Tsarin ƙasa
Ta tsarin ƙasa ana nufin yadda aka tsara matakin ƙarfi a cikin ƙasar. Kamar yadda aka sani, ƙasa tana kunshe da ƙwayoyin ƙarfi da ramuka cike da ruwa, iska ko tururin ruwa, galibi wani ɓangare iska wani ɓangare ruwa. Bisa tsarin yadda ƙwayoyin ƙarfi suke a ƙasa ne ake ƙayyade tsarinta. Tsarin ƙasa mara ɗaurewa da na ƙasa mai ɗaurewa sun bambanta sosai da juna.
Tsarin ƙasa mara ɗaurewa
Struktura nevezanog tla postaje pod dejstvom gravitacije. Čvrste čestice ovog tla su krupnije i padaju naniže, talože se pod dejstvom gravitacije, dok intermolekularne privlačne sile takvih čestica ne postoje ili su neznatne i savladane gravitacijom. Zbog toga se kod nevezanog tla čvrste čestice slažu jedna pored druge, zauzimajući slobodan prostor između složenih čestica (sl. 1_a_). Ako su čestice nevezanog tla približno okruglog oblika i iste veličine, kao što može biti slučaj peska ravnomernog sastava, onda struktura može biti najgušća (sl. 1_b_) ili najređa (sl. 1_c_), što zavisi od rasporeda čvrstih čestica u tlu. Najgušća struktura odgovara najvećoj mogućnosti zbijenosti nevezanog tla i njegova poroznost je nmin=26%. Najređa struktura odgovara najmanjoj mogućoj zbijenosti nevezanog tla i njegova poroznost je nmax=48%. Tako na primer rastresiti pesak dina ima n=47%.
Hoto. 1 Tsarin ƙasa mara haɗuwa
Idan ƙasa marar ɗaurewa tana da girman ƙwaya iri-iri, ta yadda ƙananan ƙwayoyi suka cika guraben da ke tsakanin manya (duba s. 2), porosity ɗin ƙasar ya ragu sosai (n=20% ko ƙasa da haka).
Hoto 2. Struktura ta ƙasa mara ɗaure mai girman ƙwayoyin ƙasa daban-daban
Tsarin ƙasar da aka ɗaure
A ƙasa mai ɗaurewa tsarin ya bambanta da na mara ɗaurewa. A ƙasa mai ɗaurewa ana samun ƙarfafan haɗewa, waɗanda suka fi ƙarfin nauyin nauyi na ƙananan ƙwayoyi kuma suna manne su a saman wuraren taɓawa. Saboda haka waɗannan ƙwayoyin ba sa fadowa ƙasa a jere, sai su kasance a manne da juna da kuma gefe da gefe (sl. 3_a_), ta haka suna ƙirƙirar tsarin sarkar-sanda (sl. 3_b_), mai kama da ƙwalla (sl. 3_c_) da sauransu, waɗanda ake kira tsarin mataki mafi girma. Irin waɗannan tsarukan suna da babban porosity, wanda zai iya kaiwa 60-80% na jimillar nauyi, abin da ba zai kasance a ƙasa mara ɗaurewa ba.
Sl. 3. Tsarin ƙasa mai haɗuwa
Porosity da ma’aunin porosity
Ramin-ƙasar ana ayyana shi ta hanyar rabon girman ramuka da jimillar girman ƙasa baki ɗaya (hoto 4).
Hoto 4. Rami-rami da ƙimar ramukan ƙasa
Idan muka yi alama da
- Vp = ƙarar ramuka a cikin ƙasa
- Vm = girman ƙwayoyin mai ƙarfi
- V = jimillar ƙarar ƙasa,
porosity na ƙasa n a bisa ƙa’ida
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
wato a cikin % na jimillar ƙarar ƙasa
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
Ana ayyana ƙimar porosity na ƙasa ta hanyar dangantakar girman sararin ramuka da girman ƙwayoyin ƙarfi:
e = VP / Vm.
Daga tsarin porosity n muna da:
nVP + nVm = VP, daga nan Vm = VP(1-n) / n.
Ta hanyar maye gurbin wannan ƙima a cikin tsarin e muna samu
e = n / (1-n).
Daga wannan ma’auni muna samu
e - ne = n; n = e / (1 + e).
Ƙimar porosity tana nuna yawan cunkoson ƙasa. Idan ƙimar e ta fi girma, to yawan cunkoson ƙasa ya fi ƙasa, kuma akasin haka. Idan wata ƙasa mai matsawa ta zauna ƙarƙashin nauyi, ta hanyar ƙimar porosity kafin da bayan zaman ƙasa za a iya tantance girman zaman Δ_h_.
Mu duba wani layin ƙasa mai matsewa da kauri h (sl. 5_a_). Idan muka ɗora nauyi a kan wannan layi, zai zauna ƙasa da tsayin Δ_h_, don haka kaurinsa saboda nauyin zai ragu zuwa h1. Saboda haka
Δ_h_ = h – h1.
Tun da zaƙewar ƙasa mai matsewa tana faruwa ne saboda ramuka, domin ƙwayoyin ƙarfi ba sa matsewa a aikace, haka kuma ruwa, idan ramukan ƙasar suna cike da shi a ɓangare ko gaba ɗaya, to ana iya wakilta wannan zaƙewa a cikin zane ta hanyar fig. 5_b_.
Sl. 5. Sleganje Δh na layin ƙasa mai matsewa mai kaurin h ƙarƙashin nauyi
Idan muka nuna da h0 tsayin da aka yi hasashe na layin ƙwayoyin ƙarfi ba tare da ramuka ba, wanda ake kira tsayin da aka rage, to za mu iya bayyana saukar Δ_h dangane da tsayin da aka rage h0 da wannan alaƙa:
Idan muka yi la’akari da layin ƙasa mai faɗi da tsayi daidai da guda ɗaya, to tsayin h, h1 da h0 suna wakiltar ƙayadaddun ƙara, don haka
inda e shi ne ƙimar ramuwar porosity kafin, e1 bayan zubewar ƙasa. Daga abin da ke gaba ana samun zubewar ƙasa
Δ_h_ = h0 (e-e1).
Za a iya bayyana zaunewar dangane da tsayin Layer h kafin zaunewa idan muka maye gurbin ƙimar tsayin da aka rage h0:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
saboda n = VP / V = VP / h_,_ daga nan VP = nh.
Saboda haka ana samu
Nau’o’in ƙasa daban-daban suna da waɗannan matsakaitan ƙimomi na porosity n da kuma ƙayyadadden porosity e:
Danshin ƙasa
Nau’o’in ruwa a cikin ƙasa
Ruwa a cikin ƙasa yana bayyana ne a matsayin ruwa a cikin ramuka tsakanin ƙaƙƙarfan ƙwayoyi, wato ruwan pore, sannan a matsayin ruwan adsorbed a kan ƙaƙƙarfan ƙwayoyi da kuma a matsayin ruwan tsarin kristali.
Ruwan rami ya ƙunshi ruwan ’yanci tsakanin ƙwayoyin ƙarfi, wanda motsinsa ke gudana bisa ga dokar Darcy, sannan ruwan nauyin nauyi, wanda ke motsi ƙarƙashin tasirin nauyi daga sama zuwa ƙasa a dukkan kwatance, amma motsinsa ba ya gudana bisa ga dokar Darcy, ruwan kapilari wanda ke motsi ƙarƙashin tasirin ƙarfafan kapilari da ruwan matsin lamba na saman, wanda yake riƙe da shi ta matsin saman a kusurwoyi tsakanin ƙwayoyin ƙasa masu ƙarfi kuma ana kiransa kuma ruwan rami na kusurwa. Dukkan wannan ruwa za a iya cire shi gaba ɗaya ta busar da ƙasa a zafin 110oC.
Ruwan adsorbed shi ne wanda ke rufe ƙaƙƙarfan ƙwayoyin, waɗanda yake daure da su ta ƙwayoyin halitta. Wannan shi ake kira fim ɗin ruwa, wanda kaurinsa yake tsakanin 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, milimikron). Tasirin ruwan adsorbed ga manyan ƙwayoyi ba ya da yawa, amma idan ƙwayoyin sun fi ƙanƙanta, tasirinsa yana ƙaruwa, domin jimillar saman ƙwayoyin tana ƙaruwa, haka ma rabon ruwan adsorbed zuwa ƙaƙƙarfan ƙwayoyi a cikin naúrar girman ƙasa. Ana iya cire wannan ruwa kaɗan-kaɗan ne kawai ta busarwa a 110oC.
Ruwa na tsarin kristali shi ne wanda ya haɗu ta hanyar sinadarai a cikin kristalan ma’adanai na ƙaƙƙarfan ƙwayoyin ƙasa. Wannan ruwa yana da ƙanƙanta ƙwarai kuma ba za a iya cire shi ta busar da ƙasa ba. Don haka, ana iya ɗaukar wannan ruwa a matsayin wani ɓangare na ƙaƙƙarfan ƙwayar.
Yawan ruwa a cikin ƙasa
A bisa ma’anar, adadin ruwa a cikin ƙasa ko danshin ƙasa shi ne dangantakar nauyin ruwan da ke cikin ƙasa da nauyin abubuwan da ke da ƙarfi. Bisa ga yawan ruwa a cikin ƙasa, ana bambanta yanayi uku: ƙasa wadda ta cika da ruwa gaba ɗaya, ƙasa wadda aka cika ta da ruwa a wani ɓangare, da ƙasa busasshiya gaba ɗaya.
Ƙasa cike da ruwa gaba ɗaya
Idan muka nuna porosity na ƙasa da n, nauyin kundin dukkan ƙwayoyi da γs, nauyin kundin ruwa da γw, to za a iya bayyana danshin ƙasa mai cike da ruwa wZ da wannan ƙa’ida mai zuwa
Ƙasa mai cike da ruwa a wani ɓangare
Idan muka nuna da Ww nauyin ruwan da ke cikin ƙasa, da Wd nauyin ƙwayoyin ƙarfi, wato busasshen nauyin ƙasa, to danshin ƙasa w ne
w = Ww / Wd , wato a cikin kashi na busasshiyar nauyin ƙasa: w = 100 Ww / Wd.
A wannan yanayin, danshin ƙasa za a iya bayyana shi da matakin danshi Sr wanda ke nuna dangantakar ainihin nauyin ruwa a cikin ƙasa da nauyin ruwan a cikin wannan ƙasa ɗaya wanda zai kasance idan dukan ramuka sun cika da ruwa, wato idan aka kwatanta da nauyin ruwan ƙasa mai cike da ruwa:
ko dai ga _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
Iyakokin ƙimomin matakin danshi su ne:
- ga ƙasa mai bushewa gaba ɗaya w = 0; Sr = 0
- ga ƙasa mai cike gaba ɗaya w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Sl. 6. Samfurin ƙasa mai ɗan cika da ruwa
Matsayin cikewa (wanda wani lokaci kuma ake kira cikewa ko matakin danshi) ana bayyana shi kuma ta hanyar rabon ƙarar ramuka da ruwa ya cika zuwa jimillar ƙarar ramuka (sl. 6):
Sr = V2 / V1
inda V2 shi ne ƙarar ramuka da ruwa ya cika, V1 jimillar ƙarar ramuka da ruwa, iska da gas suka cika. Idan w shi ne danshin ƙasa a cikin % na busasshen nauyin ƙasa Wd, to muna da
V2 * γW = w Wd, daga nan kuma V2 = w Wd / γw.
A gefe guda, muna da cewa V1 = V – Vd, don haka tunda Vd * γs = Wd, to
Vd = Wd / γs da kuma V1 = V – Wd / γs.
Saboda haka, matakin cikewar ƙasa Sr zai kasance
wato a cikin kashi na busasshen nauyin ƙasa
Ƙasa gaba ɗaya busasshiya
A wannan yanayin w = 0. An cire duk ruwan ramuka, yayin da ruwan da aka ɗaure da ƙwayoyin ƙasa an cire shi ne kawai a wani ɓangare, wato, fim ɗin ruwa har yanzu yana nan, amma kaurinsa ya ragu.