rabota_1

Р А Б О Т А № 1

ТЕМА: Определение механического (гранулометрического) состава почвы

Под механическим (гранулометрическим) составом почв и грунтов подразумевается относительное содержание в них частиц различной величины. Это содержание выражается в весовых процен­тах высушенной при 105° почвы. Гранулометрический состав оказы­вает влияние на ряд важных свойств почвы ( пористость и водопро­ницаемость, усадка, набухание, высота поднятия жидкости по капил­лярам почвы, величина поглотительной способности, водный, воздуш­ный и тепловой режимы почвы). Например, песчаные почвы бесструктурны, хорошо водо- и воздухопроницаемы, но бедны водой и питатель­ными веществами. Глинистые почвы, наоборот, плохо воздухо- и водо­проницаемы, образуют на поверхности корку, но богаты элементами питания растений. Наилучшими в производственном отношении являют­ся суглинистые почвы.

Почвы и грунты по гранулометрическому составу представляют собой смесь частиц различной величины. Грунты частиц определенно­го размера называются гранулометрическими фракциями.

По соотношению содержания частиц различной величины почвы и грунты классифицируются на ряд разновидностей. Наиболее крупные группы этих разновидностей - пески, супеси, суглинки, глины. Чем больше крупных частиц в почве, тем она легче по механическому составу. Содержание почвенных частиц разной величины, а соответ­ственно и соотношение между группам частиц разной величины, определяются различными методами гранулометрического анализа: без приборов, с помощью сит (простые полевые методы, используемые для разделения песчаных и более крупных частиц), и методы сложные, с использованием специальной аппаратуры, которыми можно разделить пылеватые, и глинистые частицы.

Гранулометрические фракции отличаются минеральным составом и некоторыми свойствами, например, физическими и химическими.

Согласно Н.А.Качинскому ( 1957 г.) выделяются следующие группы частиц:

Таблица 1

группы частиц	размер частиц
камни	крупнее 3 мм	Физический песок
крупный песаок	от 1 до 3 мм
средний песок	от 0,25 до 1 мм
мелкий песок	от 0,05 до 0,25 мм
крупная пыль	от 0,01 до 0,05 мм	Физическая глина
средняя пыль	от 0,005 до 0,01 мм
мелкая пыль	от 0,001 до 0,005 мм
ил (глина)	меньше 0,001 мм

Для разделения пылеватых и глинистых частиц применяют седиментационный анализ, основанный на разделении частиц вследствие неодинаковой скорости осаждения (седиментации) в воде в зависимос­ти от величины и массы. Скорость падения частиц выражается законом Стокса:

V = KR², где

V - скорость падения,

K - константа, зависящая от природы частицы и жидкости,

R – радиус частицы

Как следует из закона Стокса, скорость падения частиц при прочих равных условиях пропорциональна квадрату их радиуса,

МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ : образцы почв (песок, супесь, легкий

суглинок, средний и тяжелый суглинок, глина), фарфоровые ступки, химический стакан, чашка Петри, набор сит, техничес­кие весы с разновесами, стеклянный цилиндр на 100 см³, стеклянная палочка с наконечником, секундомер, раствор СаСl₂ (5,5г СаСl₂ на 100 см³ воды.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ :

1. Приобрести навыки определения механического соста­ва, почвы.

2. Согласно готовым данным по процентному соотношению фракций дать название почвы.

Задание № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАИУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВ БЕЗ ПРИБОРОВ.

Гранулометрический состав почвы ориентировочно можно определить на ощупь (сухой метод). Щепотку почвы тщательно растирают на ладони. Супесчаные почвы растираются легко, при этом обнаруживается неболь­шое количество мягкого пылевато - глинистого материала. Песчаные почвы полностью лишены глинистых частиц. Глинистые почвы обладают большим количеством пылевато-глинистых частиц и распираются с большим трудом.

При данном методе определения механического состава почвы можно пользоваться показателями нижеследующей таблицы

Группы почв по механическому составу	Ощущение при растирании почвы на ладони	Вид в лупу и простым глазом	Состояние сухой почвы
Песок	Ощущение песчаной массы	Состоит почти нацело из зерен песка	Сыпучий
Супесь	Почва неоднородна, ощущается в основном песчаные частицы и слабо глинистые	Преобладают частицы песка, более мелкие - примесь	Комья легко распадаются при надавливании рукой
Легкий суглинок	Почва неоднородна, ощущается значительное количество песка и глинистых частиц	Преобладает песок, глинистых частиц 20-30%	Для разрушения комьев в руке требуется небольшое усилие
Средний суглинок	Ощущается примерно одинаковое количество песка и глинистых частиц	Еще ясно видны песчаные частицы	Сухие комья с трудом разрушаются в руке
Тяжелый суглинок	Ощущается небольшая примесь песчаных честиц	Преобладают пылеватые частицы, песчаных почти нет	Сухие комья невозможно разрушить сжатием в руке
Глина	Очень тонкая однородная масса, трудно растираемая в порошок	Однородный тонкий порошок, песчаных частиц нет	Образует твердые комья, не распадающиеся от удара молотка

Несложно в полевых условиях осуществить определение гранулометрического состава почвы другим, "мокрым" методом, основой которого является раскатывание увлажненной почвы (метод "шнура")

ХОД РАБОТЫ

Смачиваем почву водой в чашке Петри до консистенции густой массы. На ладони раскатываем в шарик диаметром 1-2 см, затем раскатыва­ем шарик в шнур.

1. Если почве невозможно придать форму шарика это

песчаная почва

2. Если шарик из почвы невозможно раскатать в шнур, он при надавливании распадается - это супесчаная почва.

3. Если шнур раскатывается диаметром около 2 мм или чуть менее - почва суглинистая. Суглинки называются тяжелыми, если шнур удается завязать в узел.Суглинки называются средними, если шнур не завязывается в узел, но сварачивается в кольцо. Если шнур при сгибании в кольцо распадается, следовательно почва - легкий суглинок.

4. Если удается раскатать шнур 0,5 мм толщиной и даже завязать в узел, значит почва - глинистая.

Разумеется эти приемы дают лишь ориентировочные представления о гранулометрическом составе почвы,

ЗАДАНИЕ № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВЫ СИТОВЫМ МЕТОДОМ.

Этот метод широко применяется для определения гранулометрического состава песчаных и супесчаных почв. Разделение почвенного материала на фракции осуществляется при помощи стандартного набора сит с последующим звешиванием выделенных фракций.

Наборы сит состоят из ряда сит с величиной отверстий в 10; 7; 5; 3;

3,5;2;2,5; 1; 0,5; 0,25 мм, поддона и крышки.

ХОД РАБОТЫ

1. Тщательно перемешивают почву, затем осторожно растирают почву в фарфоровой ступке пестиком и взвешивают на весах 100 г.

почвы.

2. Проверить правильность расположения сит в наборе (наверху более крупные по размеру) и высыпают на сито из тщательно перемешанной пробы 100 г. почвы, закрывают крышкой и 10 мин. быстро встряхивают круговыми движениями с наклоном в разные стороны.

3. Из каждого сита высыпают на бумагу оставшиеся в нем частицы и взвешивают их.

4. Полученные цифры заносят в таблицу, причем сумма должна состав­лять не менее 99,5 г. почвы. Поскольку образец весил 100 г., то количество частиц каждой фракции, полученное в граммах, представляет собой такое же количество в процентах. I

Таблица 2

Фракции частиц в мм	Содержание в %
>10
10-7
7-5
5-3
3-1
1-0,5
0,5-0,25
<0,25

Данные из таблицы наносят на график. На абциссе откладывают величины частиц в мм, а по ординате - юс содержание в % от веса навески. Полученные на графике точки соединяют в кривую. Конфигурация кривой графика характеризует механический состав данной почвы (рис, 1)

Рисунок 1

Рисунок 2

ЗАДАНИЕ № 3

ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПО МЕТОДУ РУДКОВСКОГО (седиментационный анализ почвы)

Применение этого метода позволяет выделить глинистую, пылеватую и песчаную фракции без подсушивания исходного материала и без последующего взвешивания фракций. Это очень упрощает проведе­ние анализа, хотя и понижает его точность до ± 5%.

Метод основывается на способности глинистых частиц почвы и грунтов набухать в воде, причем содержание глинистых частиц в анализируемом грунте может быть определено по эмпирической формуле:

Х = 22,7 × К,

где Х - содержание глинистых частиц,

К - прирост объема на 1 см³ первоначально взятого объема грунта.

Для облегчения расчетов составлена таблица содержания глинистых частиц в зависимости от прироста объема при набухании почв и грунтов.

ПОРЯДОК РАБОТЫ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ПЕСЧАНОЙ ФРАКЦИИ (частиц крупнее 0,05 мм) .

1. 30-тиграммовую навеску исследуемой почвы в воздушно-сухом состоянии - осторожно растирают в фарфоровой чашке пестиком с резиновой пробкой и просеивают через сито 0,5 мм до полного освобождения песчаных зерен, факцию частил крупнее 0,5 мм взвешивают и результат записывают.

2. Просеянную массу высыпают в мерный цилиндр емкостью 100 см³ для уплотнения массы дном цилиндра осторожно постукивают о мягкую подкладку (листовую резину и т.п.) или о ладонь. Объем уплотненной массы должен составить 10 см³ .

3. В цилиндр доливают 50 см³ воды и деревянной или стеклянной круглой палочкой с резиновым наконечником материал растирают до тех пор, пока на стенках цилиндра не перестанут образовываться мазки глины.

4. Затем воду доливают до 100 см³, содержимое размешивают палоч­кой и отстаивают 90 сек., после чего 70 - 75 см³ суспензии сливают, В цилиндр снова доливают воды до 100 см³, и опера­цию повторяют до тех пор, пока жидкость не станет совсем прозрачной.

5.Суспензию сливают до отмотки «15 см³», содержимое взмучивают, доливают воды до 30 см³ и смесь сливают через 30 сек. Отмучивание производят до полного осветления жидкости, после чего воду доливают до 100 см^3, содержимое отстаивают и определяют объем песка, осевшего на дно цилиндра.

Если нижняя часть цилиндра лишена делений., то объем замеряют при помощи полоски миллиметровой бумаги или линейки.

6. При определении процентного содержания песка учитывают, что каждый кубический сантиметр песка соответствует 10 % исходной массы грунта.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ГЛИНИСТОЙ ФРАКЦИИ ( частицы менее 0,005 мм)

7. Просеянный вначале через сито с диаметром отверстий 0,5 мм материал пробы вносят в цилиндр. Объем почвенной массы после уплотнения должен быть равным 5 см³

8. В цилиндр доливают воды до 50 см³ и анализируемый материал растирают палочкой.

9. К полученной суспензии добавляют 3 см³ раствора хлористого кальция (в качестве коагулятора). Раствор хлористого кальция содержит 5,5 г CaCl₂ на 100 см³ воды. Суспензию размешивают и добавляют воды до 100 см³, после чего цилиндр ставят на отстаивание.

10. Спустя 24 часа замеряют объем набухшей массы и определяют прирост объема на 1 см³ первоначального объема по формуле:

К_v=(Y₁-Y₀)/Y₀

где, К_v - прирост объема на 1 см³ ,

Y₀ - начальный объем анализированного материала,

Y₁ - объем набухшей массы через 24 часа.

11. По таблице 3 определяют содержание частиц менее 0,005 мм.

ВЫЧИСЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ПЫЛЕВАТОЙ ФРАКЦИИ (0,05 – 0,005 мм)

Содержание пылеватой фракции определяют как разность от вычитания из 100 % суммы глинистых и песчаных частиц.

ПРИМЕР АНАЛИЗА ПО МЕТОДУ РУТКОВСКОГО

1. Исходная навеска 30 г.

2. В результате растирания и просеивания через сито с диаметром отверстий 0,5 мм выделяют фракцию частиц более 0,5 мм, массой

0,90 г., что составляет 3,0 % от массы исходной навески.

3. Фракцию частиц мельче 0,5 мм насыпают в цилиндр в количестве

10 см³ и отмучивают вышеописанным способом. В цилиндре остается 3,5 см³, что составляет:

10 см³— (100% - 3%)

3,5 см³— х,

Х= 97×3,5/10=33,95

4. В результате набухания пробы после 24-часового отстаивания первоначальный объем 5 см³ увеличивается до 7,2 см³. Следователь­но, прирост на единицу объема равен:

К = (7,2-5)/5=0,44

что по таблице № 3 соответствует 9,96 % содержания частиц менее 0,005 мм. Составляется пропорция из табл.3

0,4 — 9,06%

0,44 — Х%

Х=0,44×9,06/0,4=9,96%

5. Фракция частиц 0,05 - 0,005 мм определяется по разности:

100-(3+33,95+9,96)=53,09%

Полученные данные записывают по определенной форме (табл. 2)

По данным таблицы строится кривая гранулометрического состава (рис. 2).

На основании данных анализа исследуемый образец по гранулометрическому составу можно отнести к определенной категории почв.

Для определения вида почвы по данным гранулометрического анализа можно пользоваться номограммой (рис 3). С этой целью на кривой "содержание частиц < 0,005 мм" находят точку, отвечающую содержанию этой фракции в анализе. Так определяют принадлежность грунта к группе глины, суглинка, супеси или песка. (Случай нашего анализа помечен на кривой точкой. По положению точки мы видим, что нашу почву следует относить к легким суглинкам.)

Дальнейшую характеристику образца определяют по величине содержания пылеватых частиц (0,05-0,005 мм). Если в образце содержится пылеватых частиц меньше, чем песчанах, он относится к "чистым" (обычным) видам гранулометрических классов, названия которых написаны внизу номограммы (например, тяжелый суглинок). В случае преобладания пылеватых частиц образец должен быть отнесен к пылеватым видам (например, пылеватый тяжелый суглинок). Содержание пылеватых частиц в процентах определяют по ординате точки содержания глинистой фракции от нулевой линии вверх, согласно шкале содержания частиц в процентах. Если это содержание выше пунктирной линии, намечающей предельное содержание пылеватых частиц в "чистых" типах почвогрунтов, образец относится к пылеватым. Примеру с нашим образцом отвечает точка, намеченная маленьким кружком. Поскольку эта точка располагается выше предельной линии фракции пыли, наш образец относится к пылеватым легким суглинкам.

Таблица 3

СОДЕРЖАНИЕ ГЛИНИСТЫХ ЧАСТИЦ (0,005 ММ) В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРИРОСТА ОБЪЕМА ПРИ НАБУХАНИИ ПОЧВ И ГРУНТОВ

Прирост обема на 1 см3	Содержание глинистых частиц, в %	Прирост обема на 1 см3	Содержание глинистых частиц, в %
4,00	90,70	2,05	46,48
3,95	89,55	2,00	45,34
3,90	88,42	1,95	44,20
3,85	87,29	1,90	43,07
3,80	86,16	1,85	41,94
3,75	85,03	1,80	40,80
3,70	83,83	1,75	39,68
3,65	82,75	1,70	38,53
3,60	81,62	1,65	37,39
3,55	80,49	1,60	36,26
3,50	79,36	1,55	35,13
3,45	78,23	1,50	34,00
3,40	77,09	1,45	32,87
3,35	75,95	1,40	31,74
3,30	74,81	1,35	30,61
3,25	73,67	1,30	29,48
3,20	72,54	1,25	28,34
3,15	71,40	1,20	27,70
3,10	70,27	1,15	26,07
3,05	69,14	1,10	24,93
3,00	68,01	1,05	23,80
2,95	66,88	1,00	22,67
2,90	65,75	0,95	21,52
2,85	64,62	0,90	20,41
2,80	63,49	0,85	19,26
2,75	62,35	0,80	18,13
2,70	61,21	0,75	17,00
2,65	60,07	0,70	15,86
2,60	58,94	0,65	14,73
2,55	57,81	0,60	13,60
2,50	56,68	0,55	12,46
2,45	55,54	0,50	11,32
2,40	54,41	0,45	10,19
2,35	53,28	0,40	9,06
2,30	52,14	0,35	7,93
2,25	51,07	0,30	6,79
2,20	49,88	0,25	5,66
2,15	48,74	0,20	4,53
2,10	47,61	0,15	3,40

Рисунок 3

ЗАДАНИЕ 4 Дать название почве используя готовые данные о процентном соотношении фракций этой почвы записанные на карточках, а также таблицу классификация механичес­ких элементов почвы (табл.1) и таблицу классификации почв и пород по механическому составу Н.А.Качинского (табл.4).

Таблица 4

Содержание физической глины в лесной почве в %	Основное название почвы
0-5	песок рыхлый
5-10	песок связный
10-20	супесь
20-30	суглинок легкий
30-40	суглинок средний
40-50	суглинок тяжелый
50-65	глина легкая
65-80	глина средняя
>80	глина тяжелая

На основании количественных показателей приведенных в табл. 4, дается основное название механического состава почвы или породы. Например, соотношение физического песка и физической глины в образце 55% и 45%, по этому соотношению образец относится к тяжелому суглинку. Для дополнительной характеристики механического состава учитывается соотношение между фракциями песка, пыли, ила, размеры

которых приводятся в таблице 1. В дополнительное название вводятся преобладающие фракции. Среди остальных фракций преобладают: мелкий песок - 27 % и крупная пыль – 25%.

Полное название механического образца, взятого в качестве примера: тяжёлый крупно-пылевато-мелкопесчанистый суглинок.

Дайте название образцу почвы, используя данные в процентном соотношении фракций этой почвы, записанные на карточке.

Название фракций	Размеры частиц, мм	Содержание фракций, %	Содержание физического песка и физической глины, %
Физический песок	1-0,25	3	55
	0,25-0,05	27
	0,05-0,01	25
физическая глина	0,01-0,005	15	45
	0,005-0,001	20
	0,001	10