Tuproq tuzilishi
Tuproq strukturasi deganda yer massasidagi qattiq fazaning joylashuvi tushuniladi. Ma’lumki, tuproq qattiq zarrachalar va suv, havo yoki suv bug‘i bilan to‘lgan g‘ovaklardan iborat bo‘ladi, ko‘pincha qisman havo, qisman suv bilan. Tuproqdagi qattiq zarrachalar joylashuviga ko‘ra uning strukturasi belgilanadi. Bog‘lanmagan va bog‘langan tuproq strukturalari bir-biridan sezilarli darajada farq qiladi.
Bog‘lanmagan tuproqning tuzilishi
Bog‘lanmagan tuproqning tuzilishi gravitatsiya ta’sirida shakllanadi. Bu tuproqning qattiq zarrachalari yirikroq bo‘lib, pastga tushadi, gravitatsiya ta’sirida cho‘kadi, biroq bunday zarrachalar orasidagi molekulalararo tortishish kuchlari mavjud emas yoki juda kichik bo‘lib, gravitatsiya tomonidan yengiladi. Shu sababli bog‘lanmagan tuproqda qattiq zarrachalar bir-birining yoniga joylashib, to‘plangan zarrachalar orasidagi bo‘sh joyni egallaydi (rasm 1_a_). Agar bog‘lanmagan tuproq zarrachalari taxminan yumaloq shaklda va bir xil o‘lchamda bo‘lsa, masalan, bir xil tarkibli qumda bo‘lishi mumkin, u holda tuzilma eng zich (rasm 1_b_) yoki eng siyrak (rasm 1_c_) bo‘lishi mumkin, bu tuproqdagi qattiq zarrachalarning joylashishiga bog‘liq. Eng zich tuzilma bog‘lanmagan tuproqning eng katta zichlashish imkoniyatiga mos keladi va uning g‘ovakligi nmin=26%. Eng siyrak tuzilma bog‘lanmagan tuproqning eng kichik mumkin bo‘lgan zichlashishiga mos keladi va uning g‘ovakligi nmax=48%. Masalan, qumtepalarining sochiluvchan qumi n=47% ga ega.
Sl. 1 Bog‘lanmagan tuproqning tuzilishi
Agar bog‘lanmagan tuproq zarralari turli yiriklikda bo‘lib, maydaroq zarrachalar yirikroq zarrachalar orasidagi bo‘shliqlarni to‘ldirsa (sl. 2), tuproqning g‘ovakligi ancha kichik bo‘ladi (n=20% va undan kam).
Sl. 2. Olchamiga ko‘ra turlicha bo‘lgan donali bog‘lanmagan tuproqning tuzilishi
Bog‘langan tuproqning tuzilishi
Bog‘langan tuproqda tuzilma bog‘lanmagan tuproqdagidan boshqacha bo‘ladi. Bog‘langan tuproqda kohezion kuchlar paydo bo‘ladi, ular mayda zarralarning og‘irlik kuchidan kuchliroq bo‘lib, ularni tegish yuzalarida bir-biriga yopishtiradi. Shu sababli bu zarralar tartib bilan pastga tushib ketmaydi, balki bir-biriga va yonma-yon yopishib qoladi (rasm 3_a_), shu tariqa zanjirsimon-to‘rsimon tuzilma (rasm 3_b_), tangachasimon (rasm 3_c_) va hokazo tuzilmalarni hosil qiladi; bular yuqori tartibli tuzilmalar deb ataladi. Bunday tuzilmalar katta g‘ovaklikka ega bo‘ladi, u umumiy massaning 60-80% gacha yetishi mumkin, bu esa bog‘lanmagan tuproqda bo‘lishi mumkin emas.
Sl. 3. Bog‘langan tuproqning tuzilishi
G‘ovaklilik va g‘ovaklilik koeffitsienti
Tuproq g‘ovakligi g‘ovaklar hajmining tuproqning umumiy hajmiga nisbatiga ko‘ra belgilanadi (rasm 4).
Rasm 4. Tuproqning g‘ovakligi va g‘ovaklik koeffitsiyenti
Agar biz quyidagicha belgilasak
- Vp = tuproqdagi g‘ovaklar hajmi
- Vm = qattiq zarrachalar hajmi
- V = tuproqning umumiy hajmi,
tuproqning g‘ovakliligi n ta’rifga ko‘ra
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
ya’ni tuproqning umumiy hajmining % da
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
Tuproqning g‘ovaklik koeffitsienti g‘ovaklar hajmining qattiq zarrachalar hajmiga nisbati bilan aniqlanadi:
e = VP / Vm.
Porozlik n uchun formuladan quyidagiga ega bo‘lamiz:
nVP + nVm = VP, bundan Vm = VP(1-n) / n.
Bu qiymatni e formulaga qo‘yib, quyidagini olamiz
e = n / (1-n).
Bu tenglamadan biz olamiz
e - ne = n; n = e / (1 + e).
G‘ovaklik koeffitsiyenti tuproq zichligini ko‘rsatadi. e koeffitsiyenti qanchalik katta bo‘lsa, tuproq zichligi shunchalik kichik bo‘ladi va aksincha. Agar biror siqiluvchan tuproq yuk ta’sirida cho‘ksa, cho‘kishdan oldingi va keyingi g‘ovaklik koeffitsiyenti yordamida cho‘kish miqdori Δ_h_ ni aniqlash mumkin.
Qalinligi h bo‘lgan siqiluvchi tuproq qatlamini ko‘rib chiqaylik (rasm 5_a_). Agar bu qatlamga yuk tushirilsa, u Δ_h ga cho‘kadi, shunday qilib yuk ta’sirida uning qalinligi h1 gacha kamayadi. Demak
Δ_h_ = h – h1.
Siqiluvchan tuproqning cho‘kishi g‘ovaklar hisobiga sodir bo‘ladi, chunki qattiq zarrachalar amalda siqilmaydi, xuddi shuningdek, agar tuproq g‘ovaklari suv bilan qisman yoki to‘liq to‘lgan bo‘lsa, suv ham siqilmaydi; shuning uchun bu cho‘kishni sxematik ravishda rasm 5_b_ da tasvirlash mumkin.
Sl. 5. Yuklama ta’sirida qalinligi h bo‘lgan siqiluvchan tuproq qatlamining Δh cho‘kishi
Agar h0 bilan g‘ovaklarisiz qattiq zarrachalar qatlamining tasavvuriy balandligini, ya’ni kamaytirilgan balandlik deb ataladigan qiymatni belgilasak, unda cho‘kish Δ_h_ ni kamaytirilgan balandlik h0 ga nisbatan quyidagi munosabat bilan ifodalashimiz mumkin:
Agar kengligi va uzunligi birlikka teng bo‘lgan tuproq qatlamini ko‘rsak, unda h, h1 va h0 balandliklari hajmlarni ifodalaydi, demak
bu yerda e — oldingi g‘ovaklik koeffitsiyenti, e1 — cho‘kishdan keyingi. Yuqoridagidan cho‘kish olinadi
Δ_h_ = h0 (e-e1).
Cho‘kishni cho‘kishdan oldingi qatlam balandligi h ga nisbatan ifodalash mumkin, agar kamaytirilgan balandlik h0 qiymatini almashtirsak:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
chunki n = VP / V = VP / h_, shu yerdan VP = nh.
Shunday qilib olinadi
Tuproqning ayrim turlari porozlik n va g‘ovaklik koeffitsiyenti e ning quyidagi o‘rtacha qiymatlariga ega:
Tuproq namligi
Tuproqdagi suv turlari
Tuproqdagi suv qattiq zarralar orasidagi g‘ovaklardagi suv shaklida, ya’ni g‘ovak suv sifatida, so‘ng adsorbsiyalangan suv tarzida qattiq zarralarda va konstitutsion suv sifatida uchraydi.
Pora suvi qattiq zarrachalar orasidagi erkin suv dan iborat bo‘lib, uning harakati Darcy qonuniga binoan sodir bo‘ladi, keyin gravitatsion suv bo‘lib, u tortishish kuchi ta’sirida yuqoridan pastga barcha yo‘nalishlarda harakatlanadi, ammo uning harakati Darcy qonuniga binoan sodir bo‘lmaydi, kapillyar suv esa kapillyar kuchlar ta’sirida harakatlanadi va sirt tarangligi suv i tuproqning qattiq zarrachalari orasidagi burchaklarda sirt tarangligi bilan ushlanib turadi va u yana burchakli pora suvi deb ham ataladi. Bu suvning barchasi tuproqni 110oC haroratda quritish orqali butunlay yo‘qotilishi mumkin.
Adsorbsiyalangan suv — bu qattiq zarralarni o‘rab turuvchi va ularga molekulyar kuchlar bilan bog‘langan suvdir. Bu so‘nggi suv filmi deb ataladi, uning qalinligi 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, milimikron) oralig‘ida bo‘ladi. Adsorbsiyalangan suvning yirikroq zarralarga ta’siri sezilarsiz, biroq zarralar qanchalik mayda bo‘lsa, uning ta’siri shunchalik katta bo‘ladi, chunki zarralarning umumiy yuzasi ortadi va shu bilan tuproq hajmining birligidagi qattiq zarralarga nisbatan adsorbsiyalangan suv ulushi ham ortadi. Bu suvni faqat 110oC da quritish orqali qisman chiqarish mumkin.
Konstitutsion suv tuproqning qattiq zarralari minerallarining kristallari tarkibiga kimyoviy jihatdan birikkan bo‘ladi. Bunday suv juda kam bo‘ladi va uni tuproqni quritish orqali chiqarib bo‘lmaydi. Shuning uchun bu suvni qattiq zarrachaning tarkibiy qismi deb hisoblash mumkin.
Tuproqdagi suv miqdori
Ta’rifga ko‘ra, tuproqdagi suv miqdori yoki tuproq namligi — tuproqda mavjud suv og‘irligining uning qattiq tarkibiy qismlari og‘irligiga nisbatidir. Tuproqdagi suv miqdoriga ko‘ra uch holat farqlanadi: suv bilan to‘liq to‘yingan tuproq, qisman suvga to‘yingan tuproq va to‘liq quruq tuproq.
Tuproq suv bilan to‘liq to‘yingan
Agar n bilan tuproqning g‘ovakliligi, γs bilan barcha zarrachalarning hajmiy og‘irligi, γw bilan suvning hajmiy og‘irligi belgilansa, u holda to‘yingan tuproqning namligi wZ quyidagi tenglama bilan ifodalanishi mumkin
Suv bilan qisman to‘yingan tuproq
Agar Ww bilan tuproqda mavjud suvning og‘irligini, Wd bilan esa qattiq zarralar og‘irligini, ya’ni tuproqning quruq og‘irligini belgilasak, unda tuproq namligi w
w = Ww / Wd , ya’ni tuproqning quruq og‘irligi foizida: w = 100 Ww / Wd.
Bu holda tuproq namligini namlik darajasi Sr bilan ifodalash mumkin, u tuproqdagi haqiqiy suv og‘irligining shu tuproqdagi barcha g‘ovaklar suv bilan to‘lganda bo‘ladigan suv og‘irligiga, ya’ni suvga to‘yingan tuproq suvining og‘irligiga nisbati hisoblanadi:
ya’ni _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
Namlik darajasi uchun chegara qiymatlar quyidagicha:
- to‘liq quruq tuproq uchun w = 0; Sr = 0
- to‘liq to‘yingan tuproq uchun w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Sl. 6. Suv bilan qisman to‘yingan tuproq namunasi
To‘yinganlik darajasi (ba’zan to‘yinganlik yoki namlik darajasi deb ham ataladi) suv bilan to‘lgan g‘ovaklar hajmining umumiy g‘ovaklar hajmiga nisbatida ham ifodalanadi (rasm 6):
Sr = V2 / V1
bu yerda V2 — suv bilan to‘lgan g‘ovaklar hajmi, V1 — suv, havo va gazlar bilan to‘lgan g‘ovaklarning umumiy hajmi. Agar w tuproqning quruq og‘irligi Wd ga nisbatan % dagi namligi bo‘lsa, unda quyidagiga ega bo‘lamiz
V2 * γW = w Wd, bundan V2 = w Wd / γw.
Boshqa tomondan, V1 = V – Vd, va Vd * γs = Wd bo‘lgani uchun, u
Vd = Wd / γs va V1 = V – Wd / γs.
Shunga ko‘ra, tuproqning to‘yinganlik darajasi Sr bo‘ladi
ya’ni tuproqning quruq og‘irligi foizlarida
Tuproq to‘liq quruq
Bu holda w = 0. Barcha g‘ovak suv chiqarib tashlangan, adsorbsiyalangan suv esa faqat qisman olib tashlangan, ya’ni suv pardasi hali ham mavjud, biroq uning qalinligi kamaygan.