మట్టి నిర్మాణం, రంధ్రాల శాతం మరియు ఆర్ద్రత

మట్టిరచన

మట్టి నిర్మాణం అంటే మట్టి ద్రవ్యరాశిలో ఘన దశ యొక్క అమరిక. తెలిసినట్లుగా, మట్టి ఘన కణాలు మరియు నీరు, గాలి లేదా నీటి ఆవిరితో నిండిన రంధ్రాల నుంచి తయారవుతుంది; సాధారణంగా కొంత భాగం గాలితో, కొంత భాగం నీటితో ఉంటుంది. మట్టిలోని ఘన కణాల అమరిక ద్వారా దాని నిర్మాణం నిర్ధారించబడుతుంది. అనుసంధానం లేని మరియు అనుసంధానిత మట్టుల నిర్మాణాలు ఒకదానికొకటి గణనీయంగా భిన్నంగా ఉంటాయి.

అనుసంధానం లేని మట్టి యొక్క నిర్మాణం

అనుబంధంలేని నేల నిర్మాణం గురుత్వాకర్షణ ప్రభావంతో ఏర్పడుతుంది. ఈ నేలలోని ఘన కణాలు పెద్దవిగా ఉండి క్రిందికి పడతాయి, గురుత్వాకర్షణ ప్రభావంతో కూర్చుంటాయి; అటువంటి కణాల మధ్య అంతర్మాలిక ఆకర్షణ బలాలు లేవు లేదా చాలా స్వల్పంగా ఉంటాయి మరియు గురుత్వాకర్షణ చేత అధిగమించబడతాయి. అందువల్ల అనుబంధంలేని నేలలో ఘన కణాలు ఒకదానికొకటి పక్కనే అమర్చుకొని, అమర్చిన కణాల మధ్య ఖాళీ స్థలాన్ని ఆక్రమిస్తాయి (ఫిగ్. 1_a_). అనుబంధంలేని నేల కణాలు సుమారు గుండ్రని ఆకారంలో మరియు ఒకే పరిమాణంలో ఉంటే, ఉదాహరణకు సమాన కూర్పు ఉన్న ఇసుకలో, నిర్మాణం అత్యంత ఘన (ఫిగ్. 1_b_) లేదా అత్యంత సడలిన (ఫిగ్. 1_c_)గా ఉండవచ్చు, ఇది నేలలో ఘన కణాల అమరికపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అత్యంత ఘన నిర్మాణం అనుబంధంలేని నేల గరిష్ఠ సాంద్రీకరణ సామర్థ్యానికి సరిపోతుంది, మరియు దాని రంధ్రాల శాతం nmin=26%. అత్యంత సడలిన నిర్మాణం అనుబంధంలేని నేల కనిష్ఠ సాధ్య సాంద్రీకరణకు సరిపోతుంది, మరియు దాని రంధ్రాల శాతం nmax=48%. ఉదాహరణకు, కొండల సడలిన ఇసుకకు n=47%.

చిత్రం 1 అనుబంధం లేని మట్టికి నిర్మాణం

అనుసంధానంలేని మట్టి వేర్వేరు ధాన్య పరిమాణాలతో ఉంటే, సన్నని కణాలు పెద్ద కణాల మధ్య ఖాళీలను నింపుతాయి (చిత్రం 2), అప్పుడు మట్టి రంధ్రాల పరిమాణం గణనీయంగా తక్కువగా ఉంటుంది (n=20% మరియు అంతకంటే తక్కువ).

ఫిగ్. 2. వివిధ కణ పరిమాణాలున్న అనుబంధంలేని నేల నిర్మాణం

బంధించబడిన మట్టి నిర్మాణం

కోధించిన మట్టిలో నిర్మాణం అసంధానిత మట్టితో భిన్నంగా ఉంటుంది. కోధించిన మట్టిలో కోహేషన్ బలాలు కనిపిస్తాయి, ఇవి చిన్న కణాల గురుత్వబలాల కంటే బలంగా ఉండి, సంపర్క ఉపరితలాలపై వాటిని అతికిస్తాయి. అందువల్ల ఈ కణాలు క్రమంగా కిందికి పడిపోకుండా, ఒకదానిపై ఒకటి మరియు ఒకదానికి పక్కన ఒకటి అతుక్కుని ఉంటాయి (చిత్రం 3_a_), అలా శృంఖల-జాల నిర్మాణాన్ని (చిత్రం 3_b_), పూతలా (చిత్రం 3_c_) మొదలైనవి రూపొందిస్తాయి, వీటిని ఉన్నత క్రమ నిర్మాణాలు అంటారు. ఇలాంటి నిర్మాణాలకు అధిక రంధ్రభావం ఉంటుంది, అది మొత్తం ద్రవ్యరాశిలో 60-80% వరకు చేరవచ్చు, ఇది అసంధానిత మట్టిలో ఉండదు.

ఆకృతి 3. బంధిత నేల నిర్మాణం

రంధ్రాలత్వం మరియు రంధ్రాలత్వ గుణాంకం

మట్టి రంధ్రాల పరిమాణం అనేది రంధ్రాల పరిమాణం మొత్తం మట్టి పరిమాణానికి ఉన్న నిష్పత్తిగా నిర్వచించబడుతుంది (చిత్రం 4).

చిత్రం 4. మట్టి యొక్క రంధ్రాల పరిమాణం మరియు రంధ్రత్వ గుణకం

మనం ఇలా గుర్తిస్తే

• Vp = మట్టిలోని రంధ్రాల పరిమాణం
• Vm = ఘన కణాల పరిమాణం
• V = మట్టಿಯ మొత్తం పరిమాణం,

మట్టి యొక్క రంధ్రభరితత్వం n నిర్వచనప్రకారం

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

అంటే, మట్టியின் మొత్తం పరిమాణంలో % గా

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

మట్టి యొక్క రంధ్రత్వ గుణకం రంధ్రాల పరిమాణాన్ని ఘన కణాల పరిమాణంతో ఉన్న నిష్పత్తిగా నిర్వచించబడుతుంది:

e = VP / Vm.

పోరోసిటీ n కోసం సూత్రం నుండి మనకు లభిస్తుంది:

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

ఈ విలువను e కోసం ఉన్న సూత్రంలో ప్రతిస్థాపిస్తే మనకు లభిస్తుంది

e = n / (1-n).

ఈ సమీకరణ నుండి మనకు లభిస్తుంది

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

రంధ్రతా గుణకం మట్టির ఘనత్వాన్ని చూపుతుంది. e గుణకం ఎక్కువైతే, మట్టిర ఘనత్వం తక్కువగా ఉంటుంది, మరియు దీనికి విరుద్ధంగా కూడా. ఏదైనా సంకోచించగల మట్టి లోడుతో కుంగితే, కుంగే ముందు మరియు తర్వాత ఉన్న రంధ్రతా గుణకం ద్వారా కుంగుదల పరిమాణం Δ_h_ ను నిర్ణయించవచ్చు.

h మందం గల సంకోచనీయ మట్టి పొరను పరిశీలిద్దాం (చిత్రం 5_a_). ఈ పొరపై లోడ్ పెడితే, అది Δ_h_ ఎత్తు వరకు కూర్చుంటుంది, కాబట్టి లోడ్ కారణంగా దాని మందం h1 కు తగ్గుతుంది. అందువల్ల

Δ_h_ = h – h1.

సంకోచించగల మట్టిలోని సెట్‌ల్మెంట్ రంధ్రాల ఖాతాపై జరుగుతుంది, ఎందుకంటే ఘన కణాలు వాస్తవానికి సంకోచించవు; అలాగే మట్టి రంధ్రాలు కొంతమేర లేదా పూర్తిగా నీటితో నిండినప్పుడు నీరు కూడా సంకోచించదు. అందువల్ల ఈ సెట్‌ల్మెంట్‌ను చిత్రం 5_b_ లో పద్ధతిగా చూపవచ్చు.

చిత్రం 5. లోడు క్రింద h మందం గల సంకోచనీయ నేల పొర యొక్క కుదింపు Δh

h0 తో గాలులేని ఘన కణాల పొర యొక్క ఊహాజనిత ఎత్తును సూచిస్తే, దానిని తగ్గించబడిన ఎత్తు అంటారు, అప్పుడు కుదింపు Δ_h_ ను తగ్గించబడిన ఎత్తు h0 తో ఈ సంబంధం ద్వారా వ్యక్తీకరించవచ్చు:

పొడవు మరియు వెడల్పు యూనిట్‌కు సమానమైన మట్టి పొరను పరిశీలిస్తే, అప్పుడు ఎత్తులు h, h1 మరియు h0 పరిమాణాలను సూచిస్తాయి, కాబట్టి

ఇక్కడ e అనేది ముందు ఉన్న రంధ్రాల గుణకం, e1 కూర్చోవడం తరువాతది. పైదాని నుండి కూర్చోవడం లభిస్తుంది

Δ_h_ = h0 (e-e1).

సెట్టింగ్ తగ్గుదలను, తగ్గించిన ఎత్తు h0 విలువను భర్తీ చేస్తే, కూర్పు ముందు పొర ఎత్తు h తో సంబంధించి వ్యక్తీకరించవచ్చు:

h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),

ఎందుకంటే n = VP / V = VP / h_,_ అందువల్ల VP = nh.

దానివల్ల పొందబడుతుంది

కొన్ని రకాల మట్టులకు రంధ్రాల శాతం n మరియు రంధ్రాల గుణకం e యొక్క ఈ క్రింది సగటు విలువలు ఉంటాయి:

మట్టిలో తేమ

మట్టిలోని నీటి రకాలు

మట్టిలో నీరు ఘన కణాల మధ్య ఉన్న రంధ్రాలలోని నీరు అంటే రంధ్రజలము, తరువాత ఘన కణాలపై అడ్సార్బ్ అయిన నీరు గా, ఇంకా రూపాంతర నీరు గా కనిపిస్తుంది.

రంధ్ర జలం ఘన కణాల మధ్య ఉన్న స్వేచ్ఛా జలం ను కలిగి ఉంటుంది; దాని కదలిక Darcy నియమం ప్రకారం జరుగుతుంది, తరువాత గురుత్వ జలం ఉంటుంది, ఇది గురుత్వ ప్రభావంతో పై నుండి కిందికి అన్ని దిశలలో కదులుతుంది, కానీ దాని కదలిక Darcy నియమం ప్రకారం జరగదు, కాపిల్లరీ జలం ఇది కాపిల్లరీ బలాల ప్రభావంతో కదులుతుంది, మరియు ఉపరితల టెన్షన్ జలం, ఇది మట్టి ఘన కణాల మధ్య ఉన్న మూలల్లో ఉపరితల ఉద్రిక్తతతో నిలిచి ఉంటుంది మరియు దీనిని కోణ రంధ్ర జలం అని కూడా అంటారు. ఈ జలమంతా 110oC ఉష్ణోగ్రత వద్ద మట్టిని ఎండబెట్టడం ద్వారా పూర్తిగా తొలగించవచ్చు.

అడ్సార్బ్ అయిన నీరు అనేది ఘన కణాలను చుట్టుముట్టి, వాటితో అణు బలాల ద్వారా బంధించబడి ఉండే నీరు. దీనిని所谓 నీటి పట్టు అంటారు; దాని మందం 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, మిలిమైక్రాన్) వరకు ఉంటుంది. పెద్ద కణాలపై అడ్సార్బ్ అయిన నీటి ప్రభావం స్వల్పంగా ఉంటుంది; అయితే కణాలు మరింత సన్నగా ఉంటే దాని ప్రభావం అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే కణాల మొత్తం ఉపరితలం పెరుగుతుంది, దాంతో పాటు మట్టి ఒక్క ఘన పరిమాణంలో ఘన కణాలతో పోల్చిన అడ్సార్బ్ అయిన నీటి నిష్పత్తి కూడా పెరుగుతుంది. ఈ నీటిని 110oC వద్ద ఎండబెట్టడం ద్వారా కొంతవరకు మాత్రమే తొలగించవచ్చు.

రూపాంతర నీరు అనేది ఖనిజాల స్ఫటికాలలో, మట్టి ఘన కణాల లోపల, రసాయనపరంగా బంధించబడి ఉంటుంది. ఈ నీరు చాలా తక్కువగా ఉంటుంది మరియు మట్టిని ఎండబెట్టడం ద్వారా దానిని తొలగించలేం. అందువల్ల ఈ నీటిని ఘన కణం యొక్క అంతర్భాగంగా పరిగణించవచ్చు.

మట్టిలో నీటి పరిమాణం

నిర్వచనం ప్రకారం మట్టిలోని నీటి పరిమాణం లేదా మట్టి తేమ అనేది, మట్టిలో ఉన్న నీటి బరువును దాని ఘన భాగాల బరువుతో పోలిన నిష్పత్తి. మట్టిలోని నీటి పరిమాణం ప్రకారం మూడు సందర్భాలు వేరు చేస్తారు: పూర్తిగా నీటితో నిండిన మట్టి, భాగంగా నీటితో నిండిన మట్టి మరియు పూర్తిగా పొడి మట్టి.

నీటితో పూర్తిగా సంతృప్తమైన మట్టి

మట్టి యొక్క రంధ్రాలశాతం‌ను n, అన్ని కణాల ఘన పరిమాణ బరువును γs, నీటి ఘన పరిమాణ బరువును γw గా సూచిస్తే, సంతృప్త మట్ట기의 ఆర్ద్రత wZ ను కింది సమీకరణతో వ్యక్తీకరించవచ్చు

నీటితో భాగంగా సంతృప్తమైన మట్టి

మట్టిలో ఉన్న నీటి బరువును Ww గా, ఘన కణాల బరువును, అంటే మట్టి యొక్క పొడి బరువును Wd గా సూచిస్తే, అప్పుడు మట్టి తేమ w

w = Ww / Wd , అంటే మట్టి ఎండిన బరువు శాతంగా: w = 100 Ww / Wd.

ఈ సందర్భంలో మట్టి తేమను తేమ స్థాయి Sr ద్వారా వ్యక్తపరచవచ్చు, ఇది మట్టిలోని వాస్తవ నీటి బరువు మరియు అదే మట్టిలోని, అన్ని రంధ్రాలు నీటితో నిండినట్లయితే ఉండే నీటి బరువు మధ్య నిష్పత్తిని సూచిస్తుంది, అంటే నీటితో నిండిన మట్టి యొక్క నీటి బరువుతో పోలి ఉంటుంది:

అనగా, _γ_w = 1,00  Sr = w*γs / e.

తేమ స్థాయి కోసం పరిమిత విలువలు ఇవి:

1. పూర్తిగా పొడి నేల కోసం w = 0; Sr = 0
2. పూర్తిగా సంతృప్తమైన మట్టికి w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.

చిత్రం 6. నీటితో భాగంగా సంతృప్తి చెందిన నేల నమూనా

సంతృప్తి స్థాయి (దీనిని కొన్నిసార్లు సంతృప్తత లేదా తేమ స్థాయి అని కూడా అంటారు) నీటితో నిండిన రంధ్రాల పరిమాణం మరియు మొత్తం రంధ్రాల పరిమాణం నిష్పత్తిగా కూడా వ్యక్తీకరించబడుతుంది (చిత్రం 6):

Sr = V2 / V1

ఇక్కడ V2 నీటితో నిండిన రంధ్రాల పరిమాణం, V1 నీరు, గాలి మరియు వాయువులతో నిండిన రంధ్రాల మొత్తం పరిమాణం. w అనేది పొడి మట్టి బరువు Wd పట్ల మట్టి తేమ శాతం అయితే, మనకు

V2 * γW = w Wd, అందువల్ల V2 = w Wd / γw.

ఇంకో వైపు, మనకు V1 = V – Vd అని ఉంది, మరియు Vd * γs = Wd, కాబట్టి

Vd = Wd / γs మరియు V1 = V – Wd / γs.

అందువల్ల, నేల యొక్క సంతృప్తి స్థాయి Sr ఇలా ఉంటుంది

లేదా మట్టியின் పొడి బరువులో శాతాలుగా

మట్టి పూర్తిగా పొడిగా ఉంది

ఈ సందర్భంలో w = 0. మొత్తం రంధ్రజలం తొలగించబడింది, అయితే శోషిత జలం కేవలం భాగంగా మాత్రమే తొలగించబడింది, అంటే నీటి పొర ఇంకా ఉంది, కానీ దాని మందం తగ్గింది.