Твердая фаза и поровое пространство почв. Реология. Основа, модельные представления

1. Твердая фаза и поровое пространство почв

Профильный курс для студентов
IV курса
Итоговая аттестация – экзамен

2. Реология. Основа – модельные представления.

3.

Теоретической основой
Теоретической основой является механика
сплошной среды. Почва рассматривается как
сплошная непрерывная среда

4. Основные понятия

Механические свойства почв – способность сопротивляться
изменению формы и объема в результате силовых воздействий
Деформация – это относительное смещение точек
системы, при котором не нарушается ее сплошность
Упругая
(обратимая)
сдвиг
деформации
Механические
свойства почв
Растяжения, сжатия
(объемная)
остаточная
(пластичная)
Растяжения,
сжатия
(объемная)
сдвиг
Прочность - способность почв
сопротивляться разрушению
в предельном состоянии

5. Деформационные (реологические свойства)

• Упругость – свойство восстанавливать свою
форму и объем после прекращения действия
внешних сил.
• Пластичность – свойство необратимо
деформироваться под действием внешней
нагрузки.
• Вязкость (внутреннее трение) –
характеризует сопротивление действию
внешних сил при течении материальных тел

6. Основные параметры деформаций

е
V ПОР
!
• коэффициент пористости
VТВ.ФАЗЫ
• осадка или уплотнение почв
l0 - l Dl
V0 - V
DV
l0 l0
V0
V0
• Сдвиг ( ) и скорость сдвига (или скорость
деформации)
d
dt
&
• Нормальная и тангенциальная нагрузки
(величины давления: PN и Pτ - Па, кг/см2 и пр.)

7. Идеальные законы реологии

Идеально упругое тело (закон Гука)
Pn
x
х
,
у
Рt
Е
Pt
y
Рt
х
,
у
Е
P, êÏà

8. Идеальные законы реологии

Идеальное вязкое тело (закон Ньютона)
d
dt
P
Ïîðøåíü
Æèäêîñòü
d
Р
dt
P, êÏà

9. 3-й закон реологии Закон СенСимона- Кулона

• Идеально пластичное тело

10. Идеальные законы реологии

Идеально пластичное тело («сухое трение»).
Закон Сен Симона-Кулона
Идеальные законы реологии
d
dt
Pt '
ï ð åäåë
òåêó÷åñòè
P , êÏ à

11. Вязкопластичное тело (модель Бингама–Шведова)

d
dt
P t'
P , êÏà
Предел пластичности

12. Физико-механические константы (пределы Аттерберга:

• верхний предел пластичности (предел
текучести) – влажность почвы, когда образец
течет при стандартной нагрузке. Определяется
как влажность почвы, когда конус весом 76 г
погружается в почву на 10 мм;
• нижний предел пластичности – почва
может деформироваться без разломов.
Соответствует влажности почвы, при которой
образец можно раскатать в шнур диаметром 3
мм, который начинает распадаться на
отдельные кусочки.

13. Реологические кривые: зависимости скорости деформации (а) и эффективной вязкости () (б)

Реологические кривые:
зависимости скорости
деформации
á
(а) и эффективной вязкости ( ) (б)
Pt
ì
P t1
P t'2
Pt

14. Образование дальнего и ближнего максимумов притяжения между частицами

ï ð èòÿæ å í è å
î òòà ë ê è âà í è å
Образование дальнего и ближнего
максимумов притяжения между
частицами
Отталкивания
(экспонента)
2
дальний
3
a ближний
ñ
b
1
l
Притяжения (степенной)

15. Типы межчастичных контактов

a)
Коагуляционный
á)
Кристаллизационный
â)
Смешанный

16. Для оценки реологического поведения почв важно:

• Энергетика связей: дальний или
ближний максимум притяжения;
• Тип связей: коагуляционный,
кристаллизационные, смешанные;
• Форма частиц

17. Тиксотропия – способность тонкодисперсных систем разжижаться под действием механического воздействия

ãëèí èñòû å
÷àñòèöû
èì ì î áèëèçî âàí í àÿ âî äà

18. Дилатансия – изменение плотности (прочности) дисперсного тела при деформациях сдвига

19. Деформации сжатия и сдвига

êî ëåñî
I
II
äåô î ðì àöèÿ
ñäâèãà
äåô î ðì àöèÿ
óï ëî òí åí èÿ
III

20. Деформации сжатия - уплотнение, консолидация, компрессия

Деформации сжатия уплотнение, консолидация,
• Процесс уменьшения порозности не насыщенных
компрессия
водой почв под влиянием эффективного давления за
счет уменьшения воздухоносной порозности
называется уплотнением.
• Консолидация – процесс уплотнения
первоначально насыщенной почвы путем отбора
(медленного «выжимания») воды при свободном ее
оттоке. Определяется скоростью оттока воды.
• Компрессия – процесс уплотнения не насыщенной
влагой воды, при котором происходит изменение
порового пространства почв как за счет уменьшения
объема воздухоносных пор, так и за счет оттока влаги
из порового пространства. Компрессия почвы
включает процессы уплотнения и консолидации

21. Компрессионные кривые

22. Зависимость коэффициента пористости почвы от нормальной нагрузки – «компрессионная кривая» (получается на специальных приборах – одоме

Зависимость коэффициента пористости
почвы от нормальной нагрузки –
«компрессионная кривая» (получается
à
á
на специальных
приборах
–
одометрах)
e
e
0.8
M1
0.4
M1
P1
P2
P , êã/ ñì
Pñòð
log P

23.

e A - m0 × P A - tga × P
tga
е
0
1
- сжимаемость
2De - m0 × DP Закон уплотнения:
при небольших
изменениях
давления изменения
коэф.пористости
3
прямо пропорционально
изменению давления
4
-1
a
еf
Рстр
m0 éë Ï à ùû
Pn

24. Важнейшие формулы

De -m0 × DPn
Заменяем
De
m0
mv
1+ e
на
-Закон уплотнения
и получаем запись
- относительная сжимаемость
Е – модуль деформации или модуль Юнга
Pn
E

25. Зависимость компрессионных кривых от свойств почв

e
e
à)
e
P e
á)
ã)
P
â)
ïðèçìàòè÷åñêàÿ
P
P

26. Компрессионные кривые характеризуются:

• Нелинейностью
• Структурной прочностью
• Гистерезисом
• Остаточной деформацией

27. Просадки – уменьшение порозности почвы под действием нормальных напряжений и ряда сопровождающих причин

• ПРОСАДКА (ГРУНТА) – постепенное опускание
поверхности земли на некотором участке
территории вследствие уменьшения объема
находящегося в напряженном состоянии грунта при
оттаивании мерзлого грунта, вымывания
воднорастворимых солей (химическая суффозная
просадка в засоленных глинах, послепросадочная
деформация в лессовых грунтах), сейсмических
колебаниях и воздействии вибрации (сейсмическая
вибрационная просадка). Может быть результатом
откачки подземных вод для технических и бытовых
нужд или добычи нефти и газа. Просадки возможны
также при добыче твердых полезных ископаемых
шахтным способом. П.г. нередки в пределах

28.

29.

ТЕСТ 1 (отвечаем на все вопросы
любым способом: указать
правильный ответ, написать
расширенный ответ, написать
фразу, согласие и пр.)

30.

1. В томографии применяются лучи (а) рентгеновские; (б) лазерные; (в) световые г) ньютоновские.
2. Какие лучи получают, используя
- катод и анод ?
- анод и антикатод
- катод и антикатод
- анод и антианод
Что это такое «анти-«?
3. В чьем законе вводится понятие «вязкости»
- Ньютона
- Гука
-Сен Симона
-Кулона
4. Какой деформацией обладает алмаз
А вязкой
Б пластичной
В – упругой
Г – пластично-упругой
5. Чем отличаются элементарные почвенные частицы, состоящие из
А – органического вещества
Б – минералов
С – химических соединений
Д – органо-минеральные
6. Чем отличается просадка от суффозии?
7. Чем отличаются консолидация от компрессии, а компрессия от уплотнения?
8. Если мы будем определять гранулометрический состав не в воде, а в керосине, как изменится метод пипетки? А
метод дифрактометра? А если в спирте, - какие изменения?
9. Как соотносятся «порозность» и «коэффициент пористости»? Выведите формулу их соотношения.
10. Ваше мнение, - возможен ли дифрактометр со световыми лучами? В чем трудность создания такого
дифрактометра?
11. В каком диапазоне частиц ареометр дает наибольшие абсолютные ошибки:
А – при определенми физического песка
Б – при определении пыли
В – при определении физической глины
Г – физически обосновать ответ
12. Перед Вами томография почвенного агрегата (чернозем типичный). Что в агрегате «черное», «светлые пятна»,
«серые пятна» - какие вещества, соединения?

31.

Томограмма
почвенного агрегата
(чернозем типичный).
Вами томография
почвенного агрегата
(чернозем типичный).

32.

Томограмма
почвенного агрегата
(чернозем типичный)