Гранулометрическим составом почвы и его описанием

Обновлено: 05.10.2024

Твердая фаза минеральных почв и почвообразующих пород состоит из элементарных частиц различного размера, которые называют механическими элементами. Под элементарной почвенной частицей, или гранулой, понимают обособленную минеральную, органо-минеральную или органическую частицу кристаллического или аморфного строения, все молекулы которой находятся в химической взаимосвязи. По происхождению механические элементы бывают минеральные, органические и органо-минеральные. Они представляют собой обломки горных пород, отдельные первичные и вторичные минералы, гумусовые вещества и продукты их взаимодействия с минеральными компонентами почвы.

В почве механические элементы находятся в раздельно-частичном состоянии в виде совокупности индивидуальных зерен или гранул, как в песках и супесях. В суглинках и глинах под действием различных факторов механические элементы соединены в агрегаты. Чтобы перевести их в раздельно-частичное состояние, агрегаты разрушают механическим или химическим путем.

Количественное определение содержания в почве элементарных частиц — главная задача механического или гранулометрического анализа. Результаты механического анализа используют для установления гранулометрического состава почвы - важной генетической и агрономической характеристики. При генетической классификации почв их разновидности определяют по гранулометрическому составу верхних почвенных горизонтов и почвообразующих пород. От гранулометрического состава в значительной степени зависят уровень почвенного плодородия и особенности использования почв.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА

Механические элементы, близкие по размерам, объединяют во фракции. В России наиболее широко распространена классификация механических элементов, разработанная А. Н. Сабаниным и В. Р. Вильямсом и уточненная Н. А. Качинским.

Камни – более 3 мм, гравий – 3-1 мм, песок -1-0,05 мм (крупный 1-0,5; средний 0,5-0,25; мелкий 0,25-0,05), пыль – 0,05-0,001 мм (крупная 0,05-0,01; средняя 0,01-0,005; мелкая 0,005-0,001), ил 0,001-0,0001 (грубый 0,001-0,0005; тонкий 0,0005-0,0001), коллоиды – менее 0,0001 мм.

Частицы размером более 1 мм называют почвенным скелетом, менее 1 мм -мелкоземом.

Отдельные фракции механических элементов заметно различаются по химическому и минералогическому составу, физико-химическим и водно-физическим свойствам.

Общая закономерность заключается в том, что по мере уменьшения размера фракций в них снижается содержание кварца, увеличивается количество слюд и вторичных минералов. Чем меньше размер механических элементов, тем ниже в них содержание кремния как основного элемента кристаллической решетки первичных минералов. Наоборот, содержание алюминия, железа, кальция, магния существенно возрастает при переходе от песчаных фракций к илистой. Содержание гумуса и емкость катионного обмена также возрастают с уменьшением размера механических элементов.

Каждая из фракций имеет свои характерные особенности. В случае доминирования какой-либо фракции в гранулометрическом составе она будет отражать определенные состав и свойства.

Камни представляют собой обломки горных пород. Наличие камней в почве затрудняет ее эффективное использование, поскольку мешает работе сельскохозяйственных машин и орудий, ухудшает заделку семян и развитие растений. Каменистость почв оценивают в зависимости от содержания каменистого материала. Менее 0,5% камней – не каменистая; 0,5-5% - слабокаменистая; 5-10% средне-; более 10% - сильнокаменистая.

При содержании каменистого материала менее 0,5 % он не мешает обработке почвы. Если почва слабокаменистая, при условии, что каменистый материал представлен мелким щебнем или галькой, ее обработка не отличается от обработки некаменистой почвы. Однако при этом происходит ускоренный износ рабочих органов обрабатывающих орудий.

При средней каменистости почвы необходимо вычесывать крупный каменистый материал. Однако мелкие камни, остающиеся после вычесывания, способствуют быстрому износу орудий, обрабатывающих почву. Для успешного возделывания полевых культур на сильнокаменистых почвах следует проводить сложные мелиоративные работы по выбору и удалению каменистого материала с полей. Без проведения специальных мелиоративных работ сильнокаменистые почвы можно использовать для возделывания плодово-ягодных культур.

Валунный тип каменистости чаще всего встречается в северо-западных районах Нечерноземной зоны. Щебенчатые почвы широко представлены в горных и предгорных районах.

Гравий состоит из обломков первичных минералов. При высоком содержании гравия в почвах можно проводить ее обработку, но при этом почвы имеют малоблагоприятные свойства - провальную водопроницаемость, отсутствие водоподъемной способности, низкую влагоёмкость, что отрицательно влияет на рост и развитие сельскохозяйственных культур.

Песчаная фракция состоит из первичных минералов, прежде всего кварца и полевых шпатов. Эта фракция отличается высокой водопроницаемостью, некоторой капиллярностью и влагоёмкостью, не набухает, не пластична. Характеризуется крайне низкой поглотительной способностью. Для возделывания полевых культур пригодны пески с влагоёмкостью не менее 10%,для произрастания лесных культур - не менее З. 5 %.

Фракция крупной пыли по минералогическому составу приближается к песчаной, имеет невысокую поглотительную способность и влагоёмкость, не пластична, слабо набухает, отличается низкой величиной удельной поверхности 1. 2 м 2 /г.

Фракция средней пыли характеризуется низкой удельной поверхностью —2. 10 м 2 /г, не способна к коагуляции, но удерживает влагу и набухает. Вследствие повышенного содержания слюд отличается связностью и пластичностью, имеет плохую водопроницаемость.

Почвы, обогащенные крупной и средней пылью, легко распыляются, склонны к заплыванию и уплотнению, отличаются слабой водопроницаемостью и отсутствием структурообразующего эффекта.

Фракция мелкой пыли состоит не только из первичных, но и вторичных минералов. В связи с этим фракция мелкой пыли имеет свойства, не присущие более крупным фракциям. Она способна к коагуляции и структурообразованию, обладает поглотительной способностью, содержит гумусовые вещества в повышенных количествах. Ее удельная поверхность превышает 50 м 2 /г. Однако высокое содержание мелкой пыли в почвах в свободном, не агрегированном состоянии придает им неблагоприятные свойства: плотное сложение, плохую водопроницаемость, чрезмерное набухание и усадку, липкость, трещиноватость, а также избыточное количество влаги, недоступной для растений.

Ил состоит преимущественно из высокодисперсных вторичных минералов. Из первичных минералов встречаются кварц, ортоклаз, мусковит. Илистая фракция имеет большое значение в создании почвенного плодородия. Благодаря высокой удельной поверхности, достигающей 200. 250 м 2 /г, она играет главную роль в физико-химических процессах, протекающих в почве. Ил отличается высокой поглотительной способностью, содержит много гумуса, элементов зольного и азотного питания растений. Особо важная роль в структурообразовании и формировании почвенного поглощающего комплекса (ПИК) принадлежит коллоидной части этой фракции.

Водно-физические и физико-механические свойства почв, обогащенных илистой фракцией, в значительной мере определяются ее способностью к коагуляции и склеиванию механических элементов в агрегаты. Эта способность зависит от минералогического и химического состава почвы, обогащённости ее гумусом, соединениями кальция и железа, а также от состава поглощенных катионов. Необратимая коагуляция илистой фракции способствует структурообразованию. Структурная почва даже при высоком содержании ила характеризуется благоприятными физическими свойствами.

В некоторых случаях высокое содержание ила негативно влияет на свойства почв. При развитии восстановительных процессов в результате переувлажнения, высоком содержании в ППК обменных ионов натрия или водорода, большом количестве минералов группы монтмориллонита в малогумусных почвах значительная часть ила находится в свободном состоянии и легко пептизируется водой. Почвы, содержащие много водопептизируемого ила, при увлажнении заплывают, содержат мало воздухоносных пор, характеризуются повышенной плотностью, набухаемостью и липкостью, низкой водопроницаемостью, склонны к коркообразованию.

Таким образом, с уменьшением размера почвенных частиц изменяются их свойства. Особенно контрастные различия между фракциями механических элементов видны при сопоставлении их водно-физических и физико-механических свойств.

Крупные фракции не пластичны, не набухают, не способны к обменному поглощению катионов и не содержат гумуса. Они не могут образовывать капилляры и поглощать влагу, но отличаются высокой водопроницаемостью. С уменьшением размера фракций их свойства меняются на прямо противоположные. При этом довольно резкие изменения свойств происходят у фракций размером 0,01 мм. С учетом этого все фракции механических элементов по предложению Н.М. Сибирцева разделяют на две большие группы: физический песок и физическую глину.

К физическому песку относят все механические элементы мелкозема, размер которых больше 0,01 мм, т. е. песок крупный, средний, мелкий и крупную пыль. Группу физической глины составляют частицы, размер которых меньше 0,01 мм, - пыль средняя, мелкая, ил и коллоиды.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЧВ ПО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОМУ СОСТАВУ

Относительное содержание в почве фракций механических элементов называется гранулометрическим составом. Его определяют с помощью механического анализа, результаты которого выражают в процентах от массы абсолютно сухой почвы.

Классификация почв по гранулометрическому составу основана на соотношении физического песка и физической глины. Ее основы разработал Н. М. Сибирцев и в последующем существенно откорректировал Н. А. Качинский. Классификация Н. А. Качинского построена с поправкой на генезис почв с учетом того, что одно и то же содержание физической глины по-разному сказывается на свойствах подзолистых, степных и солонцовых почв, для которых имеются различные шкалы.

Классификация существует уже длительное время и была разработана исходя из того, что свойства почв в основном зависят от гранулометрического состава.

Гранулометрический состав, за редким исключением, почвы наследуют от почвообразующей породы. При широком варьировании гранулометрического состава почвообразующих пород на них формируются и различные по гранулометрическому составу почвы даже в пределах одного типа.

Для почв, развитых на песчаных почвообразующих породах, характерно очень низкое содержание пылеватых и илистых частиц и преобладание песчаных фракций. В почвах, сформированных на суглинистых моренных отложениях, наряду с песчаными частицами заметную роль играют фракции пыли и ила. Характерные особенности гранулометрического состава почв, образовавшихся на лёссах, лёссовидных и покровных суглинках, - высокое содержание фракции крупной пыли, а также отсутствие или очень незначительное количество песчаных частиц.
Гранулометрический состав почв, сформированных на одинаковых почвообразующих породах, также может различаться, и в некоторых случаях довольно существенно, что связано со спецификой почвообразования. Развитие солонцового процесса, оподзоливания, лессиважа, осолодения, оглинивания сопровождается отчётливым перераспределением механических элементов, в результате чего в почвенном профиле формируются горизонты, относительно обедненные или обогащенные тонкодисперсными частицами.
Возможны следующие варианты изменения гранулометрического состава по профилю почв:

• верхняя часть профиля наиболее обогащена илистыми и мелкопылеватьтми Частицами. В нижележащих горизонтах по мере приближения к цочнообразующей породе содержание тонкодис Персных частиц уменьшается а крупнопьглеватых и песчаных постепенно увеличивается, количество грубообломочного материала также возрастает. Содержание илистыхчастиц и физической глины в почве всегда выше, чем в почвообразующей породе. Такое распределение механических элементов Типично для бурых лесных и дерново-карбонатных почв, формирующихся на элювии плотных осадочных или изверженных пород, и связано с процессом оглинивания, наиболее интенсивно протекающим в верхней биохимически активной части почвенного профиля;

• содержание фракций механических элементов практически не изменяется в пределах почвенного профиля; оно такое же, как и в почвообразующей породе. Такая картина наблюдается в почвах, где не происходит существенной трансформации минеральной части под влиянием процесса почвообразования, типичных и обыкновенных черноземах, темнокаштановых почвах и др.;

• верхние горизонты почвы обеднены илистой фракцией, максимальное содержание этой фракции в средней части почвенного профиля, где формируются иллювиальные или метаморфические горизонты. Содержание ила в почвообразующей породе чаще всего выше, чем в верхней части профиля почвы.

Формирование горизонтов, обогащенных илистой фракцией, возможно двумя путями. В одном случае это связано с более интенсивным выветриванием первичных и образованием вторичных глинистых минералов в средней части почвенного профиля (процесс оглинивания) без поступления тонкодисперсных частиц из верхних горизонтов. Так образуются метаморфические горизонты, в частности в коричневых почвах, В другом случае дифференциация почв по гранулометрическому составу связана с развитием определенных почненных процессов. Под их воздействием происходит вынос ила и коллоидов из верхних элювиальных горизонтов и аккумуляция их в средней части профиля с образованием иллювиальных горизонтов. При этом верхние горизонты почвы относительно обогащаются крупнопылеватыми и песчаными частицами. Таким образом, в результате оподзоливания и лессиважа формируются иллювиальные горизонты в подзолистых, дерново-подзолистых и серых лесных почвах, оподзоленных черноземах; в результате солонцового процесса - в солонцах и солонцеватых почвах; в результате осолодения - в солодях.

Дифференциация почв по гранулометрическому составу может быть обусловлена не процессами выветривания и почвообразования, а исходной неоднородностью почвообразующей породы. Например, на севере таежно-лесной зоны значительные площади занимают почвообразующие породы, представляющие собой морену, перекрытую маломощными песчаными или супесчаными наносами. Подзолистые почвы, формирующиеся на них, имеют резко дифференцированный профиль. Песчаный или супесчаный гранулометрический состав верхних горизонтов на определенной глубине резко изменяется на суглинистый или глинистый.

Гранулометрическим составом почв и пород называется относительное содержание в почве механических элементов или фракций.

Механические элементы почвы (элементарные почвенные частицы) — это обособленные осколки горных пород, минералов, кристаллов, а также аморфных соединений, все элементы которых находятся в химической взаимосвязи. Частицы, близкие по размерам, объединяют во фракции. Различают следующие типы механических элементов: минеральные, органические и органоминеральные.

Сумму всех механических элементов почвы размером меньше 0,01 мм называют физической глиной, а больше 0,01 мм – физическим песком, кроме того, выделяют мелкозем, в который входят частицы менее 1 мм, и почвенный скелет – частицы больше 1 мм (Классификация механических элементов по размеру).

Классификация механических элементов (элементарных почвенных частиц, ЭПЧ) по Н.А. Качинскому

Наименование ЭПЧ		Диаметр ЭПЧ, мм	Группы ЭПЧ
Камни		>3	Крупнозём (скелет почвы, хрящ)
Гравий		3—1	Крупнозём (скелет почвы, хрящ)
Песок	крупный	1—0,5	Физический песок >0,01 мм	Мелкозем
	средний	0,5—0,25
	мелкий	0,25—0,05
Пыль	крупная	0,05—0,01
	средняя	0,01—0,005	Физическая глина Классификация почв и пород по гранулометрическому составу (по Н.А. Качинскому)
	Краткое название по гранулометрическому составу	Содержание физической глины ( 80			>85	>65

По этой классификации основное наименование по гранулометрическому составу производится по содержанию физического песка и физической глины и дополнительное – с учетом других преобладающих фракций. Например, дерново-подзолистая почва содержит (в процентах): физической глины 28,1, песка 37,0, крупной пыли 34,9, средней и мелкой пыли 16, ила 12,1. Основное наименование гранулометрического состава этой почвы – легкосуглинистая, дополнительное – крупнопылевато-песчаная. Дополнительное, уточняющее, название, как видим из примера, дается по двум преобладающим фракциям, из которых главной по величине является та, что стоит в определении на последнем месте.

Классификация составлена с учетом генетической природы почв, способности их глинистой фракции к агрегированию, что зависит от содержания гумуса, состава обменных катионов, минералогического состава. Чем выше эта способность, тем слабее проявляются глинистые свойства при равном содержании физической глины. Поэтому степные почвы, красноземы и желтоземы, как более структурные, переходят в категорию более тяжелых почв при большем содержании физической глины, чем солонцы и почвы подзолистого типа.

Гранулометрический состав грунта – это определенное содержание по весу разнофракционных частиц, выражающееся в их процентном отношении к массе сухих проб, взятых для анализа.

Отборы конкретных образцов осуществляют согласно требований ГОСТа 12071-2000, где микроагрегатный состав определяется по весовому содержанию твердых водостойких составляющих частиц.

Методы анализа гранулометрического состава изложены в межгосударственном стандарте — ГОСТе 12536-79.

Цели исследования

Актуальность определения гранулометрического состава грунта обуславливается широким спектром работ, для выполнения которых необходимы сведения о водорастворяемых частицах.

Такой анализ проводится для решения следующих вопросов:

определения классификации грунтов на определенной территории;
оценки пригодности грунтового состава для применения в качестве насыпных сооружений для земляных плотин, дамб и дорог;
расчета обратных фильтров;
вычисления степени водопроницаемости несвязанных и рыхлых смесей;
выбора наиболее подходящих отверстий для установки фильтров скважин бурового типа;
оценки грунтов для возможности их использования как наполнителя при изготовлении цементно-бетонных смесей и стройматериалов;
вычисления потенциально возможного проседания почвы в фильтрующих плотинах, выемках и котлованах.

Гранулометрический анализ позволяет вычислить важнейшие характеристики грунта: степень усадки, пористость, сопротивление сдвигу, пластичность, сжимаемость и капиллярность.

Виды обломочных несцементированных грунтов

Исходя из неоднородного состава, существует определенная классификация, позволяющая соотносить исследуемые образцы к одной из категорий.

Выделяют такие виды обломочных несцементированных грунтов:

песчаные;
суглинки;
супеси;
крупнообломочные;
глиняные.

В основе данной классификации лежит принцип фракционного размера обломков, от чего напрямую зависят свойства, в том числе степени водопоглощения и водорастворения.

Крупнообломочные

Это несвязные крупнодисперсные фракции, сформированные в результате воздействия водных потоков и ледников на скальные породы.

В их составе свыше 50% частиц, диаметр которых превышает 2 мм.

Подразделяются на два вида: с высоким содержанием песчаных (свыше 40%) и глинистых (свыше 30%) частиц.

Они могут быть достаточно однородными, однако все они характеризуются степенью водонасыщения, текучестью и уровнем влажности.

Такие грунты образуются в результате сильного выветривания горных пород.

Щебенистые

Разновидность галечниковых грунтов плотностью от 1,2 до 3 г/см3, представляющие собой раздробленную в результате естественных причин скальную породу.

Частицы в виде щебеночных обломков, имеют размеры от 10 до 200 мм, причем разной формы (игловатая, пластинчатая). Данные грунты в сухом состоянии обладают крайне низкой способностью связываться между собой.

Грунт характеризуется низкой способностью к сжатию, давая эффективную основу для фундамента строений.

Дресвяные/гравийные

Дресвяные и гравийные грунты – это обломочная категория грунтовых составов, имеющая частицы окатанного типа, размером от 3 до 70 мм. Чаще всего такие грунты располагаются в поймах рек, рядом с озерами, прудами и морями.

В сухом состоянии они обладают очень маленьким процентом связности.

Различный минералогический состав частиц, составляющих такие грунты, придает ему определенную скелетность, неплохую прочность и устойчивость.

Песчаные

Песчаные грунты – это смесевые частицы разрушенных твердых (горных) пород, включающих в себя зерна кварца и ряда других минералов.

В зависимости от особенностей входящих в состав такого грунта элементов он может иметь высокую, среднюю или низкую плотность. По характеристикам он относится к несвязному минеральному типу, размеры частиц которого составляют от 0,05 до 2 мм в объеме, не больше 50%.

Крупный и гравелистый песок

Песок гравелистого типа состоит из песчинок, размерами от 0,28 мм до 5-6 мм и обладает хорошей несущей способностью за счет плотности 5,5-6,5 кг/см2.

Достаточно схожими свойствами обладает крупный песок, где размеры песчинок составляют от 0,30 до 2 мм.

В состав обоих типов песка входят такие минералы, как полевой шпат (8%), кварц (70%), кальцит (3%) и прочие (11%).

Примечательно, что свойство грунта в плане хорошей несущей способности не зависит от объема влаги, присутствующей в составе гравелистого и крупного песка.

Средний и мелкий песок

Мелкий песок состоит из песчинок, размерами от 1,5 до 2,0, а средний – от 2,0 до 3,0 мм. Такие песчаные составы имеют в среднем плотность порядка 3-5 кг/см2, которая дает им высокую несущую способность.

В отличие от крупного и среднего, мелкий песок при насыщении влагой теряет свои прочностные свойства, которые уменьшаются в 2 раза.

Пылеватые частицы

По своему минеральному составу пылеватые частицы – это практически чистый кварц, реже — полевые шпаты с примесью других минералов. Размеры таких составов от 0,050 до 0,001 мм.

В сухом состоянии они обладают крайне слабой связанностью, имеют низкий уровень пластичности. Хороший капиллярный состав позволяет поднимать воду на высоту до 2,5-3 м.

Водопроницаемость таких грунтов крайне низкая. Пылеватые частицы при соприкосновении с влагой способны принимать состояние плывунов.

Суглинок и глинистые частицы

Суглинок – рыхлая порода осадочного типа, содержащая в среднем от 10 до 30% глинистых веществ, размером менее 0,005 мм. В таком грунте может присутствовать супесь – песчаные частицы с содержанием глинистых примесей в объеме до 10%, которые по своим характеристикам очень схожи с песчаными грунтами.

В песчаных суглинках содержится в основном кварц с воднорастворимыми солями, а в глинистых – минералы монтмориллонит, иллит и каолинит.

Методы определения состава грунтовой смеси

Для определения состава используется принцип расчленения грунтовой смеси на определенные группы, схожие по своему составу и специально отобранные для пробы. Размеры частиц определяется в миллиметрах, а вес – в граммах.

Существуют различные методики определения такого состава, главными из которых являются ситовой, ареометрический, пипеточный и отмучивание.

Ситовой

В его основе – использование набора сит с отверстиями, размерами 0,25; 0,1; 1; 0,5; 5; 2; 10 мм, а также специальной машины для просеивания с поддоном.

Благодаря такому просеиванию удается определить и визуально увидеть состав грунта, а также процентное соотношение имеющихся в нем минералов и компонентов.

Для получения объективного анализа следует внимательно отнестись к вычислению массы средней пробы грунта, которая должна иметь следующие значения:

При частицах, размерами до 2 мм — 100 г.
При частицах, размерами выше 2 мм (до 10% от общего веса) – 500 г.
При частицах, размерами выше 2 мм (10-30% от общего веса) – 1000 г.
При частицах, размерами выше 2 мм (свыше 30% от общего веса) – 2000 г.

Для будущего анализа среднюю пробу определяют методом квартования (разделения взятых проб).

Ареометрический

Основан на учете изменения плотности суспензии, которая замеряется по мере отстаивания с помощью специального прибора – ареометра.

Предварительно отбирается проба, где используется метод квартования, при котором смесь проходит дополнительно через сито, с диаметром отверстий до 1 мм.

Масса средней пробы составляет:

После определения процентного содержания смесей грунта при помощи ареометра, вычисляют содержание каждой отдельной фракции. Здесь используют метод последовательного вычитания меньшей величины из большей. Пробу отбирают с учетом природной влажности.

Метод отмучивания

Суть методики заключается в определении содержания пылеобразных и глинистых частиц по изменению масса песка после предварительного отмучивания частиц. Для выполнения испытания используется сушильный шкаф, цилиндрическое ведро или сосуд и секундомер.

В ходе проведения испытания просеянный и высушенный до постоянной массы песок (1000 г) помещают в ведро и заливают водой, после чего выдерживают так 2 часа.

Цилиндрическое ведро

Параллельно из воды удаляются все посторонние частицы и глинистые примеси. Промывку производят несколько раз. После того, как вода в ходе промывки станет чистой, можно приступать к сливу суспензии через нижнее отверстие в сосуде.

Далее остается только вычислить содержание в песке отмучиваемых глинистых частиц по формуле:

m – вес высушенной навески до процесса отмучивания
m1 — вес высушенной навески после процесса отмучивания

Пипеточный

При таком способе содержание глинистых и пылеобразных частиц определяется путем выпаривания суспензии (получаемой при промывке песка и взвешивании сухого остатка), отобранной с помощью пипетки.

Метод заключается в перемешивании песка, залитого водой в специальном сосуде, а также ополаскиванием путем переливания суспензии во второе ведро.

Металлический цилиндр с пипеткой мерного типа

Спустя 1,5-2 минуты, когда осадок ляжет на дно. С помощью мерной пипетки берут пробу и выливают все содержимое на предварительно взвешенный стакан. Полученную суспензию выпаривают в специальном сушильном шкафу.

Результат обрабатывается по формуле:

m — масса навески песка, г;
m 1- вес чашки для выпаривания жидкости, г;
m 2- вес чашки с уже выпаренным порошком, г.

Расчет степени неоднородности гранулометрического состава песчаного грунта

С целью определения пригодности песчаного грунта для выполнения тех или иных работ часто требуется просчет степени неоднородности его гранулометрического состава.

Для этого существует специальная формула:

d60 – диаметр частиц, которых в данной смеси содержится меньше 60% по массе;
d10 – диаметр частиц, которых в данной смеси содержится меньше 10% по массе

Смотрите интересный видеоматериал, в котором наглядно показан один из методов определения гранулометрического состава грунта.

Заключение

Чтобы получить объективные данные относительно гранулометрического состава исследуемого грунта используют разные методы расчета. Это позволяет исключить вероятность ошибок при получении результатов, добившись максимальной точности в плане выявления процентного соотношения сухого остатка, плотности и размера внутренних фракций.

Твердая фаза почвы состоит из частиц различных размеров, которые называются механическими элементами или гранулами. Относительное содержание в почве или грунте механических элементов называется механическим или гранулометрическим составом, а количественное определение их гранулометрическим или механическим анализом.

Проведение гранулометрического анализа очень важно при определении физико-механических свойств почв/грунтов, таких как порозность, влагоемкость, водопроницаемость, плотность, пластичность, липкость, набухание и др., то есть тех свойств, которые напрямую влияют на плодородие почв или знание которых необходимо при проведении строительных работ.

Механические элементы в зависимости от размера подразделяют на фракции: больше 3мм-камни, 3-1мм — гравий, песок 1-0,05мм (крупный, средний, мелкий), пыль – 0,05-0,001 (крупная, средняя, мелкая), ил – 0,001-0,0001 (грубый, тонкий) и коллоиды меньше 0,0001. Сумму всех механических элементов почвы размером меньше 0,01мм называют физической глиной, а больше 0,01мм – физическим песком. Кроме того, выделяют мелкозем, в который входят частицы меньше 1мм, и почвенный скелет – частицы больше 1мм.

Соотношение физической глины и физического песка лежит в основе классификации почв по механическому составу. Все почвы и грунты по механическому составу объединяют в несколько групп с характерными для них физическими и химическими свойствами: песок, супесь, суглинок, глина. Каждая группа подразделяется на подгруппы в зависимости от крупности механических элементов и преобладающих фракций.

Методы гранулометрического анализа

Для точного установления гранулометрического состава применяют лабораторные методы, позволяющие находить количество всех групп механических элементов, слагающих почву или грунт.

При исследованиях гранулометрического состава почв/грунтов песчаного и крупнообломочного состава, реже в супесчаных, применяется ситовой метод (метод просеивания на ситах). Пробы грунта просеивают через набор сит с отверстиями разного диаметра: 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1. Каждую фракцию грунта, задержавшуюся на ситах, взвешивают и рассчитывают процентное содержание по отношению к общей массе грунта. При проведении гранулометрического анализа песков с размером частиц от 10 до 0,5 мм просеивание проводится без промывки, а от 10 до 0,1 мм с промывкой водой

Для исследования гранулометрического состава глинистых и суглинистых грунтов для частиц менее 0,1мм применяют ареометрический и пипеточный методы гранулометрического анализа. Эти методы основаны на зависимости, существующей между скоростями падения частиц и их размером. Если взмутить суспензию почвы/грунта и оставить ее в спокойном состоянии, то постепенно взмученные частицы осядут. Быстрее будут осаждаться более крупные по размеру и более тяжелые механические элементы, то есть плотность и механический состав суспензии будут изменяться с течением времени.

При ареометрическом методе производят измерения плотности отстаиваемой в цилиндре суспензии ареометром через определенные промежутки времени. Плотность, измеренная ареометром, зависит от содержания в суспензии взвешенных твердых частиц. Получив значения убывающей плотности через определенные промежутки времени, с помощью расчетных формул или по номограммам определяют процентное содержание частиц определенного размера.

Пипеточный метод предполагает отбор проб суспензии из цилиндра с определенных глубин через разные промежутки времени. Для производства анализа взмучивают грунтовую суспензию и оставляют ее в покое на определенное время, после чего специальной пипеткой с нужной глубины отбирают пробу суспензии. Такая проба содержит только те частицы, которые не успели осесть за указанное время отстаивания. При следующих пробах, взятых пипеткой через большие промежутки времени от начала отстаивания суспензии, получают более мелкие частицы. Определяя массу высушенных проб и зная размер отобранных частиц (вычисляемый по длительности отстаивания суспензии и глубине взятия проб), вычисляют процентное содержание этих частиц в образце почвы/грунта.

Читайте также: