Основна гідрофізична характеристика (ОГХ. Крива водозатримання) - у фізиці грунтів изотермическая рівноважна залежність між капілярно-сорбційними (матричних) тиском грунтової вологи і вологістю (зазвичай об'ємної). Форма ОГХ специфічна для кожного ґрунтового зразка і характеризує структуру порового простору грунту, гранулометричний і мінералогічний склад. Характеризується гистерезисом, тобто розбіжністю форм кривої при зволоженні і иссушении зразка. З причини домінування в часі в природних умовах процесів осушення, а також їх равновесности, частіше використовують ОГХ, знайдену саме для висушує зразка.
Форма кривої ОГХ
Зазвичай ОГХ представляється в графічній формі (рідше у вигляді таблиці), як залежність капілярно-сорбційного тиску від вологості. При цьому для тиску використовується логарифмічна шкала, береться десятковий логарифм від абсолютної величини тиску - pF. Отримана крива має S-подібну форму, на якій вироблять кілька характерних областей: • насичення (при pF від 0 до в середньому 1,7)
• капілярна (1,7 - 3,0)
• плівкова (3 - 4,5)
• сорбционная (більше 4,5)
• недоступною для рослин вологи (pF більш 4,18)
а також кілька характерних точок. Перша точка відповідає pF близькому до 0, тобто майже повністю заповненому водою поровому простору грунту (досягти абсолютно повного заповнення рідко вдається). Місце першого вигину кривої називають «тиском виходу повітря (барботирования)». Між першою і другою точками зміна тиску грунтової вологи призводить лише до зміни кривизни капілярних менісків, але не до зміни вологості. Від другої точки і далі зміна тиску означає зміну частки ґрунтових пор заповнених водою (і пор, заповнених повітрям). Третя точка відображає вологість, відповідну переходу області плівкових-капілярної вологи до сорбційної.
Залежність ОГХ від властивостей грунту
Гранулометричний склад. Полегшення грансостава призводить до зрушення верхній частині ОГХ вліво, нижня залишається відносно незмінною.
Щільність грунту. Розпушування призводить до зрушення верхній частині ОГХ вліво, в нижній вправо, в місцях з підвищеною вологістю.
Мінералогічний склад. При одному і тому ж тиску грунтової вологи водоутримуюча здатність, наприклад, монтмориллонита, буде вище каолинита, поетму його ОГХ буде зрушена вправо, в область високих влажностей.
Розподіл пор за розміром. Капілярно-сорбційне тиск грунтової вологи, виражене в сантиметрах водяного стовпа - це висота капілярного підняття, за формулою Жюрена пов'язана з радіусом капіляра: h = 0,15 / r
Розбивши вісь ординат на частки і порахувавши для них радіуси (або діаметри) пір, по осі абсцис (при використанні об'ємної вологості) отримаємо частку пір даного радіуса в загальному поровом просторі.
Грунтово-гідрологічскіе константи. А. Д. Воронін отримав рівняння залежності прямих, перетин яких з ОГХ дають значення тієї чи іншої константи. Так, для максимальної адсорбційної вологоємності (МАВ) має місце наступне рівняння: pF = 5,2 + 3W
Для максимальної молекулярної (ММВ): pF = 2,17 + 3W
Для максимальної капілярно-сорбційної (МКСВ): pF = 2,17 + W
Для капілярної (КВ): pF = 2,17
Константа 2,17 відповідає pF при радіусі капіляра 10 мкм - відстані, на яке поширюється вплив поверхневих сил твердої фази грунту.
методи визначення
Не існує методу, який дозволяє визначити ОГХ у всьому діапазоні pF. Приблизно до pF 2,9 можливе використання тензіометра в поєднанні з відбором проб на вологість (польовий метод) або його варіанти - капілляріметра. тензіометра, опущеного в насичену водою грунт і сполученого іншим кінцем з насосом (лабораторний метод). Завдання повітрю в капілляріметре відомого тиску призводить до виходу в нього з грунту некториє кількості води, яке слід виміряти після досягнення рівноваги. Капілярно-сорбційне тиск буде дорівнює тиску повітря з поправкою на тиск стовпа води в приладі, вологість знаходять методом зворотного перерахунку. На подібних принципах грунтується пристрій тензіостата.
В області pF до 5, а іноді і вище, може бути використаний мембранний прес. Його принцип дії: на тонкопорістой мембрану кладеться насичений зразок грунту і над ним створюється підвищений тиск газу. Під мембраною зберігається атмосферний тиск і вода буде виходити з грунту, а її тиск знижуватися, до тих пір поки по абсолютною величиною не зрівняється з надлишковим тиском газу над зразком.
При ще більших значеннях pF використовують гігроскопічний метод (або метод рівноваги над розчинами солей). Над розчином встановлюється строго певний відносний тиск пара води, після досягнення рівноваги в грунті створиться відповідний тиск (потенціал) вологи. Залишається тільки визначити вологість.
література
• Шеїн О. В. Курс фізики ґрунтів. підручник. - М. Изд-во МГУ, 200 5. - 432 с. ISBN 5-211-05021-5