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土壤中物質的相
土壤由三相組成:固、液、氣。固相由固體顆粒、液態水代表,氣相由土壤孔隙中的封閉空氣或水蒸氣代表。
某些类型的土壤可以由一相、两相或三相组成,这意味着土壤的成分可以是一相、两相或三相系统。土壤的物理性質取決於各相。
Incoherent soil, such as completely dry sand 或 gravel, consists of only one phase - solid particles.存在於土壤孔隙中的空氣不是封閉的,也不阻礙固體顆粒的運動,因此不能被視為相。
地下水位以上潮濕黏性土壤,由固體顆粒和封閉孔隙組成,部分充滿水,部分充滿空氣或水蒸氣,是三相繫統的土壤。在移動固體的情況下,土壤孔隙中的水和空氣同時對抗。
地下水位以下的土壤,其孔隙完全充滿水,內部不存在空氣或水蒸氣,為兩相體系。假設較深層的土壤是兩相繫統,因為較深的土壤孔隙中的封閉空氣對其物理性質沒有顯著影響,在這種情況下,物理性質由固相和液相的性質決定。
粒徑組成
土壤的固體成分是不同大小的礦物質或有機物,範圍從大卵石和塊體,大小數百、數千毫米到一個分子大小。大家知道,一個分子是百萬分之一毫米,一毫微米。土壤固體的最小尺寸被認為是20 m或微米。
固體土壤顆粒的大小對其物理性質有非常大的影響。這種粗糙度以粒徑組成來表示,它表示單一顆粒尺寸以其重量份數與土壤總重量的比率。不同國家根據土壤的粒度組成對土壤的劃分是不同的。我們的劃分如下:

顆粒尺寸限制
尺寸2 mm- 粗粒土和細粒土之間的邊界。固體顆粒高達2mm顯示土壤中水的毛細管上升。粗粒土沒有毛細作用。 尺寸0,2 mm– 粗粒(鋒利)沙和細粒(軟)沙之間的邊界。 尺寸0,02 mm- 肉眼可辨識土壤中單一顆粒的極限。 尺寸0,002 mm– 鬆散土壤和黏土之間的邊界 尺寸0,0002 mm– 黏土和膠體黏土之間的邊界。 固體成分尺寸如下0,002 mm對土壤物理性質影響較大。這些成分賦予土壤黏聚力,如果它們在土壤中越小、越豐富,土壤黏聚力就越明顯。然而,土壤的粘性还取决于小于以下固体颗粒的矿物成分:0,002 mm。如果這些顆粒是由非常堅硬的礦物(例如石英)分解形成的,那麼它們的內聚力非常低或不存在,而且它們的吸水性也相對較低。 If the particles are below0,002 mm由黏土材料分解而成,顆粒越小,其黏結性能越強,但這種顆粒的吸水率很高。 土壤的粒度組成為其一些物理特性提供了重要且可靠的數據。如果土壤主要由以下尺寸的黏土顆粒組成0,002 mm,那麼已經可以得出結論,這種土壤是塑性的、黏性的、吸濕的、具有高毛細管作用、低滲透性和低內摩擦角。 土壤的粒度組成由粒度組成線表示(圖 1)。1)。

SL。1- 土壤顆粒成分線:1- 礫石沙;2- 塵土飛揚的沙子;3- 沙塵;4- 黏土;5- 黏土
粒度組成線的縱座標顯示小於給定點橫座標表示的直徑的固體顆粒的重量分數。例如,在直線的 A 點4縱座標表明有92%粒徑小於2 mm,而且他們是剩下的8%尺寸超過2 mm。
根據顆粒成分對土壤進行分類
含有大於2 mm固體顆粒的土壤依土壤依粒徑組成的一般劃分進行分類,如圖1所示。 1。在此過程中,採用土壤中最常見的部分作為基本部分,而其他部分則為附加部分。例如,如果土壤的一般顆粒主要是沙子,含有少量的礫石,則這種土壤被歸類為礫石砂,反之則為砂礫石。在分類中,也可以指示土壤中各個部分的份額。例如,如果土壤含有15%粘土、45%灰塵、30%沙子和10%礫石,則可以將其歸類為含有15%粘土和10%礫石的粘土。
然而,對於含有小於2 mm固體顆粒的細粒土壤,通常根據其粒度組成進行分類,根據三角圖進行分類。有几个这样的图表,其中我们将列出美国土壤局提供的最基本的一个,图 1。 2.

图2 - 美国土壤局三角图
此圖由折疊成等邊三角形的三個座標軸組成,其中每個軸代表一個部分,即沙子、灰塵和黏土,以佔整個土體重量的百分比表示。图的表面分为 10 区域,每个区域代表一种不同的土壤类型。三角形的每條邊代表一個橫座標,從這個橫座標引出與其他兩個橫座標平行的縱座標。
此圖中的每個點都有 3 座標,代表給定土壤中指定的 3 分數的百分比,並確定土壤類型。例如,圖中的 M 點代表黏土。由圖 1 的粒度組成圖可得。 1 確定各個部分,在本例中為(圖 1 中的線 4):35% 粘土、25% 灰塵、40% 沙子,而25% 灰塵、40% 沙子,而8%SKPH9⧟ 砾石的量被忽略,因为它的总量小于10%。
此分類是指根據美國劃分的沙子、灰塵和礫石部分,但由於其具有比較價值和經驗,因此仍然採用這種分類。
土壤不平整度
根据Allen Hazen的说法,土壤不均匀程度是比率(图3)
U=d60/d10
其中,d60為縱座標60%對應的粒徑,d10_為縱座標10%對應的粒徑。
對於_U < 5 tlo je ravnomernog sastava,
for U = 5 – 15 土壤成分中度不均匀,
对于 U > 15 土壤成分不均匀。
当粒度组合物的线陡峭时,不均匀度_U_的值较小,而当线平坦时,不均匀度_U_的值较大。 U 的最小值是 1。如果粒度组成线越平坦,_U_值就越高。對於沙子,通常為 U=1-15,對於粘土 U=10-90,但對於成分非常不均勻的土壤,U 可能具有非常高的值。
SL。3- 粒徑_d的測定60和d10_
過濾規則
該規則基於過濾器的粒度組成,其任務是透過過渡粒徑來降低土壤與石料排水層接觸處的水力梯度,以防止地下水對小土壤顆粒的沖刷。濾層應滿足的基本條件是透水且穩定。 過濾器的構成有多種規則,這裡只列出最著名的太沙吉規則。
太沙吉法則
Terzaghi 規則如下: 過濾器的顆粒度應使其顆粒數量達到15%整個濾網質量的重量份(F15) 是最少的4比濾網所在最粗的土壤顆粒(底座)大幾倍15%底座重量份數 (B15),但不大於4次_B85_,即最小顆粒的尺寸85%以底座重量計算的份數。此規則可以用以下關係式表示:
F15/B15>4和_F15/B85_< 4.
第一個比率保證了過濾器的透水性,而第二個比率保證了其穩定性。

SL。4- Terzaghia的過濾規則
底座的最小和最大顆粒如圖 1 所示。4邊界線1和2。濾波器的邊界線是3和4。條件_F15_>4_B15_由邊界線上的點a表示3,條件_F15_< 4_B85_ tačkom b na liniji 4.
建議過濾器的顆粒成分線與基底的顆粒成分線大致平行。
而不是如圖所示的底座的粒徑組成的兩條極端線。4,可以是一條平均粒化線。在這種情況下,點_B15_和_B85_ 位於同一行(如圖 2 所示)5)。
最常見的是,基層和排水層之間的顆粒化差異使得一個過濾區不足以實現基層和排水層之間的過渡。在這種情況下,過濾器由多個過濾區組成,這些過濾區根據相同的規則確定,直到達到排水沉積物的最大顆粒尺寸。

SL。5- 過濾層計算範例
上述劃分、限制尺寸和規則取自歷史來源,不能取代目前的岩土分類、實驗室報告、過濾器設計或性能計劃。實際的土壤和排水系統需要進行代表性取樣、適當的測試、檢查地下水和地表水、侵蝕和內部穩定性,以及由授權專家根據特定項目的適用法規和條件進行評估。