Co-dhùnadh crìochan Atterberg
Mìnichidh sinn na deuchainnean airson a bhith a’ dearbhadh a’ chrìoch sruthaidh, a’ chrìoch phlastaig agus a’ chrìoch crìonaidh, a tha as cudromaiche ann am meacanaig na talmhainn. Tha na deuchainnean sin uile air an dèanamh air sampaill thrioblaideach de thalamh ceangailte.
Deuchainn dearbhaidh na crìche sruthaidh
Airson an deuchainn seo, thèid mu 200 de dh’ùir ann an staid taise nàdarra a ghabhail, gun ghràinean le trast-thomhas os cionn 0,5 mm, a dh’fhaodadh cruinneas toraidhean na deuchainn a chur fo bhuaidh. Chan fhaodar an sampall a thiormachadh ann an àmhainn thiormachaidh; an àite sin, thèid a chur sa bhad ann am bobhla porcelain le uisge grùide, far am bu chòir dha fuireach grunn uairean a thìde gus am bi e air a fhliuchadh gu math. Airson crèadh-loam aig a bheil clàr-plastaigeachd IP < 20, mairidh am fliuchadh mu 4 uairean a thìde; airson crèadh le IP > 20, eadar 18 uairean a thìde. An uair sin, thèid an sampall fliuchaichte a dhòrtadh air truinnsear glainne agus a mheasgachadh gu math le sgian obair-lann gus gruth tiugh le co-dhèanamh aonfhoirmeil fhaighinn. Ma mhothaichear gràineanan nas motha na 0,5 mm, thèid an toirt air falbh rè a’ mheasgachaidh.
Tha an sampall a chaidh ullachadh mar seo air a dhòrtadh a-steach do chupan umha inneal Casagrande airson crìoch an t-srutha a dhearbhadh (fig. 1), ris an canar san obair-lann againn inneal-crith Casagrande.
Fig. 1. Cassagrandeov inneal airson crìoch an t-sruthaidh a dhearbhadh
Tha an t-inneal air a dhèanamh suas de bhobhla pràis, a thèid a chur a-steach don inneal tro cheangal sònraichte, agus de bhunait sùbailte à rubair chruaidh, le eccenter anns a’ phàirt àrd agus làmh-chas airson tionndadh, far a bheil an t-eccenter air a thogail gu àirde de 1 cm, agus mar thoradh air sin bidh am bobhla a’ tuiteam agus a’ bualadh air a’ bhunait (fig. 1a). Tha tomhasan an inneil air an riaghladh le inbhe. A bharrachd air sin, tha sgian phròifilichte ann cuideachd de thomhasan mionaideach sònraichte (fig. 1b).
Tha an sampall a chaidh a thoirt a-steach don bhobhla umha air a rèiteachadh le sgian gus am bi uachdar an t-sampall gu tur rèidh, agus gus am bi an sampall a’ còmhdach beagan a bharrachd air leth den aghaidh-thaobh den bhobhla, le àirde os cionn a’ phuing as ìsle aig bonn a’ bhobhla mu 12 mm. An uair sin cuirtear am bobhla san inneal agus le sgian phròifilichte gearrar clais sa mheadhan gus am bi i gu tur dhìreach agus gum faicear bonn umha a’ bhobhla, a thèid a choileanadh le bhith a’ tarraing na sgian gu cùramach gu ceart-cheàrnach ri bonn a’ bhobhla. Bu chòir fad na clàise a bhith mu 40 mm. Dìreach an dèidh sin thèid làmh-chuibhle an inneil a thionndadh aig astar 2 cuairtean san diog, agus aig an àm sin thathar a’ cunntadh buillean a’ bhobhla ris a’ bhunait agus a’ cumail sùil air a’ chlais, a tha a’ caolachadh air sgàth buillean a’ bhobhla ris a’ bhunait, leis gu bheil na pàirtean gearraichte den t-sampall a’ gluasad agus a’ feuchainn ri tighinn ri chèile. Mairidh tionndadh làmh-chuibhle an inneil gus am bi a’ chlais a’ tighinn ri chèile air fad de 10 mm. Nuair a choileanar sin, sguiridh iad de bhith a’ tionndadh na làmh-chuibhle tuilleadh, agus an uair sin thèid an sampall a thoirt a-mach leis an sgian, ann an tomhas mu 2 cm3, bhon phàirt timcheall air a’ chlais a chaidh a dhùnadh air gach taobh, cuirtear e ann an glainneachan uaireadair agus dearbhar taiseachd na h-ùire.
Thèid an deuchainn seo ath-aithris 3-4 tursan san aon dòigh, ach gach turas le taiseachd eadar-dhealaichte, a choileanar ma thèid an sampall a mheasgachadh an toiseach le beagan nas lugha uisge, agus an uair sin thèid uisge a chur ris airson na deuchainnean eile. An dèidh gach deuchainn a chrìochnachadh, thèid an sampall a dhòrtadh air truinnsear glainne, far an tèid beagan uisge a chur ris agus a mheasgachadh gu math, gus mais aon-ghnèitheach, gach turas beagan nas tana, coltach ri brochan, fhaighinn.
Airson an deuchainn a choileanadh, chan fhaod an t-sioda a chaidh ullachadh a bhith ro thiugh no ro lionn, oir chan eil na staidhean consastachd na h-ùire a tha ro fhada bhon chrìoch sruthaidh a’ toirt an cruinneas riatanach airson na deuchainn seo. Mar as trice thathar a’ gabhail ris, ma tha an àireamh bhuillean nas lugha na 10 no nas motha na 50, nach do shoirbhich leis an deuchainn, ach thathar den bheachd gu bheil cruinneas na deuchainn nas fheàrr ma tha an astar eadar na crìochan seo 10-40 buillean.
Thathar a’ toirt fa-near, a rèir aon mhodh, gum bi an t-sampall anns a’ bhobhla phràis, gach turas an dèidh don làmh a bhith air a thionndadh gu crìch gus an t-sliotan a cheangal thairis air fad de 1 cm, air a mheasgachadh sa bhad le sgian agus uachdar an t-sampall sa bhobhla air a dhèanamh rèidh a-rithist, an uair sin sliotan ùr air a ghearradh, agus an làmh air an inneal air a tionndadh. Thèid an dòigh seo ath-aithris gus am bi an aon àireamh bhuail a’ nochdadh trì tursan an dèidh a chèile nuair a thèid an t-sliotan a cheangal thairis air fad de 1 cm, agus thèid an àireamh sin a ghabhail airson an dòigh a leanas ann a bhith a’ dearbhadh a’ chrìoch sruthaidh. Cuiridh sinn toraidhean na deuchainn air diagram le sgèile semilogaritmeach (fig. 2). Air axis nan abscissan thèid àireamh nam buillean a chur ann an sgèile logaritmeach agus air axis nan ordinatan thèid na tha de dh’uisge ann an ceudadan de chuideam tioram an t-sampall ann an sgèile àireamhach a chur. Leis gu bheil an ìre uisge w eadar-dhealaichte aig gach deuchainn, gheibh sinn na puingean A, B, C agus D, a fhreagras air diofar àireamhan de bhuillean, far a bheil an àireamh bhuillean nas lugha nuair a tha an ìre uisge nas motha agus a chaochladh. Le bhith a’ ceangal nam puingean seo gheibh sinn loidhne dhìreach chlaon, air a bheil sinn a’ sireadh a’ phuing M airson 25 buillean. Thathar a’ gabhail ris an ìre uisge a fhreagras don phuing seo mar chrìoch sruthaidh wL.
Fig. 2. Dearbhadh na crìche leaghaidh
A’ dearbhadh crìoch na plastaigeachd
Tha sampall ùir a chaidh ullachadh san dòigh a chaidh a mhìneachadh gu h-àrd, ach le nas lugha de dh’uisge, gus am bi e na mhàs plastaigeach ann an staid mu thimcheall cruaidh-phlastaigeach, air a chruinneachadh gu ball timcheall air 2-3 cm3, agus an uair sin air a roiligeadh leis a’ phailme air uachdar pàipeir àbhaisteach no sùghach gu slat de thiughad 3 mm. Ma ghabhas an sampall a roiligeadh gu an tiughad sin gun bhriseadh, thèid a chruinneachadh a-rithist na bhall agus a roiligeadh san aon dòigh. Tha am modh seo air ath-aithris gus an ruigear gum bi an slat, aig tiughad 3 mm, a’ tòiseachadh a’ briseadh. An uair sin thèid na slatan briste a chur ann an glainneachan faire agus meud an uisge a dhearbhadh. Tha an tomhas uisge sin, air a chur an cèill mar cheudad de chuideam tioram an t-sampall, a’ freagairt air crìoch na plastaigeachd wP.
A’ dearbhadh crìoch an lùghdachaidh
Fig. 3. A’ dearbhadh crìoch an t-sruthadh
Tha an sampall ùir air a mheasgachadh le uisge grùide mar a tha air a mhìneachadh fo Deuchainn dearbhaidh na crìche sruthaidh, gus am bi a chonsachadh mu dheireadh timcheall air crìoch an t-sruthaidh, nuair a tha na pòran uile làn sàthaichte le uisge. An uair sin thèid ball a dhèanamh agus fhàgail gus tiormachadh an toiseach san adhar, agus an uair sin ann an caibineat-tiormachaidh aig 105°C. Tha an sreath seo de thiormachadh riatanach gus sgàinidhean anns an t-sampall thiormaichte a sheachnadh, a dh’fhaodadh an deuchainn a mhilleadh. Dìreach aig an toiseach thèid cuideam an t-sampall W1 a thomhas agus a mheud V1 a dhearbhadh leis an deuchainn bogaidh ann am beòrlach airgid, an uair sin thèid a thiormachadh tuilleadh san adhar, agus an dèidh sin anns a’ chaibineat-tiormachaidh, le sampall air a thogail aig amannan, air fhuarachadh anns an deasgaichear agus le tomhas a chuideim W2, W3, W4 msaa. agus a mheud V2, V3, V4 msaa. San dòigh seo thèid a dhearbhadh, aig aon staid taiseachd, gun sguir meud an t-sampall a bhith a’ lùghdachadh ged a chumas a chuideam air tuiteam mar thoradh air tiormachadh. Ma tha an sampall anns an staid thùsail aige làn sàthaichte le uisge, i.e. mura h-eil èadhar anns na pòran, tha call an uisge le tiormachadh an t-sampall suas chun na crìche crìonaidh a’ freagairt gu ìre mhòr ri lùghdachadh meud an t-sampall. Às dèidh sin leanar air adhart leis an tiormachadh gun tomhas meud, gus am bi an sampall gu tur tioram, i.e. gus an ruigear cuideam seasmhach. An uair sin thèid na tha de dh’uisge ann, ann am ceudadan de chuideam tioram an t-sampall, a dhearbhadh airson gach tomhas de mheud is cuideam an t-sampall, agus thèid toraidhean na deuchainn a chur air diagram (fig. 3). San dòigh seo gheibhear na puingean A, B, C, D agus E, a thèid a cheangal, agus mar as trice gheibhear loidhne le lùb gheur anns an raon aig crìoch na crìonaidh. Aig a’ phuing lùbte S gheibhear an taiseachd w a tha co-ionann ri crìoch na crìonaidh W_S.
Co-dhùnadh a’ chaipilearachd
Tha an deuchainn airson àirde dìreadh capillar an uisge ga dhèanamh ann an dà dhòigh, is e sin le tomhas dìreach air àirde dìreadh capillar an uisge agus le tomhas neo-dhìreach le capillairimeatair.
Deuchainn airson àirde capillaraich a dhearbhadh le tomhas dìreach
Bho shampall air a bhuaireadh thèid mu 300 pondi de dh’ùir a ghabhail, a thiormaichear aig 105°C, agus an uair sin, an dèidh fuarachaidh, ga bhrùthadh gu pùdar glè mhìn, gun a bhith a’ pronnadh nan gràinean. Thèid am pùdar a gheibhear a dhòrtadh ann an tiùb glainne le trast-thomhas ø 25 mm, fad 1,5 - 2,5 m, fosgailte aig an dà cheann, agus tha a cheann ìosal air a dhùnadh ro-làimh le clòimh ghlainne no pìos aodaich. Anns a’ cheann shuas fhosgailte dòrtar am pùdar air a thiormachadh gu àirde mu 10 cm, an uair sin thèid an tiùb a thogail agus a leigeil sìos le buille air làr fiodha no air taic shùbailte eile gus an nochd an sùbadh sìos a’ phùdair san tiùb. Bithear a’ cumail smachd air sùbadh sìos a’ phùdair le bhith a’ comharrachadh loidhnichean le cailc shaillte air an tiùb. Às dèidh sin dòrtar 10 cm de phùdar a bharrachd agus thèid an aon mhodh a-rithist gus an lìonar an tiùb le pùdar tioram teannaichte den t-sampall ùir, aig a bheil a capillarity ga sgrùdadh. An uair sin bogar bonn an tiùba ann an soitheach glainne le uisge grùide gun shruth, leis nach fhaod ceann ìosal an tiùba a bhith na laighe air bonn an t-soithich (fig. 4). Cuiridh sinn an tiùb glainne ri slat le sgèile, gus am bi an dà chuid an tiùb agus an sgèile dìreach. Às dèidh sin amharcaidh sinn air èirigh an uisge san tiùb, a tha follaiseach gu soilleir leis an dath: tha an sampall tioram aotrom ann an dath, tha am fear fliuch dorcha. Tha an t-astar eadar ìre an uisge san t-soitheach agus oir àrd an t-sampall fhliuch a’ riochdachadh àirde an èirigh capallaich hk.
Fig. 4. A’ dearbhadh àirde dìreadh capillar an uisge le tomhas dìreach
Thèid an sgrùdadh a dhèanamh mar riaghailt às dèidh 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 msaa. uairean. Thèid toraidhean an sgrùdaidh a chur air diagram, aig a bheil na h-abscissan a’ riochdachadh an ùine ann an uairean, agus na h-òrdaidean àirdean èirigh chàpallach an uisge ann am mm (fig. 5).
Ann an stuth gainmhich, tha an t-àrdachadh capillèir an toiseach gu math luath, an uairsin nas slaodaiche, agus ruigear an àirde dheireannach gu sgiobalta. Ann an stuth crèadhaich, tha an t-àrdachadh capillèir an toiseach nas slaodaiche, ach mairidh e nas fhaide agus ruigear àirde gu math nas motha.
Tha an dòigh seo air àirde capillaraich a dhearbhadh a’ gabhail ùine mhòr, gu h-àraidh ann an ùir chrèadhaich. A bharrachd air sin, tha àirde an dìreadh capillaraich an urra ri teòthachd an adhair agus ri a taiseachd, agus mar sin feumar na factaran sin a chumail cho seasmhach ’s a ghabhas.
Fig. 5. Diagram de dh’èirigh capillary uisge san ùir, a-gainmheach; b-duslach; c-ùir chrèadhaich
Deuchainn airson àirde capillary a dhearbhadh le capillarymeter
Tha grunn kapilariméadair ann de dhiofar thogalaichean, leithid kapilariméadair Beskow, Jürgenson agus Engelhardt. An seo bheir sinn cunntas air prionnsabal obrach kapilariméadair Beskow, a thathar a’ cleachdadh as motha.
Thèid an deuchainn seo a dhèanamh air sampallan gun mhilleadh no air sampallan air an cur an dragh. Ma tha an sampall air a chur an dragh, an uair sin thèid a chur a-steach don uidheam san staid aig crìoch an t-sruthachaidh.
Sl. 6. Capillarymeter Beskow
Tha capillaméadar Beskow air a dhèanamh suas de dhà shoitheach (fig. 6), ceangailte anns na pàirtean ìosal ri chèile le pìob rubair neartaichte. Ann an soitheach 1 tha sampall ùire air bonn na criathraiche, agus fon sin tha soitheach air a lìonadh gu ìre le uisge grùide, gu ìre le mearcair, a tha anns a’ phàirt ìosal mar sin ’s gum lìon e a’ phìob rubair gu lèir agus pàirt ìosal soitheach 2. Aig toiseach na deuchainn tha ìre a’ mhearcair anns an dà shoitheach mar an ceudna. An uair sin thèid soitheach 2 a leigeil sìos, leis am bi fo-bhruthadh air a chruthachadh fon bhonn criathraidh de shoitheach 1. Nuair a dh’fhàsas an fho-bhruthadh seo nas motha na na feachdan capillteach san t-sampall, bidh adhair a’ dol tron t-sampall a-steach do bhonn na criathraiche agus bidh ìre a’ mhearcair anns an dà shoitheach an uair sin a’ co-ionannachadh sa bhad le bhith a’ lughdachadh soitheach 2. Tha an diofar Hg eadar ìre a’ mhearcair ann an aon shoitheach agus san t-soitheach eile aig a’ mhionaid a tha an fho-bhruthadh agus na feachdan capillteach air an co-ionannachadh, i.e. dìreach mus do thòisich an t-adhar a’ dol tron t-sampall, air a thionndadh gu àirde colbh uisge agus air àrdachadh le àirde a’ cholbh uisge h fon t-sampall, a’ toirt an àirde capillteach hk. Leis gu bheil mearcair 13,6 tursan nas truime na uisge, ’s e seo àirde an èirigh capillteach hk:
hk = 13,6 Hg + h
A’ dearbhadh permeability na talmhainn
Thèid deuchainn-lann airson permeability na h-ùire a dhearbhadh le innealan sònraichte ris an canar permeameters. Tha diofar dhealbhaidhean de permeability ann, ach faodar an roinn ann an dà bhuidheann: permeameters le cuideam uisge seasmhach, airson ùirean garbh-ghràineach, agus permeameters le cuideam uisge a’ lùghdachadh airson ùirean mìnghràineach. Anns an dà chùis thèid an deuchainn a dhèanamh air sampallan gun bhuaireadh.
Le deuchainn-lann tha co-èifeachd so-dhrùidhteachd na talmhainn air a dhearbhadh, agus tha a luach air a chur an cèill aig teòthachd shònraichte, air sgàth gu bheil slaodachd an uisge eadar-dhealaichte aig diofar theodhachdan, rud a bheir buaidh air luach co-èifeachd so-dhrùidhteachd k. Mar as trice, tha an co-èifeachd k air a chur an cèill aig teòthachd t =10°C. Mar sin, ma tha 10°C, ma bha teòthachd an uisge nuair a chaidh co-èifeachd k a dhearbhadh, T, eadar-dhealaichte bho t = 10°C an uair sin tha a luach air a thionndadh a rèir na foirmle:
k10oC = ηt /η10oC * kT
far a bheil ηt agus η10oC slaodachd an uisge aig an teòthachd obrach T, no aig an teòthachd a chaidh gabhail ris t =10°C.
kT luach a gheibhear airson co-èifeachd permeability na h-ùire aig an teòthachd obrach T.
Tha luachan an slaodachd airson diofar theodhachd T air an toirt seachad sa chlàr 1.
Deuchainn le cuideam uisge seasmhach
Fig. 7. Permeameter le cuideam uisge seasmhach
Airson an deuchainn seo thèid sampall neo-bhuaichte de dh’ùir a ghabhail ann an siolandair meatailt le trast-thomhas D, àirde h, le oir ìosal geur, le bhith ga bhrùthadh a-steach don ùir no a-steach do shampall neo-bhuaichte nas motha. An dèidh uachdar àrd is ìosal an t-sampall a dhèanamh rèidh ri oirean an t-siolandair, thèid an sampall san t-siolandair a chur san inneal (fig. 7) eadar an criathar àrd agus an criathar ìosal. Tha an criathar ìosal air a dhèanamh suas de shìol dhùmhail agus de chlach-sìolaidh, gus leigeil le uisge sruthadh tron t-sampall agus gus casg a chur air nighe a-mach mìrean na talmhainn. Tha an criathar àrd gun shìol oir tha nas lugha de chunnart ann gum bi mìrean air an nighe a-mach. Tha uisge air a thoirt a-steach don t-sampall aig ìre N, a thèid a chumail seasmhach le cus-sruthadh, gus am bi an cuideam hydrostatach H seasmhach. Fon bhruthadh seo, bidh an t-uisge a’ dol tron t-sampall de thiughad h agus, le cuideachadh pìoba a tha ceangailte ri pàirt àrd an inneil, ruigidh e an tomhas glainne M far am boinneadair e.
Cho luath ’s a thòisicheas an t-uisge a’ sruthadh tron t-sampall a-steach don t-soitheach tomhais, cuiridh sinn an stopwatch air adhart agus cumaidh sinn sùil air na tha de dh’uisge q a’ ruighinn an t-soithich rè t. A rèir lagh Darcy is
q = k*A*t*i
far a bheil k na cho-èifeachd ath-tharraing ann an cm/sec, A na raon-tarsainn an t-sampall, i an caisead uisgeach, i = H/h.
Bho’n cho-aontar gu h-àrd tha k= qh/Ath [cm/sec].
Bidh sinn a’ leughadh na tha de dh’ uisge a thèid tron t-sampall ann an diofar eadar-amaichean bho thoiseach gu deireadh an sgrùdaidh, gus am bi an dà chuid meudan fa leth agus an t-suim iomlan de dh’ uisge a chaidh tron t-sampall againn.
Gus builgeanan èadhair san t-sampall agus san uisge a dhùnadh a-mach, a dh’fhaodadh leantainn gu toraidhean ceàrr na deuchainn, feumar gum bi an sampall ann an staid shàthaichte ron deuchainn, agus cuideachd gum bi uisge air a ghoil no co-dhiù air a sheasamh air a chleachdadh airson an deuchainn a dhèanamh.
An àite an inneil a chaidh a mhìneachadh roimhe, a tha stèidhichte air cuideam hydrostatach air sgàth diofar ìre an uisge H, tha innealan ann cuideachd far a bheil an cuideam hydrostatach air a chruthachadh le cuideam èadhair bho 10 gu 15 kp/cm2, agus air a chumail seasmhach le compressor.