ac wedi’u goresgyn gan ddisgyrchiant. Oherwydd hyn, mewn pridd di-gyswllt mae’r gronynnau solet yn trefnu ochr yn ochr â’i gilydd, gan feddiannu’r gofod rhydd rhwng y gronynnau wedi’u trefnu (sl. 1_a_). Os yw gronynnau’r pridd di-gyswllt tua siâp crwn a’r un maint, fel y gall fod yn achos tywod o gyfansoddiad unffurf, yna gall y strwythur fod yn ddwysaf (sl. 1_b_) neu’n brinnaf (sl. 1_c_), yn dibynnu ar drefniant y gronynnau solet yn y pridd. Mae’r strwythur dwysaf yn cyfateb i’r graddau mwyaf posibl o gywasgedd y pridd di-gyswllt ac mae ei fandylledd yn nmin=26%. Mae’r strwythur prinnaf yn cyfateb i’r cywasgedd lleiaf posibl o’r pridd di-gyswllt ac mae ei fandylledd yn nmax=48%. Felly, er enghraifft, mae gan dywod rhydd twyni n=47%.
Ffig. 1 Strwythur pridd heb ei rwymo
Os yw’r pridd rhydd o ronynnau o wahanol feintiau, fel bod y gronynnau mân yn llenwi’r bylchau rhwng y rhai mwy (ffig. 2), mae mandylledd y pridd yn llawer llai (n=20% ac yn llai).
Sl. 2. Strwythur pridd di-gyswllt o wahanol faint gronynnau
Strwythur y pridd wedi’i rwymo
Mewn pridd cydlynol mae’r strwythur yn wahanol i’r un mewn pridd anrwymedig. Mewn pridd cydlynol mae grymoedd cydlyniad yn ymddangos, sy’n gryfach na grym disgyrchiant y gronynnau mân ac yn eu glynu wrth yr arwynebau cyswllt. Oherwydd hynny nid yw’r gronynnau hyn yn disgyn i lawr yn eu trefn, ond maent yn aros wedi’u gludo at ei gilydd ac i’w gilydd (ffig. 3_a_), gan greu strwythur rhwydwaith cadwynol (ffig. 3_b_), strwythur fflôllyd (ffig. 3_c_) ac ati, a elwir yn strwythurau o drefn uwch. Mae gan strwythurau o’r fath fandylledd mawr, a all gyrraedd 60-80% o gyfanswm y màs, sydd ddim yn bosibl mewn pridd anrwymedig.
Ffig. 3. Strwythur pridd wedi’i rwymo
Porseddedd a chyfernod porseddedd
Diffinnir mandylledd y pridd gan y gymhareb rhwng cyfaint y mandyllau a chyfaint cyfan y pridd (ffig. 4).
Ffig. 4. Mandylledd a chyfernod mandylledd y pridd
Os byddwn yn dynodi â
- Vp = cyfaint y mandyllau yn y pridd
- Vm = cyfaint y gronynnau solet
- V = cyfanswm cyfaint y pridd,
diffinnir mandylledd y pridd n fel a ganlyn
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
hynny yw mewn % o gyfanswm cyfaint y pridd
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
Diffinnir cyfernod mandylledd y pridd fel cymhareb cyfaint y mandyllau i gyfaint y gronynnau solet:
e = VP / Vm.
O’r ffurf ar gyfer mandylledd n mae gennym:
nVP + nVm = VP, lle mae Vm = VP(1-n) / n.
Drwy amnewid y gwerth hwn yn y fformiwla ar gyfer e cawn
e = n / (1-n).
O’r hafaliad hwn rydym yn cael
e - ne = n; n = e / (1 + e).
Mae’r cyfernod mandylledd yn dangos dwysedd y pridd. Po fwyaf yw’r cyfernod e, y lleiaf yw dwysedd y pridd, ac i’r gwrthwyneb. Os yw rhyw bridd cywasgadwy yn setlo o dan lwyth, gellir pennu maint yr ymsuddiad Δ_h_ trwy gyfrwng y cyfernod mandylledd cyn ac ar ôl yr ymsuddiad.
Gadewch inni ystyried haen o bridd cywasgadwy â thrwch h (ffig. 5_a_). Os byddwn yn llwytho’r haen hon, bydd yn setlo i lawr o uchder Δ_h_, felly bydd ei thrwch, oherwydd y llwyth, yn lleihau i h1. Felly
Δ_h_ = h – h1.
Gan fod setliad pridd cywasgadwy yn digwydd ar draul y mandyllau, oherwydd bod y gronynnau solet yn ymarferol anghywasgadwy, ac felly hefyd y dŵr, os yw mandyllau’r pridd wedi’u llenwi ganddo’n rhannol neu’n llwyr, gellir cynrychioli’r setliad hwn yn sgematig yn ffig. 5_b_.
Ffig. 5. Setliad Δh haen gywasgadwy o bridd â thrwch h dan lwyth
Os dynodwn â h0 yr uchder dychmygol haen o ronynnau solet heb fandyllau, sef yr uchder wedi’i leihau, yna gallwn fynegi’r setliad Δ_h_ mewn perthynas â’r uchder wedi’i leihau h0 drwy’r berthynas:
Os ydym yn ystyried haen o bridd â lled a hyd sy’n hafal i uned, yna mae’r uchderau h, h1 ac h0 yn cynrychioli cyfaintau, ac felly
lle e yw’r cyfernod mandylledd cyn, e1 ar ôl yr ymgrynhoad. O’r uchod ceir yr ymgrynhoad
Δ_h_ = h0 (e-e1).
Gellir mynegi’r setliad mewn perthynas ag uchder yr haen h cyn setliad os ydym yn disodli gwerth yr uchder gostyngedig h0:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
gan fod n = VP / V = VP / h_,_ o ble VP = nh.
Felly ceir
Mae gan rai mathau o bridd y gwerthoedd cyfartalog canlynol ar gyfer mandylledd n a chyfernod mandylledd e:
Lleithder y pridd
Mathau o ddŵr yn y pridd
Mae dŵr yn y pridd yn ymddangos ar ffurf dŵr yn y mandyllau rhwng y gronynnau solet, yr hyn a elwir yn ddŵr mandyllog, yna fel dŵr adsorbed ar y gronynnau solet ac fel dŵr cyfansoddiadol.
Mae dŵr mandyllog yn cynnwys dŵr rhydd rhwng gronynnau solet, y mae ei symudiad yn digwydd yn ôl cyfraith Darcy, yna dŵr disgyrchol, sy’n symud o dan weithred disgyrchiant o’r brig i lawr i bob cyfeiriad, ond nid yw ei symudiad yn digwydd yn ôl cyfraith Darcy, dŵr capilaraidd sy’n symud o dan weithred grymoedd capilaraidd, a dŵr pwysau arwyneb, sy’n cael ei ddal gan bwysau arwyneb yn y corneli rhwng gronynnau solet y pridd ac a elwir hefyd yn ddŵr mandyllog onglog. Gellir tynnu’r holl ddŵr hwn yn llwyr drwy sychu’r pridd ar dymheredd o 110oC.
Dŵr adsorbed yw’r dŵr sy’n gorchuddio gronynnau solet, ac sy’n rhwym wrthynt gan rymoedd moleciwlaidd. Dyma’r hyn a elwir yn ffilm ddŵr, y mae ei thrwch yn amrywio o 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, milimikron). Mae dylanwad dŵr adsorbed ar ronynnau mwy yn fach, ond po fynychaf y gronynnau, mwyaf yw ei ddylanwad, oherwydd bod arwynebedd cyffredinol y gronynnau yn cynyddu ac felly hefyd y gymhareb rhwng y dŵr adsorbed a’r gronynnau solet mewn uned cyfaint o bridd. Gellir tynnu’r dŵr hwn yn rhannol yn unig trwy sychu ar 110oC.
Mae dŵr cyfansoddiadol yn gysylltiedig yn gemegol yn grisialau mwynau gronynnau solet y pridd. Ychydig iawn o’r dŵr hwn sydd ac ni ellir ei dynnu drwy sychu’r pridd. Felly gellir ystyried y dŵr hwn yn rhan gyfansoddol o’r gronyn solet.
Nifer y dŵr yn y pridd
Yn ôl y diffiniad, swm y dŵr yn y pridd neu lleithder y pridd yw’r gymhareb rhwng pwysau’r dŵr sydd yn y pridd a phwysau ei gydrannau solet. Yn ôl faint o ddŵr yn y pridd, gwahaniaethir tri achos: pridd wedi’i ddirlawn yn llawn â dŵr, pridd wedi’i ddirlawn yn rhannol â dŵr, a phridd hollol sych.
Pridd wedi’i ddirlawn yn llwyr â dŵr
Os dynodwn â n mandylledd y pridd, γs pwysau cyfaint yr holl ronynnau, a γw pwysau cyfaint y dŵr, yna gellir mynegi lleithder y pridd dirlawn wZ gyda’r hafaliad canlynol
Y ddaear wedi’i dirlawn yn rhannol â dŵr
Os dynodwn Ww fel pwysau’r dŵr sydd yn y pridd, a Wd fel pwysau’r gronynnau solet, hynny yw pwysau sych y pridd, yna lleithder y pridd w
w = Ww / Wd, h.y. fel canran o bwysau sych y pridd: w = 100 Ww / Wd.
Yn yr achos hwn, gellir mynegi lleithder y pridd trwy gradd y lleithder Sr sy’n cynrychioli’r gymhareb rhwng pwysau gwirioneddol y dŵr yn y pridd a phwysau’r dŵr yn yr un pridd a fyddai, pe bai’r holl fandyllau wedi’u llenwi â dŵr, h.y. i bwysau dŵr y pridd dirlawn:
h.y. ar gyfer _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
Y gwerthoedd terfyn ar gyfer gradd y lleithder yw:
- ar gyfer pridd cwbl sych w = 0; Sr = 0
- ar gyfer pridd cwbl dirlawn w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Ffig. 6. Sampl pridd wedi’i ddirlawn yn rhannol â dŵr
Mynegir gradd y dirlawnder (a elwir weithiau hefyd yn ddirlawnder neu’n radd y lleithder) hefyd fel cymhareb cyfaint y mandyllau sy’n llawn dŵr i gyfanswm cyfaint y mandyllau (ffig. 6):
Sr = V2 / V1
lle mae V2 yn gyfaint y mandyllau wedi’u llenwi â dŵr, V1 yn gyfanswm cyfaint y mandyllau wedi’u llenwi â dŵr, aer a nwyon. Os yw w yn leithder y pridd mewn % o bwysau sych y pridd Wd, yna mae gennym
V2 * γW = w Wd, ac o hynny V2 = w Wd / γw.
Ar y llaw arall, mae gennym fod V1 = V – Vd, ac gan fod Vd * γs = Wd, felly
Vd = Wd / γs a V1 = V – Wd / γs.
Felly, gradd dirlawnder y pridd Sr fydd
hynny yw, fel canran o bwysau sych y pridd
Mae’r ddaear yn hollol sych
Yn yr achos hwn w = 0. Mae’r holl ddŵr mandwll wedi’i dynnu, tra bo’r dŵr adsorbed wedi’i dynnu’n rhannol yn unig, h.y. mae’r ffilm ddŵr yn dal i fodoli, ond mae ei thrwch wedi lleihau.