Топурактын түзүлүшү
Топурактын түзүлүшү деп жер массасындагы катуу фазанын жайгашуусу түшүнүлөт. Белгилүү болгондой, топурак катуу бөлүкчөлөрдөн жана суу, аба же суу буусу менен толгон боштуктардан турат; көбүнчө алар жарым-жартылай аба, жарым-жартылай суу менен толтурулган болот. Топурактагы катуу бөлүкчөлөрдүн жайгашуусуна жараша анын түзүлүшү аныкталат. Байланышы жок жана байланышы бар топурактын түзүлүштөрү бири-биринен кыйла айырмаланат.
Байланышы жок топурактын түзүлүшү
Байланышпаган топурактын түзүлүшү тартылуу күчүнүн таасири астында калыптанат. Бул топурактын катуу бөлүкчөлөрү ириирээк болуп, ылдыйга түшөт, тартылуу күчүнүн таасири менен чөгөт, ал эми мындай бөлүкчөлөрдүн аралык молекулалык тартылуу күчтөрү жок же анча чоң эмес болуп, тартылуу күчү тарабынан жеңилет. Ошондуктан байланышпаган топуракта катуу бөлүкчөлөр биринин жанына бири тизилип, жайгашкан бөлүкчөлөрдүн ортосундагы бош мейкиндикти ээлешет (сүр. 1_a_). Эгер байланышпаган топурактын бөлүкчөлөрү болжол менен тегерек формада жана бирдей өлчөмдө болсо, мында бир калыптагы курамдагы кум сыяктуу учур болушу мүмкүн, анда түзүлүш эң тыгыз (сүр. 1_b_) же эң сейрек (сүр. 1_c_) болушу мүмкүн, бул топурактагы катуу бөлүкчөлөрдүн жайгашуусуна жараша болот. Эң тыгыз түзүлүш байланышпаган топурактын эң жогорку тыгыздалыш мүмкүнчүлүгүнө туура келет жана анын көңдөйлүүлүгү nmin=26%. Эң сейрек түзүлүш байланышпаган топурактын мүмкүн болгон эң төмөнкү тыгыздалышына туура келет жана анын көңдөйлүүлүгү nmax=48%. Мисалы, дөбөлөрдүн борпоң кумунун n=47%.
Сүр. 1 Бөлүнбөгөн топурактын түзүлүшү
Эгер байланышпаган топурак ар кыл дан өлчөмүндө болсо, андагы майда бөлүкчөлөр ири бөлүкчөлөрдүн ортосундагы боштуктарды толтурса (сүр. 2), топурактын көңдөйлүүлүгү кыйла аз болот (n=20% жана андан аз).
Сүр. 2. Ар түрдүү дан ирилигиндеги байланышпаган топурактын түзүлүшү
Байланган топурактын түзүлүшү
Байланган топуракта түзүлүш байланбаган топурактагыдан башкача болот. Байланган топуракта когезия күчтөрү пайда болот, алар майда бөлүкчөлөрдүн тартылуу күчүнөн күчтүүрөөк болуп, аларды тийишкен беттерде бириктирип коёт. Ошондуктан бул бөлүкчөлөр ирети менен ылдый түшпөйт, тескерисинче бири-бирине жана бири-биринин жанына жабышып калат (сүр. 3_a_), ошентип чынжыр сымал торчо түзүлүшүн (сүр. 3_b_), бүртүкчө сымал (сүр. 3_c_) ж.б. пайда кылат, муну жогорку даражадагы түзүлүштөр деп аташат. Мындай түзүлүштөрдүн көзөнөктүүлүгү чоң болуп, жалпы массасынын 60-80% чейин жетиши мүмкүн, бул байланбаган топуракта мүмкүн эмес.
Сүр. 3. Байланган топурактын түзүлүшү
Көңдөйлүүлүк жана көңдөйлүүлүк коэффициенти
Топурактын тешикчилдиги тешиктер көлөмүнүн топурактын жалпы көлөмүнө болгон катышы менен аныкталат (сүр. 4).
Сүр. 4. Топурактын көзөнөктүүлүгү жана көзөнөктүүлүк коэффициенти
Эгер биз белгилесек
- Vp = топурактагы тешикчелердин көлөмү
- Vm = катуу бөлүкчөлөрдүн көлөмү
- V = топурактын жалпы көлөмү,
топурактын көзөнөктүүлүгү n аныктама боюнча
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
же топурактын жалпы көлөмүнүн % менен
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
Топурактын көңдөйлүүлүк коэффициенти көңдөйлөрдүн көлөмүнүн катуу бөлүкчөлөрдүн көлөмүнө болгон катышы катары аныкталат:
e = VP / Vm.
Пороздуулук n үчүн формуладан алабыз:
nVP + nVm = VP, мында Vm = VP(1-n) / n.
e үчүн формуласына бул маанини койгондо алабыз
e = n / (1-n).
Бул теңдемеден алабыз
e - ne = n; n = e / (1 + e).
Пористуулук коэффициенти топурактын тыгыздыгын көрсөтөт. e коэффициенти канчалык чоң болсо, топурактын тыгыздыгы ошончолук төмөн болот жана тескерисинче. Эгер кайсы бир кысылма топурак жүктүн таасиринен отурса, чөгүүдөн мурда жана кийинки пористуулук коэффициентинин жардамы менен чөгүүнүн чоңдугун Δ_h_ аныктоого болот.
Калыңдыгы h болгон кысылуучу топурак катмарын карайлы (сүр. 5_a_). Эгер бул катмарга жүк түшүрсөк, ал Δ_h бийиктикке отурат, ошондуктан жүктүн таасиринен анын калыңдыгы h1 ге чейин азаят. Демек
Δ_h_ = h – h1.
Кысылуучу топурактын чөгүүсү тешикчелердин эсебинен жүрөт, анткени катуу бөлүкчөлөр дээрлик кысылбайт, ошондой эле топурактын тешикчелери суу менен жарым-жартылай же толугу менен толтурулган болсо, анда бул чөгүү сүр. 5_b_ боюнча схемалык түрдө көрсөтүлүшү мүмкүн.
Сүр. 5. Жүктүн астында калыңдыгы h болгон кысылуучу топурак катмарынын Δh отуруусу
Эгерде h0 менен тешиксиз катуу бөлүкчөлөр катмарынын ойдон чыгарылган бийиктигин, башкача айтканда кыскартылган бийиктикти белгилесек, анда Δ_h_ чөгүүнү кыскартылган бийиктик h0 менен төмөнкү байланыш аркылуу көрсөтө алабыз:
Эгер туурасы жана узундугу бирдикке тең болгон топурак катмарын карасак, анда h, h1 жана h0 бийиктиктери көлөмдөрдү билдирет, демек
мында e — мурунку тешиктүүлүк коэффициенти, e1 — отуруудан кийинкиси. Жогоркудан отуруу алынат
Δ_h_ = h0 (e-e1).
Чөгүү h катмардын бийиктигине карата, чөгүүдөн мурун, редуцирленген бийиктик h0 маанисин алмаштырсак, төмөнкүдөй көрсөтүлүшү мүмкүн:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
анткени n = VP / V = VP / h_,_ демек VP = nh.
Ошого жараша алынат
Топурактын айрым түрлөрүнүн көзөнөктүүлүгүнүн n жана көзөнөктүүлүк коэффициентинин e төмөнкү орточо маанилери бар:
Топурактын нымдуулугу
Топурактагы суунун түрлөрү
Топурактагы суу катуу бөлүкчөлөрдүн ортосундагы тешикчелерде болгон суу түрүндө пайда болот, аталган тешикче суусу, андан кийин катуу бөлүкчөлөрдүн үстүндөгү адсорбцияланган суу жана конституциялык суу түрүндө кездешет.
Пордук суу эркин суудан турат, ал катуу бөлүкчөлөрдүн ортосунда жайгашып, анын кыймылы Дарси мыйзамы боюнча жүрөт; андан кийин гравитациялык суу келет, ал тартылуу күчүнүн таасиринде бардык багытта жогору жактан ылдый карай жылат, бирок анын кыймылы Дарси мыйзамы боюнча жүрбөйт; капиллярдык суу капиллярдык күчтөрдүн таасири менен жылат; ошондой эле катуу бөлүкчөлөрдүн бурчтарында беттик чыңалуунун таасири менен кармалып турган беттик чыңалуу суусу бар, аны дагы бурчтук пордук суу деп аташат. Бул суунун баары топуракты 110oC температурада кургатуу менен толугу менен чыгарылып салынат.
Адсорбцияланган суу — бул молекулалык күчтөр менен байланган катуу бөлүкчөлөрдү каптап турган суу. Бул — аталган суу пленкасы, анын калыңдыгы 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, миллимикрон). Адсорбцияланган суунун ири бөлүкчөлөргө тийгизген таасири анча чоң эмес, бирок бөлүкчөлөр канчалык майда болсо, анын таасири ошончолук күчтүү болот, анткени бөлүкчөлөрдүн жалпы бет аянты көбөйөт, ошону менен бирге топурактын бирдик көлөмүндөгү катуу бөлүкчөлөргө карата адсорбцияланган суунун катышы да өсөт. Бул сууну 110oC температурада кургатуу менен гана жарым-жартылай алып салууга болот.
Конституциялык суу — топурактын катуу бөлүкчөлөрүнүн минералдык кристаллдарына химиялык жактан кошулган суу. Мындай суу өтө аз болот жана аны топуракты кургатуу менен алып салууга болбойт. Ошондуктан бул сууну катуу бөлүкчөнүн ажырагыс бөлүгү катары кароого болот.
Топурактагы суунун көлөмү
Аныктоо боюнча, топурактагы суу көлөмү же топурактын нымдуулугу — бул топурактагы суунун салмагынын анын катуу бөлүкчөлөрүнүн салмагына катышы. Топурактагы суунун көлөмүнө жараша үч учур айырмаланат: суу менен толук каныккан топурак, суу менен жарым-жартылай каныккан топурак жана толугу менен кургак топурак.
Топурак толугу менен суу менен каныккан
Эгер n менен топурактын көңдөйлүүлүгүн, γs менен бардык бөлүкчөлөрдүн көлөмдүк салмагын, γw менен суунун көлөмдүк салмагын белгилесек, анда каныккан топурактын нымдуулугу wZ төмөнкү теңдеме менен туюнтулат
Топурак жарым-жартылай суу менен каныккан
Эгер Ww менен топуракта камтылган суунун салмагын, Wd менен катуу бөлүкчөлөрдүн салмагын, башкача айтканда топурактын кургак салмагын белгилей турган болсок, анда топурактын нымдуулугу w
w = Ww / Wd , башкача айтканда топурактын кургак салмагынын пайызы менен: w = 100 Ww / Wd.
Бул учурда топурактын нымдуулугун нымдуулук даражасы Sr аркылуу көрсөтсө болот, ал топурактагы суунун чыныгы салмагынын ошол эле топурактагы бардык көңдөйлөр суу менен толгон учурдагы суунун салмагына, башкача айтканда, каныккан топурактын суусунун салмагына болгон катышын билдирет:
б. а. үчүн _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
Нымдуулук даражасы үчүн чектүү маанилер төмөнкүлөр:
- таптакыр кургак топурак үчүн w = 0; Sr = 0
- толук каныккан топурак үчүн w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Сүр. 6. Суу менен жарым-жартылай каныккан топурак үлгүсү
Каныгуу даражасы (кээде каныккандык же нымдуулук даражасы деп да аталат) суусу менен толгон көзөктөрдүн көлөмүнүн жалпы көзөктөр көлөмүнө болгон катышы аркылуу дагы туюнтулат (сүр. 6):
Sr = V2 / V1
мында V2 суу менен толгон тешикчелердин көлөмү, V1 суу, аба жана газдар менен толгон тешикчелердин жалпы көлөмү. Эгер w топурактын кургак салмагына карата % менен берилген нымдуулугу Wd болсо, анда бизде
V2 * γW = w Wd, ушундан V2 = w Wd / γw.
Экинчи жагынан, V1 = V – Vd, ал эми Vd * γs = Wd, болгондуктан, анда
Vd = Wd / γs жана V1 = V – Wd / γs.
Демек, топурактын каныгуу даражасы Sr болот
же топурактын кургак салмагынын пайыздары менен
Топурак толугу менен кургак
Бул учурда w = 0. Бардык поро суусу алынып салынган, ал эми сорулган суу жарым-жартылай гана алынган, башкача айтканда суу катмары дагы эле бар, бирок анын калыңдыгы азайган.