Почвоведение Том 1 - Белицина Г.Д.
ISBN 5-06-001159-3
Скачать (прямая ссылка):
Глава четырнадцатая
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ
Ряд процессов, протекающих в почвах, определяется их физико-механическими свойствами, которые проявляются при воздействии внешних нагрузок и подразделяются на деформационные, прочностные и реологические.
Деформационные свойства характеризуют поведение почв при нагрузках, не приводящих к их механическому разрушению. К ним относятся сжимаемость, просадочность, консолидация (уплотнение).
Прочностные свойства характеризуют поведение почв при нагрузках, вызывающих их разрушение - сдвиг, разрыв.
Реологические свойства характеризуют поведение почвы под давлением во времени. К ним относятся вязкость, пластичность, тиксотропность.
Понятие «физико-механические свойства» в почвоведении имеет более широкий диапазон применения, чем в механике,
Рис. 43. Суточный ход элементов теплового баланса типичного чернозема Каменной Степи на паровом поле (а) и поле озимой пшеницы (б) (по И. Б. Реву-ту, 1972):
--------R; -- LE. —Л; .....................G
235
геологии, грунтоведении Соответственно к физико-механическим свойствам в почвоведении относят также набухание, усадку, липкость, т. е. свойства высокодисперсных систем, проявляющиеся без механических воздействий со стороны
Изучение физико механических свойств почв важно не только с позиций понимания механизмов физических процессов, протека ющих в них, но имеет большое прикладное значение для сельского хозяйства Физико-механические свойства определяют условия об работки почв, дают возможность получить количественные оценки энергетических затрат на их обработку и выбрать оптимальные сроки полевых работ, при которых в наименьшей степени деформируются почвы и обработка производится с наименьшими затратами горючего
14.1. Деформационные свойства почв
Сжимаемость почв под нагрузкой происходит при их механической обработке Особенно остро необходимость изучения этого вопроса стоит в настоящее время, когда на полях используется тяжелая сельскохозяйственная техника и происходит активное уплотнение поверхностных горизонтов почв Сжимаемость почв определяется их минералогическим и гранулометрическим составом, характером порозности и трещиноватости, острукту-ренностью почв и прочностью структуры, сложением и ориентацией глинистых частиц, их размером и формой, влажностью почв и гидрофильностью коллоидной фракции Присутствие в почвах минералов монтмориллонитовой группы и высокое содержание органических веществ обусловливают возможность их значительного уплотнения при внешних нагрузках Высокая исходная пористость почв служит показателем возможности достаточно большого уплотнения почв при обработке ее тяжелой техникой
Сжимаемость почв приводит к уменьшению общей пороз-ности, изменениям размеров и форм пор, размеров и форм структурных отдельностей Опытами установлено, что сжимаемость вызывает переориентацию тонкодисперсных минеральных частиц, в результате чего они приобретают более совершенную ориента цию В И Муравьевым в 1962 г был предложен показатель ориентированности, который определяется по уравнению (в %)
c=(l-Imin/Im„W00, (67)
где Imln — световой поток при угасании кристаллов, Imax — свето вой поток при их просветлении С = 10 0% для совершенной ориентации частиц, С = 0 для хаотической Наиболее совершенную ориентацию, даже при малых давлениях, приобретает каолинит
Сжимаемость характеризуется коэффициентом уплотнения
236
Рис. 44. Коэффициент уплотнения для спрямленного участка компрессионной кривой (обозначения в тексте)
Рис. 45. Просадка почвы на орошаемых полях:
а — разбрызгиватели оросительных агрегатов; б — зона увлажнения; в — зона просадки
(aj, см2/кг, который в зоне невысоких давлений, отмечаемых в почвенных горизонтах, равен тангенсу наклона компрессионной кривой (рис. 44) и выражается как
ak=tga=AP/APg, (68)
где Р — коэффициент пористости, %; Р — давление нагрузки, кг/см2. 8
Сжимаемость почвы — не полностью обратимая деформация. При многократных нагрузках компрессионная кривая имеет вид петли, что обусловлено разрушением структурных связей и накоплением остаточной деформации. Максимальная остаточная деформация будет соответствовать особенностям физических и химических свойств конкретных почв и дает возможность прогнозировать минимальную порозность при различных обработках в реальных условиях, т. е. максимально возможное уплотнение их.
Частным случаем проявления сжимаемости почв и грунтов является просадочность. Просадкой называется понижение поверхности почв в результате уменьшения их пористости и растворения содержащихся в них солей при замачивании. С этим явлением связывают такие формы рельефа, как степные блюдца, поды. Особенно существенны просадки на лёссовых почвогрун-тах при введении их в орошаемое земледелие, что объясняется высокой пористостью пород, малой гидрофильностью, выносом легкорастворимых солей, являющихся «клеющими» веществами для их структуры. Просадочность почв и грунтов может в некоторых случаях создавать значительную ирригационную пестроту микрорельефа на орошаемых массивах (рис. 45), что вызывает перераспределение поливных вод на поверхности поля, создает мозаику увлажнения и может привести к формированию комплексности почвенного покрова. Все это усложняет обработку почв и сельскохозяйственную эксплуатацию орошаемых площадей, создает пестроту посевов, снижает эффективность орошения.
