Грунт крупнообломочный — Энциклопедия по машиностроению XXL

Основной площадке пристраиваемого земляного полотна под второй путь из глинистых грунтов, мелких или пылеватых песков придается поперечный уклон от существующего пути 0,04 для выемок и 0,02 для насыпей. В скальных и дренирующих грунтах (крупнообломочные, щебенистые, гравийные, пески крупные и средней крупности) основная площадка проектируется горизонтальной.  [c.79]

Грунты песчаные и крупнообломочные (средний размер частиц грунта 0,25… 30 мм) 0,37. .. 1,56 0,39 … 1,76 0,41. .. 2,1  [c.88]

Грунты, используемые в качестве оснований для фундаментов здании п сооружений, подразделяют на глинистые, песчаные, крупнообломочные и скальные.  [c.449]

Крупнообломочные (несцементированные) грунты содержат более 50% по весу обломков кристаллических или осадочных пород с размерами частиц более  [c. 449]

Крупнообломочные и песчаные грунты  [c.450]

Крупнообломочными называются несцементированные грунты, содержащие более 50% по весу обломков кристаллических или осадочных пород размерами более 2 мм.  [c.1008]

Песчаные и крупнообломочные грунты в зависимости от гранулометрического состава подразделяются на виды, указанные в табл. 3.  [c.1008]

Виды крупнообломочных и песчаных грунтом  [c.1008]

Расчетные сопротивления R оснований из крупнообломочных грунтов в кГ/см  [c.1010]

I- Скальные и крупнообломочные грунты, а также пески гравелистые и средней крупности  [c.1031]

Все грунты, годные для возведения земляного полотна, исключая указанные в графе б Грунты скальные, крупнообломочные II песчаные (кроме мелких и пылеватых)  [c.12]

При земляном полотне из скальных, крупнообломочных и песчаных грунтов (кроме мелких и пылеватых песков) щебень и сортированный гравий в балластную призму укладывают без подушки.  [c.175]

Основания под насыпи должны быть подготовлены в летнее время, а перед началом отсыпки тщательно очищены от снега и льда. Насыпи в зимнее время могут возводиться без ограничения из скальных, крупнообломочных грунтов и песков (не-пылеватых). Применение глинистых грунтов и пылеватых песков допускается при влажности их не выше оптимальной.  [c.85]

На участках наледей и в местах их возможного появления земляное полотно необходимо возводить, как правило, из дренирующих или крупнообломочных грунтов. При использовании глинистых грунтов для возведения земляного полотна сначала отсыпают насыпь не на всю высоту и ширину, а затем производят досыпку насыпи и засыпку откосов дренирующим (песчаным или крупнообломочным) грунтом, толщина слоя которого должна быть не менее 0,5 м.  [c.87]

Решетчатые катки, по сравнению с кулачковыми на 20—30% менее металлоемки. Вальцы этих катков выполняют из решетки, изготовленной методом плетения из круглой прутковой стали. Катки эффективны при уплотнении связных и несвязных грунтов, особенно таких, которые содержат твердые включения (крупнообломочные грунты, мерзлые комья и др.). Ввиду больших контактных давлений при работе катка происходит дробление как мерзлых комьев, так и других крупных включений, что способствует лучшей упаковке грунта, т. е. значительно повышает качество уплотнения.  [c.94]

Уплотнение грунтов трамбованием. Трамбование — универсальный метод уплотнения, пригодный для большинства грунтов. Трамбование применяют для уплотнения грунтов естественных оснований в стесненных местах. Этим способом можно уплотнять грунт слоями большой толщины, а также уплотнять грунты при влажности выше и ниже допустимых пределов. Трамбование можно использовать для уплотнения прочных комковатых грунтов, в том числе крупнообломочных и с включением мерзлых комьев. Однако трамбование — дорогой способ уплотнения.  [c.95]

К особым УСЛОВИЯМ можно отнести уплотнение грунтов в зимнее время, крупнообломочных, откосов насыпей, у искусственных сооружений, в стесненных условиях.  [c.95]

Около бровки насыпи высотой более 1 м из крупнообломочных и скальных грунтов уплотнение ведут машинами с выносным рабочим органом (трамбующая плита, подвешенная к стреле экскаватора-драглайна).  [c.96]

Степень уплотнения крупнообломочных грунтов считается достаточной, если осадка поверхности слоя грунта в результате уплотнения составляет 8—10% первоначальной толщины слоя, а для верхнего слоя 10—12%. СНиП Ш-40-78 допускают выполнять ускоренный контроль степени уплотнения круп-  [c.97]

Основания и покрытия из грунтов, укрепленных органическими вяжущими материалами, разрешается устраивать в сухую погоду при температуре воздуха не ниже + 10°С. Влажность крупнообломочных и песчаных грунтов перед введением органических вяжущих должна находиться в пределах 2—5% от массы сухого грунта, а глинистых грунтов в пределах 0,2—0,4 от значения влажности на границе текучести грунта.  [c.141]

Не реже 1 раза в смену необходимо проверять плотность и влажность верхней части земляного полотна, зерновой состав крупнообломочных и песчаных грунтов путем рассева средних проб на ситах. У глинистых грунтов определяют число пластичности. Проверяют засоление грунтов легкорастворимыми солями. Степень размельчения глинистых грунтов определяют путем рассева средних проб на ситах с отверстием 5 и 10 мм. Точность дозирования вяжущих и равномерность распределения их по грунту контролируют путем определения прочности при сжатии образцов из приготовленных смесей. При этом для смесей из грунта, укрепленного портландцементом, содержащих частицы размером не крупнее 5 мм, прочность на сжатие определяют ускоренным способом, а для смесей, содержащих частицы размером крупнее 5 мм, прочность на сжатие определяют на водонасыщенных образцах после 7 сут твердения их во влажных условиях.  [c.142]

При приготовлении смесей на дороге контролируют толщину слоя грунта, подлежащего обработке, отсутствие расслоения эмульсии в процессе смешения. Однородность смеси для крупнообломочных и песчаных грунтов определяют визуально, для глинистых грунтов — по содержанию комков размером более 5 и 10 мм.  [c.143]

Расчет оснований под фундаменты колонн, как и под фундаменты любых зданий и сооружений, производят по деформациям оснований и несущей способности грунтов. Методика расчета приведена в СНиП 11-15—74. В зависимости от природы и свойств грунтов условные-расчетные давления на грунт в МН/м составляют для крупнообломочных грунтов 0,3…0,6, для песчаных грунтов 0,1…0,6, для просадочных грунтов (супесь и суглинок) 0,2…0,4, для слежавшихся насыпных грунтов 0,08…0,25.  [c.61]

Все грунты, за исключением скальных, крупнообломочных и песчаных  [c.25]

Скала, крупнообломочные и песчаные грунты (Кроме мелких и пылеватых песков)  [c.25]

На новых линиях I категории, проектируемых для движения пассажирских поездов со скоростью 121—160 км/ч, ширина земляного полотна должна быть 7,5 м в обыкновенных грунтах и 6,5 в скальных, крупнообломочных и песчаных грунтах.  [c.25]

В крупнообломочных грунтах (щебенистых, гравелистых и др. ) откосам придают крутизну от 1 1 до 1 1,5 в зависимости от их высоты, характера напластования и свойств грунтов.  [c.29]

Крупнообломочные грунты — гравийно-галечниковые, хрящевато-щебенистые породы (с валунами до 80 см и более) при содержании частиц от глыб до глинистых крупнее 10 мм, обычно более 50%. Физико-механические свойства их резко меняются в зависимости от гранулометрического состава и вида заполнителя. По сопротивляемости разработке они относятся к одним из наиболее тяжелых грунтов.  [c.257]

Степень годности грунтов для земляного полотна. Годные без ограничения скальные, предварительно разрыхленные, а также крупнообломочные и песчаные грунты (за исключением пылеватых песков и легких супесей), содержащие более 50% частиц крупнее 0,25 мм и не более 6% глинистых частиц диаметром 0,005 мм тяжелые и пылеватые супеси, содержащие не менее 50% частиц крупнее 0,25 мм суглинки в твердом и тугопластичном состоянии с коэффициентом консистенции не более -i-0,25 кислые и нейтрал -ные металлургические шлаки.  [c.46]

При сооружении насыпи из песков методом гидромеханизации, из грунтов скальных, крупнообломочных и содержащих в значительном количестве щебенистые и гравийные включения плот ность грунтов не нормируется.  [c.50]

В тех случаях, когда в проекте не указана требуемая степень плотности грунтов, для обеспечения устойчивости, прочности и минимальной осадки насыпей равномерно послойно уплотняются все грунты, из которых отсыпается насыпь, за исключением предварительно разрыхленных скальных, крупнообломочных, крупных и средней крупности песков, до плотности, указанной в табл. 18.  [c.51]

По своим физико-механическим свойствам все грунты разделяются на поверхностную часть почвы, торфы, илы, пески, лёссовые и глинистые грунты, крупнообломочные, полускальные и скальные грунты.  [c.253]

Отметку подошвы фундаментов мелкого заложения (для промежуточных опор) в немерзлых грунтах назначают не менее чем на 0,25 м ниже расчетной глубины промерзания, а на непучинистых грунтах (крупнообломочных, гравелистых, крупных песках, залегающих не менее 1 м ниже глубины промерзания при отсутствии напорных вод) принимают не нилпромежуточных опор на суходолах, поймах рек или в руслах периодических водотоков располагают ниже глубины промерзания на 0,25 м, а при непучинистых грунтах — на любом уровне. В вечномерзлых грунтах подошву свайного ростверка проектируют выше глубины промерзания не менее 0,5 м для крайних опор и не менее 1 м — для промежуточных опор. В русле реки при отсутствии промерзания воды до дна подошвы свайного ростверка располагают на любом уровне, но менее чем на (6 + 0,25) м, а в зоне вечномерзлых грунтов — не менее чем на (б-ь0,5) м от уровня низкого ледостава (б — толщина льда).  [c.263]

Грунты с крупнообломочными включениями и валунами, полускальные породы и т. п., для которых гидромониторный размыв малоэффективен, разрабатывают комбинированными способами разрушение — землеройными машинами, транспортирование к месту укладки — в потоке воды.  [c.277]

Грунтовые насосы отличаются от насосов для чистой воды способностью пропускать крупнообломочные включения и абразивные грунтовые частицы. По сравнению с насосами для чистой воды грунтовые насосы обладают более низкой всасывающей способностью, обусловленной большей плотностью пульпы по сравнению с плотностью чистой воды. Их предельная вакууметрическая высота всасывания не превышает 4. .. 6,8 м. Грунтовые насосы развивают давление до 0,8 МПа. При необходимости увеличения напора их устанавливают последовательно, а при недостаточной подаче — параллельно с объединением напорных трубопроводов одним пульповодом. Перекачиваемая грунтовыми насосами пульпа обычно содержит 10 — 12% частиц грунта.  [c.277]

В районах вечной мерзлоты земляное полотно устраивают преимущественно в насыпях, принимая его конструкцию и способы производства работ в зависимости от типов водно-мерзлотного режима грунта земляного полотна, водо- и льдона-сыщенности деятельного слоя, наличия пригодных грунтов для возведения земляного полотна и экономической целесообразности. Насыпи из сухих глинистых или крупнообломочных, щебенистых и песчаных грунтов возводят в любое время года без ограничения высоты. Однако желательно использование холодного периода года, когда проезд транс-  [c.85]

При прохождении дороги по периодически затопляемой пойме в нижние затопляемые слои насыпи не допускается укладка размокае-мых в воде грунтов (меловых, тальковых, котельных шлаков и др. ). Эти слои желательно отсыпать из скальных крупнообломочных грунтов, крупнозернистых и среднезер-нистых песков без содержания глинистых частиц. Можно укладывать легкие супеси, содержащие более 50% частиц крупнее 0,25 мм и менее 6% глинистых частиц диаметром мельче 0,005 мм. Для предохранения от размыва земляное полотно укрепляют каменной наброской, наброской в бетонных клетках, бетонными плитами и др. Если во время паводков вдоль насыпи вода течет со значительными скоростями, вдоль откоса устраивают траверсы на расстоянии 12—18 м друг от друга с соответствующим укреплением.  [c.90]

Скальные горные породы уплотняют преимущественно тяжелыми уплотняющими машинами (решетчатыми катками массой более 40т, вибрационными катками массой не менее 6 т, а также трамбующими и вибротрамбующими машинами с ударным контактным давлением свыше 1 МПа). Вибрирование применяют для уплотнения крупнообломочных, гравелистых, песчаных и супесчаных грунтов с содержанием глинистых частиц до 5—6%. Наибольшую степень плотности достигают вибрированием при влажности  [c.96]

Уплотнение легковыветривающихся и размягчаемых крупнообломочных грунтов осуществляют в два этапа на первом этапе — решетчатыми катками, на втором — пневмоколесными катками массой более 16 т. Толщина уплотняемых слоев не должна превышать 0,3— 0,4 м. Прочные и водостойкие крупнообломочные породы следует уплотнять виброкатками массой 6— 8 т, а также машинами ударного и виброударного действия.  [c.96]

Уплотнение смеси должно быть закончено не позднее 3 ч, а при пониженных температурах (до плюс 10°С) не позднее 5 ч с момента введения воды или раствора в смесь. При двухслойном основании верхний слой устраивают только после осуществления ухода за готовым нижним слоем в течение Юсут при укреплении крупнообломочных, песчаных грунтов, легких суглинков и супесей и через 3 дня при укреплении тяжелых суглинков и глин.  [c.135]

Грунтовыми насосами называются центробежные насосы специальной конструкции, приспособленные для перекачивания с. месн воды и грунта — пульпы. Грунтовый насос является главной машиной землесосного снаряда. Их основное конструктивное отличие по сравнению с центробежными насосами состоит в том, что все пульпопроводящие каналы рабочего колеса грунтового насоса рассчитаны на пропуск крупнообломочных включений. Кроме того, в грунтовых насосах предусматривается целый ряд специальных конструктивных особенностей, направленных на максимальное снижение износа деталей, что связано с увеличением гидравлических потерь. Расчеты для грунтовых и центробеж[1ых насосов аналогичны.  [c.97]

Крупнообломочные — это несцементированные грунты, содержащие более 50% по весу обломков кристаллических или осадочных «пород, с размерами частиц более 2 мм. Они делятся на щебенистые (при преобладании окатанных частиц — галечнико-вые), когда вес частиц крупнее Ю мм составляет более 50%, и дресвяные (при преобладании окатанных частиц — гравийные), когда вес частиц крупнее 2 мм составляет Оолее 50%.  [c.45]

Дерн, котельные шлаки и сланцевые глины, а также грунты с содержанием гипса более 5% не допускаются для отсыпки частей пойменных и периодически подтопляемых насыпей, располагаемых ниже отметки наи15ольшего уровня воды с учетом высоты подпора и набега волны на откос. Нижняя часть насыпей, постоянно подтопляемых, а также отсыпаемых в воду, сооружается из скальных предварительно разрыхленных или крупнообломочных грунтов, песка крупного и средней крупности, легких супесей, содержащих более 50% частиц крупнее 0,25 мм и менее 6% глинистых частиц диаметром менее 0,005 мм.  [c.47]

1.3. Классификация грунтов

Грунты оснований зданий и сооружений подразделяются на два класса [1]: скальные (грунты с жесткими связями) и нескальные (грунты без жестких связей).

ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация

В классе скальных грунтов выделяют магматические, метаморфические и осадочные породы, которые подразделяются по прочности, размягчаемости и растворимости в соответствии с табл.  1.4. К скальным грунтам, прочность которых в водонасыщенном состоянии менее 5 МПа (полускальные), относятся глинистые сланцы, песчаники с глинистым цементом, алевролиты, аргиллиты, мергели, мелы. При водонасыщении прочность этих грунтов может снижаться в 2—3 раза. Кроме того, в классе скальных грунтов выделяются также искусственные — закрепленные в естественном залегании трещиноватые скальные и нескальные грунты.

ТАБЛИЦА 1.4. КЛАССИФИКАЦИЯ СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ

Эти грунты подразделяются по способу закрепления (цементация, силикатизация, битумизация, смолизация, обжиг и др. ) и по пределу прочности на одноосное сжатие после закрепления так же, как и скальные грунты (см. табл. 1.4).

Нескальные грунты подразделяют на крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, биогенные и почвы.

К крупнообломочным относятся несцементированные грунты, в которых масса обломков крупнее 2 мм составляет 50 % и более. Песчаные — это грунты, содержащие менее 50 % частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности (число пластичности I_р < 1 %).

ТАБЛИЦА 1.5. КЛАССИФИКАЦИЯ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОМУ СОСТАВУ

Крупнообломочные и песчаные грунты классифицируются по гранулометрическому составу (табл.  1.5) и по степени влажности (табл. 1.6).

ТАБЛИЦА 1.6. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО СТЕПЕНИ ВЛАЖНОСТИ S_r

Свойства крупнообломочного грунта при содержании песчаного заполнителя более 40 % и пылевато-глинистого более 30 % определяются свойствами заполнителя и могут устанавливаться по испытанию заполнителя. При меньшем содержании заполнителя свойства крупнообломочного грунта устанавливают испытанием грунта в целом. При определении свойств песчаного заполнителя учитывают следующие его характеристики — влажность, плотность, коэффициент пористости, а пылевато-глинистого заполнителя — дополнительно число пластичности и консистенцию.

Основным показателем песчаных грунтов, определяющим их прочностные и деформационные свойства, является плотность сложения. По плотности сложения пески подразделяются по коэффициенту пористости е, удельному сопротивлению грунта при статическом зондировании q_с и условному сопротивлению грунта при динамическом зондировании q_d (табл. 1.7).

При относительном содержании органического вещества 0,03 < I_от ≤ 0,1 песчаные грунты называют грунтами с примесью органических веществ. По степени засоленности крупнообломочные и песчаные грунты подразделяют на незасоленные и засоленные. Крупнообломочные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей (% от массы абсолютно сухого грунта) равно или более:

• – 2 % — при содержании песчаного заполнителя менее 40 % или пылевато-глинистого заполнителя менее 30 %;
• – 0,5 % — при содержании песчаного заполнителя 40 % и более;
• – 5 % — при содержании пылевато-глинистого заполнителя 30 % и более.

Песчаные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание указанных солей составляет 0,5 % и более.

Пылевато-глинистые грунты подразделяют по числу пластичности I_p (табл. 1.8) и по консистенции, характеризуемой показателем текучести I_L (табл. 1.9).

ТАБЛИЦА 1.7. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ

ТАБЛИЦА 1. 8. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПО ЧИСЛУ ПЛАСТИЧНОСТИ

Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять лёссовые грунты и илы. Лёссовые грунты — это макропористые грунты, содержащие карбонаты кальция и способные при замачивании водой давать под нагрузкой просадку, легко размокать и размываться. Ил — водонасыщенный современный осадок водоемов, образовавшийся в результате протекания микробиологических процессов, имеющий влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости, значения которого приведены в табл. 1.10.

ТАБЛИЦА 1.9. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПО ПОКАЗАТЕЛЮ ТЕКУЧЕСТИ

ТАБЛИЦА 1. 10. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ИЛОВ ПО КОЭФФИЦИЕНТУ ПОРИСТОСТИ

Пылевато-глинистые грунты (супеси, суглинки и глины) называют грунтами с примесью органических веществ при относительном содержании этих веществ 0,05 < I_от ≤ 0,1. По степени засоленности супеси, суглинки и глины подразделяют на незаселенные и засоленные. К засоленным относятся грунты, в которых суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей составляет 5 % и более.

Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять грунты, проявляющие специфические неблагоприятные свойства при замачивании: просадочные и набухающие. К просадочным относятся грунты, которые под действием внешней нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают осадку (просадку), и при этом относительная просадочность ε_sl ≥ 0,01. К набухающим относятся грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме, и при этом относительное набухание без нагрузки ε_sw ≥ 0,04.

В особую группу в нескальных грунтах выделяют грунты, характеризуемые значительным содержанием органического вещества: биогенные (озерные, болотные, аллювиально-болотные). В состав этих грунтов входят заторфованные грунты, торфы и сапропели. К заторфованным относятся песчаные и пылевато-глинистые грунты, содержащие в своем составе 10—50 % (по массе) органических веществ. При содержании органических веществ 50 % и более грунт называется торфом. Сапропели (табл. 1.11) — пресноводные илы, содержащие более 10 % органических веществ и имеющие коэффициент пористости, как правило, более 3, а показатель текучести более 1.

ТАБЛИЦА 1.11. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ САПРОПЕЛЕЙ ПО ОТНОСИТЕЛЬНОМУ СОДЕРЖАНИЮ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

Почвы — это природные образования, слагающие поверхностный слой земной коры и обладающие плодородием. Подразделяют почвы по гранулометрическому составу так же, как крупнообломочные и песчаные грунты, а по числу пластичности, как пылевато-глинистые грунты.

К нескальным искусственным грунтам относятся грунты, уплотненные в природном залегании различными методами (трамбованием, укаткой, виброуплотнением, взрывами, осушением и др.), насыпные и намывные. Эти грунты подразделяются в зависимости от состава и характеристик состояния так же, как и природные нескальные грунты.

Скальные и нескальные грунты, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, относятся к мерзлым грунтам, а если они находятся в мерзлом состоянии от 3 лет и более, то к вечномерзлым.

Выбор фундамента для крупнообломочного грунта

Выбор фундамента осуществляется на основании характеристик грунта на участке.

В этой статье вы узнаете об особенностях горных пород и оптимальных вариантах застройки на крупнообломочном грунте.

Крупнообломочный грунт – это такой тип грунта, который более чем на 50% состоит из разнообразных обломков щебня, камня, гравия, пустоты между которыми заполнены глинистым грунтом или песком. Величина крупных частиц в таком грунте составляет 10 см и более.

Основные характеристики крупнообломочного грунта

• Грубообломочный грунт, также как и скальный, обладает очень высокой несущей способностью. Он практически не сжимаем. (практически не деформируется).
• Подвержен морозному пучению только в том случае, когда он содержит в себе большое количество глинистых включений.
• Если пространство между крупными обломками заполнено песком, морозная пучинистость исключается.

Крупнообломочный грунт не удерживает воду, поэтому не уплотняется и не промерзает. 

Фундамент на крупнообломочном грунте

На крупнообломочном грунте глубина закладки фундамента не зависит от глубины промерзания грунта. Поэтому максимальная глубина загрузки фундамента данного вида грунта для бесподвальных помещений – 0,5 м.

Несущая способность крупнообломочного грунта лежит в пределах от 20 до 40 тонн на квадратный метр. На нем приемлемо возведение ленточного монолитного, ленточного сборного фундаментов, фундамента типа «монолитная плита», а также столбчатого незаглубленного фундамента.

Если планируется строительство небольшого дома или хозблока, гаража, веранды, то можно в качестве фундамента применять дорожные плиты, уложенные на хорошо подготовленную ровную площадку. На площадке при этом необходимо заменить грунт, если он содержит глинистые частицы.

Как самостоятельно определить содержит грунт глинистые частицы или нет узнайте в статье » Как самостоятельно определить вид грунта?»

Такие же рекомендации по замене грунта относятся и к сооружаемым на крупнообломочном грунте ленточным фундаментам.

Особенности устройства монолитной плиты на крупнообломочном грунте

Фундамент типа монолитная плита, с учетом высокой несущей способности грунта можно отливать с минимальной толщиной (15 см). По цене монолитная плита в этом случае будет сопоставима с устройством ленточных фундаментов, так как заглубление в таких грунтах, как правило, представляет определенные трудности. Поэтому стоит отдать предпочтение этому варианту, если нет строгой необходимости иметь под домом цокольный или подвальный этажи.

Монолитный незаглубленный фундамент устанавливается на песчаную подушку. На плиту настилается гидроизоляционный слой из рулонных материалов, с обязательной спайкой по швам (паяльной лампой или пропановой горелкой). Причем ковер из гидроизоляции должен быть на 0,3-0,5 метров больше будущего фундамента во все стороны, для того, чтобы вы потом смогли завернуть эти края наверх, припаяв их на торец фундаментной плиты.

На гидроизоляцию настилается слой теплоизоляции из экструдированного пенополистирола. Сверху его желательно накрыть полиэтиленовой пленкой.

Особенности устройства столбчатого незагубленного фундамента на крупнообломочном грунте.

Столбчатый незаглубленный фундамент можно использовать для небольших деревянных и щитовых домов, бань, хозпостроек, возводимых на непучинистых грунтах. При строительстве на скальных или крупнообломочных грунтах такой тип фундамента можно использовать и под большие бревенчатые или брусовые дома.

В качестве материала для опор можно использовать готовые стеновые или фундаментные блоки. Опоры можно выполнить в виде кирпичной кладки или изготовить из бетона, бутобетона или пескобетона.

Использование в фундаменте керамических кирпичей с низкой морозостойкостью и силикатных кирпичей недопустимо.

На крупнообломочном грунте опоры можно устанавливать сразу на жесткие, устойчивые фрагменты грунта, предварительно удалив слабые и выветренные его составляющие. Опору можно также выполнить с использованием бута и пескоцементного раствора, обеспечивающего монолитность основания и самих опор.

В отдельных случаях опоры можно делать деревянные. Для этого используют комлевую часть сосновых или дубовых бревен диаметром 20-30 см. Для повышения устойчивости опор под них отрывают яму, заливают её слоем бетона в 10-15 см и погружают в бетонный раствор саму опору.

Недостаток деревянных опор — недолговечность, не более 8-15 лет. Для повышения срока службы древесину стульев обугливают на медленном огне и пропитывают дегтем, отработанными маслами и т. д.

Крупнообломочный грунт не пучинится и не промерзает. Эти свойства  позволят вам возвести надежный фундамент с минимальными затратами средств и времени.

ГЕО ПРОЕКТ | Типы грунтов для коттеджа

Типы грунтов для строительства коттеджа

Возведение фундамента самый ответственный и важный этап строительства любого дома. Как выполнить строительство фундамента правильно с учетом местных условий Москвы и Московской области?

Первое, что надо учитывать — это величину и характер осадки будущего фундамента на грунте, на который он будет опираться. При строительстве дома и в первые годы его эксплуатации грунты под действием нагрузки сжимаются. Фундамент, следуя за основанием, опускается относительно своего первоначального положения. Величина опускания фундаментов называется осадкой.

Большие, а главное, неравномерные осадки являются основной причиной деформаций, трещин и других разрушений.

Несущая способность основания определяется величиной нагрузки, при которой получается установленная нормативами осадка.

Теория грунтов

По определению фундаменты предназначены для передачи нагрузки от расположенных выше частей здания на грунт основания.

Основанием, в свою очередь, называют массив грунта, расположенный под фундаментами и воспринимающий нагрузку от всего здания.

Грунты подразделяются на:

• скальные,
• крупнообломочные,
• песчаные,
• глинистые,
• органогенные.

Скальные грунты широко распространены в Уральском регионе и представляют собой залежи естественных горных пород: гранитов, песчаников, кварцитов и т.д. Скальные массивы значительной мощности при отсутствии трещин и пустот являются наиболее прочным естественным основанием. Но Но они, обычно, залегают на существенной глубине под слоями нескольких пород и редко служат основанием для фундаментов малоэтажных жилых зданий.

Крупнообломочные грунты – это продукты распада скальных пород. Они малосжимаемые, дают небольшие и, как правило, равномерные осадки и не пучинистые. По своим природным крупнообломочные грунты свойствам они являются хорошим основанием, и также широко распространены в Свердловской области. Тем не менее, довольно часто поверх твердых горных пород у нас располагаются песчаные и глинистые грунты.

Песчаные грунты состоят из жестких частиц, имеющих форму зерен. По размеру частиц (крупности) различают:

— гравелистые пески,
— крупные пески,
— средние пески,
— мелкие пески,
— пылеватые пески.

Величина осадки фундамента, а, следовательно, и допускаемое давление на песок зависит от крупности, плотности, содержания глинистых частиц и насыщенности пор водой. Чем крупнее песок, тем лучше. Плотные равномерно залегающие пески крупные или средней крупности, не подверженные размыванию водой, являются хорошим, практически не подверженным пучению основанием.

Опасны с точки зрения неравномерной осадки водонасыщенные пылевато-песчаные грунты с примесью мелких глинистых частиц, называемые плывунами. Из-за большой подвижности и очень низкой несущей способности они не могут служить основанием.

Глинистые грунты состоят из мелких чешуйчатых связанных между собой частиц. Промежуточными видами этих грунтов между песками и глинами являются супеси (содержат от 3 до 10% глинистых частиц) и суглинки (от 10 до 30%). Свойства глинистых грунтов во многом зависят от происхождения, состава и влажности. Большое количество воды приводит к их текучести, то есть практически к разжиженному состоянию.

Органогенные грунты это:

— культурный растительный слой,
— органический ил,
— торфяные и болотные грунты.

Как правило, органогенные грунты при строительстве прорезаются, а основание располагают на подстилающих слоях. Химический состав грунтовых вод в органогенных грунтах должен быть тщательно обследован, так как в них часто бывают растворены соли, разрушающие материалы фундамента. При капитальном строительстве они считаются непригодными для непосредственного возведения на них фундаментов.

На свойства грунтов оказывают влияние сезонные изменения температур. Промерзание грунта может вызвать силы пучения, достигающие значительной величины. Природа этого явления заключается в том, что вода, содержащаяся в порах грунта, при замерзании расширяется и выпучивает грунт кверху, а при оттаивании вызывает его просадку. Предельная глубина, на которой появляется пучение, называется глубиной промерзания. Правда, не все глинистые грунты испытывают пучение. Пучинистыми считаются пылевато-глинистые грунты, а также мелкие и пылеватые пески. Не проявляют пучения глины и суглинки в твердом и полутвердом состоянии, а супеси в твердом, то есть глинистые грунты низкой влажности.

Определить строительные свойства грунтов можно только путем инженерно-геологических изысканий, которые выполняет наша компания. Для этого на месте предполагаемого строительства бурятся скважины, из которых отбираются пробы грунта. Количество и глубина скважин зависит от геологических условий участка, конфигурации и размеров будущего здания. Однако при геологии участка под жилые дома (коттеджного строительства) обычно достаточно 2-4 скважин глубиной 8-10 метров. Лабораторный анализ отобранных проб позволяет определить физико-механические и химические свойства залегающих в основании грунтов, а порядок их напластования устанавливается при составлении геологических разрезов. Заключение по результатам изысканий является важнейшим документом при проектировании фундаментов.

Более того, заказать инженерно-геологические исследования лучше еще до покупки участка, особенно если есть признаки, что на нем залегают слабонесущие грунты (заболоченность прилегающей местности, понижение рельефа и т.д.). Подчас разумнее поискать вариант в другом более благоприятном в геологическом отношении месте.

Гранулометрический состав песков.

В составе инженерно-геологических изысканий проводят лабораторные исследования, по определению гранулометрического состава песчаных грунтов.

Образец песка, 100 грамм, просеивают через сита с отверстиями,-10 ;5; 2,5; 1,0; 0,5; 0,25;0,10 миллиметров, разделяя на фракции. Потом каждую фракцию отдельно взвешивают, и по процентному соотношению частиц,  пески разделяют на гравелистые,  крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. Также в определение физических характеристик песчаных грунтов входит   определение влажности, удельного и объемного веса, и плотности.

гранулометрический состав песчаных грунтов

Определение  крупности песков, очень важная задача для будущего строительства, так как от этого показателя зависит несущая способность грунтов основания. Чем крупнее состав фракций песчаных грунтов, тем больше его  несущая способность.

Пылеватые и мелкие пески в насыщенные водой, при низкой плотности сложения — являются плывунами. Наличие таких грунтов в основании фундамента проектируемого сооружения,  зачастую приводит к неравномерным осадкам здания или сооружения, возникновению и развитию трещин как в основании фундаментов, так и в стенах сооружения.

Поэтому изучение гранулометрического состава песчаных грунтов, очень важная задача для проектирования  будущего строительства зданий и сооружений.

Так же песок используется как  строительный материал, для строительства насыпей железных и автомобильных дорог, входит в состав цемента, бетона, является основой для производства стекла и стеклянных изделий. Цели его использования различны, но для всех них необходимы точные значения гранулометрического состава.

Гранулометрический (зерновой, механический) состав песков — процентное, весовое содержание в породе различных по величине фракций —  это совокупность одинаковых зерен и частиц

Для определения гранулометрического состава  осадочных пород чаще всего применяют следующую классификацию обломков (размер обломков в мм): валуны крупные > 500, средние 500 — 250, мелкие 250 — 100; галька (щебень) крупная 100 — 50, средняя 50 — 25, мелкая 25 — 10; гравий  крупный 10 — 5, мелкий 5 — 2; песок очень крупный 2 — 1, крупный 1 — 0,5, средний 0,5 — 0,25, мелкий 0,25 — 0,10, тонкозернистый 0,10 — 0,05, пыль 0,05 — 0,005; глина <0,005.

Гранулометрический (механический) анализ — определение размеров и количественного соотношения частиц, слагающих рыхлую горную породу. Самым простым видом  гранулометрический анализ  является так называемый ситовый анализ. Разделение на фракции частиц породы, которые не проходят через сита с отверстиями 0,25 мм, производят методом отмучивания. Для гранулометрического анализа  глинистых грунтов применяют ареометрический метод.

По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты и пески подразделяют согласно таблице

Разновидность грунтов	Размер зерен,   частиц d, мм	Содержание зерен, частиц,% по массе
Крупнообломочные:
валунный  (при  преобладание окатанных частиц — глыбовый)	св. 200	св.50
галечниковый (при не окатанных гранях — щебенистый)	>10	>50
гравийный  (при  не окатанных гранях — дресвяный)	>2	>50
Пески:
гравелистый	>2	>25
крупный	>0,50	>0,50
средней крупности	>0,25	>0,50
мелкий	>0,10	75 и св.
пылеватый	>0,10	менее 75

При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40% или глинистого заполнителя более 30% от общей массы воздушно-сухого грунта в наименовании крупнообломочного грунта добавляется наименование вида заполнителя и указывается характеристика его состояния. Вид заполнителя устанавливается после удаления из крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм.

По степени неоднородности гранулометрического состава С_u, крупнообломочные грунты и пески подразделяют на:

однородный грунт С_u <= 3;       неоднородный грунт С_u > 3.

Грунтовое основание полов

Грунтовым основанием называют массив грунта, расположенный под фундаментом и воспринимающий нагрузку от всего здания. Нагрузка, передаваемая фундаментом, вызывает в основании напряженное состояние и деформирует его. Прочность и устойчивость любого здания зависит, прежде всего, от надежности основания.

От того, какое основание находится под фундаментом, зависит, насколько прочным и долговечным будет фундамент и впоследствии здание.

Виды грунтовых оснований

Грунтовые основания бывают:

• естественными;
• искусственными.

Естественные основания

Грунты, находящиеся в условиях природного залегания, называют естественным основанием.

Искусственные основания

Искусственным основанием называют предварительно укрепленные различными способами слабые грунты (силикатизация, цементация, смолизация, битуминизация и др.).

В связи с существованием разных типов грунтовых оснований проектированию и строительству зданий и сооружений предшествуют инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания. Они заключаются в определении типов грунтов оснований, их прочности и деформативных характеристик, уровня грунтовых вод, их химического состава для установления степени агрессивности по отношению к материалу фундаментов.

Критерии, определяющие характеристики основания

Критериями качества основания служат:

• несущая способность основания;
• плотность и равномерность геологического строения, обеспечивающие допустимые деформации основания и нормативную величину его осадки под зданием;
• устойчивость к воздействию грунтовых вод;
• неподверженность «пучению» – увеличению в объеме при замерзации воды в порах и прослойках грунта;
• неподверженность грунтов основания оползням.

Виды грунтов

Грунты представляют собой горные породы минеральных частиц зернистой и чешуйчатой структуры, пространство между которыми образуют поры.

Различают следующие виды грунтов:

• скальные;
• крупнообломочные;
• песчаные;
• глинистые;
• насыпные.

Скальные грунты

Скальные грунты залегают сплошными массивами и являются наиболее прочным естественным основанием. Однако они залегают на значительной глубине под слоями нескольких пород и поэтому редко служат непосредственным основанием фундаментов жилых и сельскохозяйственных зданий. К скальным грунтам относят граниты, кварциты, известняки и им подобные.

Крупнообломочные грунты

Крупнообломочные грунты содержат более 50% по весу кристаллических или осадочных пород крупностью частиц более 2 мм. В структуре этого вида грунтов щебень, галька, гравий находятся в связном состоянии.

Крупнообломочные грунты мало-сжимаемы, дают небольшие и, как правило, равномерные осадки и не пучинисты. По своим природным качествам они служат хорошим основанием.

Песчаные грунты

Песчаные грунты содержат менее 50% по весу частиц крупнее 2 мм, сыпучие и в сухом состоянии не обладают свойством пластичности.

Пески в зависимости от размеров зерен могут быть:

• крупные;
• средние;
• мелкие;
• пылеватые.

С увеличением содержания пылеватых и глинистых частиц прочность песчаного грунта уменьшается. Равномерно залегаемые пески значительной мощности представляют хорошее основание – не пучинистое и обладающее быстро прекращающимися равномерными осадками.

Глинистые грунты

Глинистые грунты состоят из мелких чешуйчатых связанных между собой частиц. Они различаются по количеству глинистых частиц:

• суглинки содержат глинистых частиц от 10 до 30%;
• супеси – от 3 до 10%.

Следовательно, глинистые грунты, содержащие глинистых частиц меньше 30%, относятся к суглинкам или супесям и, по существу, являются промежуточными видами между песком и глиной. При замерзании влажные глинистые грунты вспучиваются, а при оттаивании дают просадку. В результате подъема пучинистых грунтов зимой и опускания весной в здании появляются трещины и нередко создается опасность дальнейшей эксплуатации строения.

Насыпные грунты

Насыпные грунты состоят из разнообразных пород, а часто и из бытовых отходов.

Они не однородны по составу и структуре, обладают большими и неравномерными осадками, вследствие чего пригодность их в качестве оснований ограничена.

Таким образом, грунт, который служит основанием для фундамента, должен иметь достаточную несущую способность, малую и равномерную сжимаемость, трудно размываться, не подвергаться выветриванию, обладать достаточной мощностью.

Была ли статья полезна?

Происхождение и характеристики грунтов — Доктор Лом

1. Грунты — это любые горные породы, которые используются при строительстве самых различных сооружений

Грунты могут быть основанием, когда на них возводится фундамент, средой — когда в грунтах прокладываются туннели, подземные ходы, катакомбы и прочие подземные сооружения. Грунты также могут быть и материалом, когда используются для устройства насыпей, подсыпок, плотин и т.п.

Сейчас различают три основные группы горных пород, образовавшихся под воздействием различных природных и временных факторов:

1. Магматические породы

К ним относятся граниты, диориты, сиениты, порфиры и т.п. Магматические породы сформировались при застывании извергнувшейся из недр земли магмы. Эти породы как правило имеют очень плотную структуру и потому рассматриваются как твердые тела с высокой прочностью.

осадочные и метаморфические.

2. Осадочные породы

Образовались при разрушении магматических горных пород посредством переноса и отложения (оседания) продуктов разрушения. К осадочным породам относятся обломочные (сцементированные и несцементированные), глинистые, химические и биохимические породы.

3. Метаморфические породы

Образовались в процессе значительных изменений магматических и осадочных горных пород под действием различных факторов: давления, высокой температуры, химически активных газов магмы. К метаморфическим породам относятся мраморы, сланцы, гнейсы, кварциты, и др.

При возведении домов строители чаще всего сталкиваются с наиболее молодыми осадочными породами, относящимися к четвертичному периоду. Горные породы третичного, юрского и других периодов находятся ниже, сформировались раньше и имеют, как правило, большую прочность и малую сжимаемость в результате длительного воздействия расположенных сверху более молодых осадочных пород четвертичного периода. Такие более древние породы иногда называют коренными породами.

Среди пород четвертичного периода наибольшее распространение, а потому и наибольшую важность при изучении свойств имеют

1. Глинистые грунты

Глины, суглинки, супеси, относящиеся к глинистым грунтам (породам) имеют достаточно сложную структуру. Они сформированы из очень мелких частиц, включающих так называемые вторичные минералы. Вторичные минералы образовались из первичных минералов в процессе механического разрушения, выветривания, переноса ветром или водой и при последующем отложении на дне океанов, морей, рек и других водоемов. Оставшиеся на месте продукты выветривания называют элювиальными отложениями, а перемещенные ветром, дождем и снегом с возвышенностей к их подножью — делювиальными отложениями.

2. Песчаные грунты

Гравий, галечники и песок также являются продуктами выветривания, но от глинистых грунтов отличаются более крупными размерами частиц.

Отложения песчаных и глинистых грунтов в речных долинах называют аллювиальными отложениями. Продукты выветривания также отлагались при движении ледников — моренные ледниковые отложения.

Механика грунтов основное внимание уделяет изучению так называемых «рыхлых» пород. Под рыхлыми породами подразумеваются перечисленные выше образования, сформированные из отдельных минеральных частиц, слабо связанных друг с другом или не связанных совсем. Поры между частицами грунта могут быть заполнены водой и(или) газами — атмосферным воздухом, водяным паром, химическими или биохимическими газами.

Таким образом, грунты рассматриваются не как некий однородный (изотропный) материал, а как сложные многофазные дисперсные системы, физические и механические свойства которых зависят от количественного соотношения и свойств твердой, жидкой и газообразной фаз, а также от структуры и текстуры.

Структура грунта

описывается формой, размерами, состоянием поверхности минеральных частиц, а также их взаимным расположением и характером связей между частицами. В зависимости от наличия или отсутствия связей между частицами грунты разделяют на связные (глинистые) и сыпучие несвязные (песчаные) грунты. Песчаные и крупнообломочные (галечные, гравийные) грунты характеризуются раздельно-зернистой структурой. Мельчайшие частицы глинистых грунтов могут иметь форму игл или пластинок, при этом образуют ячеистую, ячеисто-хлопьевидную или каркасную структуру.

Лёссы и лёссовидные грунты имеют особую структуру. В таких грунтах очень много пор, при этом размеры пор больше размеров слагающих минеральных частиц, поэтому такие поры называются макропорами. Структурные связи между частицами лёссовых грунтов, образованные углекислыми солями магния и кальция, сравнительно легко растворяются в воде.

Текстура грунта

это совокупность признаков, характеризующих сложение грунта в массиве, например, грунт может иметь слоистую текстуру.

2. Состав грунтов

Грунты состоят из минеральных частиц различных размеров, при этом группы частиц, близких по размеру, называются фракциями. В строительной классификации принято различать шесть основных фракций:

Весовое содержание различных фракций, выражаемое в процентах, называется гранулометрическим составом грунта. Гранулометрический состав приводится либо в виде таблицы, либо в графическом виде:

Рис. 206.1. Кривая неоднородности

Крупнообломочные частицы (> 2 мм) имеют такой же минералогический состав, как и скальные породы, из которых они образовались. Крупнообломочные частицы могут иметь угловатую (щебень, камень, дресва) или окатанную форму (галька, валун, гравий). Песчаная фракция (2-0.1 мм) состоит в основном из частиц (зерен) кварца, слюды, полевого шпата, реже кальцита (ракушечниковые пески). Окатанные зерна характерны для морских, речных и эоловых песков; угловатые зерна — для отложений временных потоков (горные пески). Пылеватая фракция (0.1-0.005) формируется из зерен сильно измельченного кварца, аморфной кремневой кислоты или других первичных минералов (слюда, полевой шпат и т. п.). Пылеватые частицы могут впитывать (адсорбировать) воду и легко вымываются. Глинистая фракция включает мельчайшие (от 5 до 0,001 мк) частицы вторичных минералов игольчатой или чешуйчатой формы. Глинистая фракция — наиболее активная и ее количественное содержание обуславливает основные свойства грунта.

3. Физические характеристики грунтов

Строительные свойства грунтов прямо зависят от гранулометрического состава, а также свойств фазовых состояний (твердого, жидкого и газообразного) и количественного соотношения между фазами. Для описания физического состояния грунта и фазового состава используют характеристики, полученные в процессе простейших испытаний (табл. 1):

Таблица 1. Характеристики фазового состава и физического состояния грунтов

4. Строительная классификация грунтов

В строительстве чаще всего приходится иметь дело с четырьмя основными группами грунтов: скальными, крупнообломочными (несцементированными), песчаными и глинистыми.

Скальные грунты

К скальным грунтам относятся магматические, осадочные и метаморфические горные породы, имеющие жесткую связь между зернами (спаянные или сцементированные). Скальные грунты залегают сплошным слоем или в виде отдельных образований, подобных сухой кладке. Граниты, базальты, диориты, известняки, песчаники — это скальные грунты. К полускальным грунтам относятся грунты, в водонасыщенном состоянии имеющие предел прочности на сжатие менее 50 кг/см² (мергели, окремненные глины и т. п.), или размягчаемые и растворимые водой (гипс, гипсовые песчаники).

Крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты являются дисперсными системами и относятся к нескальным грунтам. Различаются нескальные грунты по содержанию фракций (количеству частиц различного размера).

Крупнообломочные грунты

Несцементированные грунты, которые содержат > 50% по массе обломков кристаллических или осадочных пород с размерами частиц > 2 мм.

Песчаные грунты

Несвязные, сыпучие в сухом состоянии грунты, которые не обладают свойством пластичности и содержат < 50% по массе частиц размерами > 2 мм.

В строительстве крупнообломочные и песчаные грунты классифицируют по гранулометрическому составу (табл. 2):

Таблица 2. Классификация крупнообломочных и песчаных грунтов

Грунты	Распределение частиц грунта по круп­ности от массы сухого грунта
Крупнообломочные
Щебенистые (при преобладании окатанных частиц — галечниковые)	> 50% частиц по массе размерами > 10 мм
Дресвяные (при преобладании окатанных частиц — гравийные)	> 50% частиц по массе размерами > 4 мм
Песчаные
Гравелистый песок	> 25% частиц по массе размерами > 2 мм
Крупный песок	> 50% частиц по массе размерами > 0. 5 мм
Песок средней крупности	> 50% частиц по массе размерами > 0.25 мм
Мелкий песок	> 75% частиц по массе размерами > 0.1 мм
Пылеватый песок	> 75% частиц по массе размерами < 0.1 мм

Примечание. Чтобы определить наименование грунта, последовательно суммируются процентные содержания частиц. Сначала рассматривается процентное содержание частиц исследуемого грунта размером > 10 мм, затем к нему добавляется процентное содержание частиц размером > 2 мм, затем > 0,5 мм и т. д. Наименование грунта принимается при достижении первого удовлетворяющего показателя согласно порядку наименований в таблице.

Если степень неоднородности песчаного грунта k_60/10 > 3, то гравелистые, крупные и средней крупности пески дополнительно определяются термином «неоднородный». Неоднородность песчаных грунтов измеряется отношением

k_60/10 = d₆₀/d₁₀

где d₆₀ — диаметр, меньше которого в исследуемом грунте содержится (по массе) около 60% частиц; d₁₀ — диаметр, меньше которого в исследуемом грунте содержится (по массе) около 10% частиц.

Глинистые грунты

Связные грунты, свойства которых зависят от степени насыщения водой. Глинистые грунты могут рассматриваться как твердое тело, пластичное тело или вязкая жидкость. Илами называются глинистые грунты, сформировавшиеся при наличии микробиологических процессов, как структурный водный осадок, и имеющие влажность в природном сложении, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости ε > 1,0 (для супесей и суглинков) и ε > 1,5 (для глин).

Как правило глинистые грунты классифицируются по числу пластичности:

Супесь:       1 ≤ W_п ≤ 7

Суглинок: 7 < W_п ≤ 17

Глина:            W_п > 17

Реже глинистые грунты классифицируются по гранулометрическому составу:

Среди глинистых грунтов следует отдельно выделить просадочные грунты и грунты, набухающие при замачивании грунты. К просадочным относят грунты, со степенью влажности G ≤ 0,6 и значением

(ε_о — ε_т)/(1 + ε_о) ≥ — 0.1

где ε_о — коэффициент пористости для образца исследуемого грунта естественного сложения и влажности; ε_т — коэффициент пористости для того же образца грунта при соответствующей влажности на границе текучести.

К набухающим относят грунты, имеющие значение

(ε_о — ε_т)/(1 + ε_о) ≤ — 0.3

Данные исследования песчаных и глинистых грунтов должны также включать сведения о наличии биологических остатков (торфа, перегноя и др.), если в образцах исследуемых грунтов, высушенных при t = 100-105°С, содержатся биологические остатки  — более 3% по массе от минеральной части для песчаных грунтов, и менее 5% — для глинистых грунтов. В зависимости от содержания биологических остатков грунты дополнительно определяются как:

грунты с примесью органических веществ — при содержании биологических остатков < 10%;

заторфованные грунты — при содержании биологических остатков в пределах 10—60%;

торфы — при содержании биологических остатков более 60%.

5. Характеристики состояния грунтов

Состояние (консистенцию) непросадочных глинистых грунтов определяют по коэффициенту консистенции В:

В = (W — W_p)/(W_т — W_p)

где W — естественная влажность, выражается в %; W_p — влажность на границе раскатывания в %; W_т— влажность на границе текучести в %

Влажность грунта, при которой грунт переходит из твердого состояния в пластичное (или наоборот) называется пределом раскатывания. Влажность грунта, при которой грунт переходит из пластичного в текучее состояние называется пределом текучести. Далее приведены значения коэффициента консистенции В для различных грунтов:

Супеси

Твердые:  В < 0

Пластичные:  0 ≤ B ≤ 1

Текучие:  В > 1

Суглинки и глины

Твердые: В < 0

Полутвердые: 0 ≤ В ≤ 0,25

Тугопластичные: 0,25 < B ≤ 0,5

Мягкопластичные: 0,5 < B ≤ 0,75

Текучепластичные:0,75 < B ≤ 1

Текучие: >1

Состояние глинистых грунтов в условиях природного залегания также зависит от структуры грунта. Однако при определении характерных влажностей посредством существующих в настоящее время лабораторных методов нарушение природной структурной связности грунта неизбежно, а это может привести к значительному искажению полученных данных. В таких случаях следует провести дополнительные исследования с целью количественной оценки прочности и природных структурных связей для внесения необходимых поправок в результаты испытаний.

По плотности сложения песчаные грунты разделяются на плотные, средней плотности и рыхлые в зависимости от величины коэффициентов пористости ε, приведенных в таблице 3

Грунты	Плотные	Средней плотности	Рыхлые
Пески гравелистые, крупные и средней крупности	< 0.55	0.55 — 0.70	> 0.70
Пески мелкие	< 0.60	0.60 -0.75	> 0. 75
Пески пылеватые	<0.60	0.60 -0.80	> 0.80

Плотность песчаных грунтов рекомендуется определять по образцам, отобранным без нарушения естественного сложения грунта или с помощью зондирования.

6. Перемещение воды в порах грунта

Движение воды сквозь поры грунта, происходящее под влиянием разности напоров, называется фильтрацией. Если скорость движения воды не превышает некоторого критического для исследуемого грунта значения («критическая скорость»), что обычно имеет место в природных условиях, то скорость фильтрации v согласно закону Дарси:

v = k_ф(H₁ — H₂)/L = k_фi

где L — расстояние между двумя точками на пути фильтрации, напоры в которых соответственно равны Н₁ и Н₂; i — гидравлический градиент; k_ф — коэффициент фильтрации.

Коэффициент фильтрации — это количественная характеристика степени водопроницаемости грунта, выражающая скорость фильтрации при гидравлическом градиенте i =1. При наличии в грунте связанной воды явление фильтрации возникает только тогда, когда градиент i превышает некоторое значение начального градиента i_н.

Скорость фильтрации равна

v = k_ф(i — i_н)

Коэффициент фильтрации может быть определен:

— расчетом по формулам в зависимости от гранулометрического состава грунта. Это метод применим для однородных песков средней крупности;

— лабораторными испытаниями на специальных приборах;

— путем опытных откачек и нагнетания в полевых условиях. Это метод применим для грунтов с коэффициентом фильтрации > 5·10^-3 см/сек.

Далее приводятся ориентировочные значения коэффициентов фильтрации (в см/сек) для различных грунтов:

глины нетрещиноватые: < 10^-7

суглинки, тяжелые супеси: 10^-6 — 10^-7

супеси, трещиноватые глины: 10^-4 — 10^-6

пылеватые и мелкозернистые пески: 10^-3 — 10^-4

среднезернистые пески: 10^-1 — 10^-3

крупнозернистые пески, галечники:  10^-2 — 10^-1

Вода, перемещаясь в порах, создает давление на скелет грунта. Такое давление называется гидродинамическим и его можно рассматривать как некую объемную силу j, представленную вектором, направленным по касательной к линии потока. Значение гидродинамического давления (в г/см³, т/м³)

j = iγ_в = γ_в(v/k_ф)

где γ_в — удельный вес воды.

Если фильтрационный поток направлен снизу вверх, что бывает при вскрытии котлованов, дренажных работах, бурении и др., гидродинамическое давление может превысить вес вышележащей толщи грунта и вызвать гидродинамическое выпирание грунта.

Градиент, при котором начинается гидродинамическое выпирание грунта, называется критическим

i_кр = (γ_ч — γ_в)/(γ_в(1 + ε))

где γ_ч — удельный вес грунта; ε — коэффициент пористости грунта.

Фильтрация воды под воздействием разницы потенциалов постоянного электрического тока называется электроосмосом и применяется в строительстве с целью временного водопонижения в глинистых грунтах. Грунтовые воды также перемещаются в парообразном и пленочном состоянии. Водяной пар перемещается в область с более низкой температурой из области с более высокой температурой. В пленочном состоянии вода движется всегда в сторону больших молекулярных сил поверхностного притяжения минеральных частиц, т. е. от частиц с большей толщиной пленки к частицам с меньшей толщиной.

Стоит сказать, что это еще далеко не все из известных и важных свойств грунтов, но для первичного ознакомления, думаю, этого пока хватит.

Разница между крупнозернистой почвой и мелкозернистой почвой | Что такое крупнозернистый грунт

Знакомство с грубозернистыми почвами и мелкозернистыми почвами

Грунт является одним из наиболее важных компонентов, который необходимо проверить и протестировать перед выполнением любых строительных работ на участке.

Как инженеру-строителю очень важно знать разницу между крупнозернистым грунтом и мелкозернистым грунтом, чтобы вы могли соответствующим образом проектировать конструкции.

Почва в основном делится на два типа:

• Крупнозернистые грунты
• Мелкозернистые почвы

В этой статье вы познакомитесь с Отличием крупнозернистых почв от мелкозернистых. Поведение как крупнозернистой, так и мелкозернистой почвы отличается друг от друга.

Также прочтите: Введение в USCS | USCS классифицирует почвы по двум широким категориям

Что такое крупнозернистая почва?

Крупнозернистые почвы в основном идентифицируются на основе размера зерен размера частиц почвенной массы.Одно из эмпирических правил, которое используется для идентификации крупнозернистых почв, состоит в том, что отдельные частицы крупнозернистых почв можно увидеть невооруженным глазом.

Одним из примеров крупнозернистых грунтов являются песок и гравий . Мы можем легко увидеть частицы песка и гравия нашими глазами. Частицы размером более 75 мм известны как гравий , а частицы размером менее 4.75 мм до 75 микрон известны как Sand .

Крупнозернистые грунты имеют хорошую несущую способность, а также качество дренажа. В крупнообломочных грунтах в условиях увлажнения объемных изменений не наблюдается.

Крупнозернистая почва кажется песчаной, когда мы касаемся ее руками. Изменение влажности крупнозернистого грунта не влияет на прочность грунта. Форма крупнозернистого грунта обычно угловатая или субугловатая .

Также читайте: Влагомер почвы | Что измеряет ареометр | Как работает гидрометр почвы » вики полезно Как читать ареометр » вики полезно Используйте ареометр | Преимущества & Недостатки ареометра

Что такое мелкозернистая почва?

Мелкозернистые почвы обычно идентифицируют на основе их пластичности. Мелкозернистые почвы не видны невооруженным глазом. Мелкозернистая почва в основном делится на две группы: ил и глина.

Частицы размером от 75 микрон до 2 микрон известны как Ил , а частицы размером менее 2 микрон известны как глина.

Несущая способность мелкозернистого грунта ниже по сравнению с крупнозернистым грунтом. Водопроницаемость мелкозернистого грунта очень низкая. Причина очень низкой водопроницаемости мелкозернистого грунта в том, что из-за его размера частицы очень малы, благодаря чему он удерживает воду.

Прочность мелкозернистого грунта изменяется в зависимости от изменения влажности или содержания воды в грунте. Если вы коснетесь мелкозернистой почвы рукой, вы почувствуете, что она гладкая, жирная и липкая.

Также прочтите: Метод кернорезки | Что такое уплотнение почвы

Разница между крупнозернистой почвой и мелкозернистой почвой: соотношение пустот

• Коэффициент пустотности определяется как отношение объема пустот к объему твердого тела. Коэффициент пустотности в основном является мерой пустот в определенной массе грунта.
• Вы можете подумать, что частицы почвы, присутствующие в мелкозернистых почвах, очень плотно упакованы друг с другом, поэтому коэффициент пустотности может быть меньше. Но на самом деле мелкозернистый грунт имеет большую пористость по сравнению с крупнозернистым.
• Это из-за концепции площади поверхности частицы. Площадь поверхности мелкозернистых почв по отношению к массе почвы больше по сравнению с площадью поверхности крупнозернистой почвы.
• Пустоты, образующиеся в мелкозернистых грунтах, больше по отношению к массе почвы из-за большей площади поверхности, тогда как в случае крупнозернистых почв образуется меньше пустот по отношению к их массе почвы.
• Глина имеет на большую пористость по сравнению с песком

Также прочтите: Что перевозят грунт | Определение транспортируемого грунта | Классификация транспортируемого грунта | Остаточный грунт и транспортируемый грунт

Крупнозернистые почвы против мелкозернистых почв

Разница между крупнозернистой почвой и мелкозернистой почвой заключается в следующем.

Крупнозернистые грунты	Мелкозернистые почвы
Крупнозернистые частицы почвы видны невооруженным глазом.	Мелкозернистая почва не видна невооруженным глазом.
Крупнозернистая почва может быть идентифицирована на основе размера частиц зерна размера почвы.	Мелкозернистый грунт определяется на основе пластичности грунта.
Крупнозернистые почвы содержат 50% или менее материала, проходящего через сито № 200.	Мелкозернистый грунт имеет 50% или более материала, который проходит через тот же номер 200
Несущая способность крупнозернистого грунта хорошая .	Мелкозернистый грунт имеет меньше несущей способности.
Прочность крупнозернистого грунта не изменяется при изменении влажности грунта.	Будет изменение прочности мелкозернистого грунта по отношению к изменению содержания воды в грунте.
Крупнозернистая почва кажется песчанистой при прикосновении к ней рукой.	Мелкозернистая почва кажется гладкой и липкой при прикосновении рукой.
Крупнозернистый грунт не удерживает воду и обладает большей водопроницаемостью.	Мелкозернистая почва имеет очень меньшую проницаемость и может удерживать воду.
Объем крупнозернистого грунта при изменении влажности не изменится.	Произойдет изменение объема мелкозернистого грунта при изменении влажности.
Размер крупнозернистых частиц почвы варьируется от 4,75 мм до 75 мкм .	Размер мелкозернистого грунта меньше 75 мкм .
Крупнозернистый грунт имеет меньше пустот соотношение .	Мелкозернистый грунт имеет на большую пористость .
Форма крупнозернистых частиц почвы варьирует от угловатых до округлых .	Форма мелкозернистых почв обычно чешуйчатая .
Примером крупнозернистого грунта являются песок и гравий .	Примером мелкозернистой почвы являются ил и глина .

Также прочтите: Что такое уплотнение почвы | Различные типы оборудования для уплотнения грунта

Часто задаваемые вопросы

Различия между крупнозернистой почвой и мелкозернистой почвой

Крупнозернистая – зернистая почва часто идентифицируется по размеру частиц или зернистости . Отдельные частицы видны невооруженным глазом. Мелкозернистые – зернистые почвы содержат 50% или более материала, отвечающего требованиям №

Что такое крупнозернистая почва?

Крупнозернистые почвы  определяются как те почвы , отдельные зерна которых задерживаются на сите № 200 (0,075 мм). Зерна такого размера обычно можно увидеть невооруженным глазом, хотя иногда может потребоваться ручное увеличительное стекло, чтобы увидеть самое маленькое из зерен . Гравий и песок крупнозернистые почвы .

Что такое мелкозернистая почва?

Мелкие – зернистые почвы имеют 50% или более материала, проходящего через сита № 200. Технические свойства, такие как прочность и сжимаемость крупнозернистого – зернистого грунта , определяются размером зерен частиц и их структурным расположением. Мелкая – зернистая почва непроницаема из-за малого размера частиц.

Крупнозернистая почва против мелкозернистой почвы

Физические и механические свойства крупнозернистого – зернистого и мелкозернистого – зернистого грунта различны и суммированы. Крупная – зернистая почва часто идентифицируется по размеру частиц или зернистости . Отдельные частицы видны невооруженным глазом. Мелкозернистые – зернистые почвы содержат 50% или более материала, отвечающего требованиям №

Крупнозернистый грунт

В крупнозернистых грунтах , где зерна крупнее 0,075 мм (или 75 мкм), на инженерное поведение в основном влияют относительные пропорции присутствующих различных размеров, формы зерен грунта и плотность упаковки.Эти почвы также называются зернистыми почвами.

Нравится этот пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Рекомендуемое чтение –

Почвы с грубой структурой – обзор

3.5 Уплотнение почвы

Уплотнение почвы часто является наиболее распространенной проблемой, возникающей при проведении лесозаготовительных работ (Batey, 2009). Уплотнение от транспорта уменьшает поры, заполненные воздухом, тем самым увеличивая объемную плотность почвы (Johnson et al., 2007). Повышенная объемная плотность приводит к снижению инфильтрации воды, водоудерживающей способности и гидравлической проводимости, что приводит к заболачиванию или застаиванию воды на равнинной местности или поверхностному стоку и эрозии на более крутых склонах (Waggenbrenner et al., 2016; Cambi et al., 2015; Hartemink). , 2008). Хотя все почвы сильно подвержены уплотнению, лесные почвы, в частности, с их рыхлой, рыхлой структурой и высокой пористостью особенно подвержены риску долговременных воздействий.

Мелкозернистые почвы и почвы с низкой объемной плотностью более склонны к уплотнению, чем грубозернистые почвы или почвы с более высокой объемной плотностью.Нередки случаи уплотнения мелкозернистой почвы глубоко в минеральной почве (50 см; Hakansson, 1985; Page-Dumroese et al., 2006), сохраняющегося в течение десятилетий или столетий (Hakansson et al., 1988). ОВ почвы на поверхности почвы (почвенное ОВ, лесная подстилка или минеральное ОВ почвы) может снизить восприимчивость почвы к уплотнению за счет увеличения сопротивления деформации. Колеи представляют собой особую и беспокоящую форму уплотнения, часто встречающуюся посередине или по бокам скользких дорог. Как правило, дно колеи герметизируют, удерживая воду на поверхности почвы и создавая предпочтительные пути потока, которые перемещают воду и почву вниз по склону.

>Результаты исследования LTSP показали относительно быстрое восстановление после уплотнения, вызванного уборкой урожая, в почвах с грубой структурой, особенно на поверхности почвы (0–10 см). Более медленное восстановление характерно для мелкозернистых почв (таблица 3.1; Page-Dumroese et al., 2006), и может потребоваться до четырех десятилетий, чтобы восстановиться до уровня, существовавшего до нарушения (Froehlich et al., 1985). Общий климатический режим; текстура почвы; а степень, протяженность и тяжесть уплотнения определяют скорость восстановления (Page-Dumroese et al., 2006). Участки исследования LTSP с более грубой почвой и более высокими температурами (Луизиана и Северная Каролина) имели гораздо большее восстановление объемной плотности почвы в течение 5 лет по сравнению с более мелкозернистыми почвами в более прохладных климатических режимах, несмотря на некоторую активность замораживания-оттаивания. Интересно, что на 183 сплошных вырубленных участках в национальном лесу Кутенай на северо-западе Монтаны (США) с уплотнением почвы, которое в 1992 году считалось вредным для продуктивности леса, к 2013 году 86% этих почв восстановились до уровня, существовавшего до нарушений (Gier et al., 2018). Текстура почвы была важным фактором в этом исследовании, поскольку почвы, которые не восстанавливались, были мелкозернистыми.

Последствия уплотнения почвы могут быть экстремальными. Возможными последствиями являются изменения в газообмене, потеря органического вещества, изменение роста корней, сокращение микробных сообществ, изменение обмена парниковых газов и, в конечном итоге, потеря надземного роста и продуктивности (Batey, 2009). Кроме того, время, необходимое для восстановления, варьируется в зависимости от степени физических, химических и биологических изменений почвы, вызванных во время уборки урожая, и местных факторов, таких как уклон, внешний вид и климатические условия.Поэтому предотвращение или снижение воздействия на почву в ходе хозяйственной деятельности признается все более важным шагом для поддержания роста лесов (ФАО, 2004 г. ).

Можно ожидать деградации свойств почвы во время лесозаготовок и последующей подготовки участка, хотя воздействие на продуктивность почвы зависит от климатического режима, состава почвы, видов растений и серьезности почвенных изменений (Powers et al., 1998). Таким образом, данные о почве, которые сосредоточены на (1) исходных почвенных условиях, (2) взаимосвязях между типом почвы и функцией почвы и (3) взаимосвязи серьезности нарушения почвы, помогут определить, как изменения, вызванные управлением, могут изменить надземные и подземные леса. производительность.Как показано в следующих разделах, многие свойства почвы устойчивы к методам управления земельными ресурсами, в то время как другие более чувствительны, причем степень их реакции часто определяется на уровне конкретного участка (Burger, 1997).

Границы | Уплотнение грубозернистых почв: балансовые модели минерального и органического состава

Введение

Качество почвы определяется химическими, физическими и биологическими свойствами верхних 15 см (Доран и Паркин, 1996; Буато и др. , 2014) вплоть до глубины укоренения (Spoor et al., 2003). Потеря качества почвы влияет на урожайность сельскохозяйственных культур и, таким образом, является серьезной проблемой в системах интенсивного производства. Уплотнение почвы, вызванное естественными процессами (Sanborn et al., 2011) и тяжелой техникой (Alakukku et al., 2003), является одной из основных проблем деградации почвы во всем мире. Урожайность сельскохозяйственных культур может снижаться в среднем на 15% для кукурузы в зависимости от состава почвы (Duiker and Curran, 2004; Wolkowski and Lowery, 2008) до 34% для картофеля, выращиваемого на грубозернистой почве (Stalham et al., 2005; Волковски и Лоури, 2008). Таким образом, культуры картофеля и кукурузы, выращиваемые последовательно на грубозернистых почвах, могут значительно страдать от уплотнения почвы.

Естественно уплотненные слои классифицируются как фрагипан, горизонты плацик, дурипан, петрокальцит, петрогипс, сплошной ортштейн (Soil Survey Staff, 2014). Антропное уплотнение приводит к тому, что воздушное пространство почвы сокращается до <10% тяжелыми машинами и увеличивается сила сцепления между частицами (Hamza and Anderson, 2005). В пахотном слое может образоваться пахотный или пахотный поддон; «поддон для нулевой обработки» с высокой объемной плотностью, низкой пористостью и высокой механической устойчивостью может лежать в основе уменьшенного слоя уплотнения и покрывать поддон от плуга (Reichert et al., 2003; Хоканссон, 2005). Емкость для хранения воды увеличивается с глубиной поддона (Frye et al., 1985). Уплотненные слои в пределах 50 см от поверхности почвы ограничивают глубину укоренения (Grossman and Carlisle, 1969). Укореняемость затруднена, если сопротивление почвы превышает 1 МПа для картофеля и 2–3 МПа для большинства других культур (Håkansson and Lipiec, 2000; Stalham et al., 2005).

Для измерения уплотнения почвы было разработано несколько подходов (Lipiec and Hatano, 2003). Объемная плотность почвы (BD) обычно используется для характеристики состояния уплотнения почвы (Gupta and Allmaras, 1987).Степень компактности (DC) (Håkansson, 1990) определяется как отношение (BD) к эталону (BD), полученному при одноосном сжатии при статическом давлении 200 кПа. Испытание Проктора – широко распространенная процедура, применяемая к нарушенным почвам для определения устойчивости сельскохозяйственных почв к уплотнению (Ekwue and Stone, 1995; Thomas et al., 1996; Zhang et al., 1997) в широком диапазоне содержания влаги в почве. при стандартной динамической нагрузке (Hillel, 2013). Общими показателями являются максимальная объемная плотность (MBD) по тесту Проктора и критическое содержание воды (CWC), при котором достигается MBD (Zhao et al., 2007). Несмотря на важность индексов уплотнения для руководства управлением почвой, они не сообщаются в почвенных исследованиях. Прямое измерение BD требует сбора ненарушенных кернов почвы, процедура считается трудоемкой, длительной и утомительной (Suuster et al., 2011). Измерение MBD и CWC для получения DC еще сложнее и требует больше времени, чем измерение BD.

Регрессионные функции Pedotransfer были разработаны для прогнозирования BD почвы на основе физических и химических свойств почвы, таких как текстура, органическое вещество, общий азот и pH (Tranter et al. , 2007; Мартин и др., 2009 г.; Jalabert et al., 2010), содержание воды (Benites et al., 2007; Suuster et al., 2011; Brahim et al., 2012), влажность и плотность упаковки (Quiroga et al., 1999; Jones et al., 2003). Тем не менее, изменение MBD было связано с изменениями в гранулометрическом составе (Nhantumbo and Cambule, 2006; Zhao et al., 2008), особенно с содержанием глины и ила (Bennie and Burger, 1988). CWC был предсказан по текстуре почвы и содержанию органического вещества (Aragón et al., 2000). Однако гранулометрический состав и органическое вещество почвы могут лишь частично объяснить состояние уплотнения почвы.

Вяжущие вещества играют важную роль в уплотнении почвы и закупорке пор. Вяжущие вещества могут повышать устойчивость заполнителя, что приводит к более высокой прочности почвы на сдвиг (Yee and Harr, 1977). Растворенные соли, органические кислоты, гидроксиды и оксиды из вторичных минералов (Duiker et al., 2003; Sanborn et al., 2011), известь, гуминовые вещества, полимеры гидрокси-Al, фосфаты Al и Ca и Si ³⁺ , Соединения Fe ³⁺ , Al ³⁺ и Ca ²⁺ действуют как вяжущие вещества, тогда как K способствует диспергированию почвы (Page and Berrier, 1983; Haynes and Naidu, 1998). Поливалентные катионы Mn ²⁺ , Ca ²⁺ и Mg ²⁺ образуют катионные мостики с глинистыми частицами и органическим веществом почвы (Lal, Shukla, 2004; Bronick, Lal, 2005). Гидрофильные оксигидроксиды, Si-гидроксиды и амфифильные гумусовые вещества взаимодействуют в крупнозернистых почвах, способность которых удерживать воду низка по сравнению с более мелкими гранулометрическими составами (Чапек, 1984). Однако вяжущие вещества редко учитываются в моделях уплотнения.

Кроме того, мало внимания уделялось характеру данных о составе почвы и полному составу.Компоненты почвы подвержены методологической погрешности, если они не рассматриваются как данные о составе (Parent et al., 2012). Композиционные данные представляют собой пропорции суммы, такие как 100% (Aitchison, 1982), следовательно, компоненты по своей сути многовариантны и связаны друг с другом в композиционном пространстве, ограниченном от 0 до 100%: любое изменение в одной пропорции должно повлиять на другие пропорции. Van Den Boogaart и Tolosana-Delgado (2006) предупреждали, что статистический анализ композиционных данных может вводить в заблуждение или быть неприменимым из-за систематической отрицательной предвзятости (одна ковариация вынуждена быть отрицательной), субкомпозиционной непоследовательности, избыточности информации (один компонент может быть полученные путем вычитания суммы других из 100%), и ненормальные распределения (данные и связанные с ними статистические данные или прогнозируемые значения не должны находиться в диапазоне ниже 0 или выше 100%).Составы почвы и растений обрабатывались статистически с использованием логарифмических преобразований (Parent et al., 2012; Parent L.E. et al., 2013; Parent S.E. et al., 2013). Текущие исследования уплотнения почвы (например, Benites et al., 2007; Suuster et al., 2011; Brahim et al., 2012) не избегают методологической предвзятости из-за замкнутости и ложных корреляций между компонентами почвы. Преобразование данных с использованием изометрических логарифмических соотношений или ортонормированных балансов является наиболее подходящим для проведения многомерного анализа композиционных данных (Filzmoser et al. , 2009).

Цели этого исследования заключались в следующем: (i) выразить физико-химические свойства почвы с использованием объективных инструментов анализа данных о составе; (ii) связать индексы уплотнения почвы (BD, DC, MBD и CWC) с преобразованными изометрическим логарифмическим отношением основных компонентов крупнозернистых почв с использованием анализа основных компонентов и корреляционного анализа; (iii) прогнозировать BD, DC, MBD и CWC из ортонормированных балансов с использованием линейно-смешанной модели и регрессионного анализа. Мы предположили, что сочетание гранулометрического состава почвы, содержания органического вещества и минеральных вяжущих веществ по-разному влияет на сопротивление почвы уплотнению.

Материалы и методы

Материалы

Район исследований расположен в провинции Квебек, Канада (37°09′–36°42′ с.ш.; 38°48′–39°12′ в.д.). Мы отобрали 49 участков картофелеводческих ферм, где последовательности культур включали картофель ( Solanum tuberosum L. ), кукурузу ( Zea mays L.), сою [ Glycine max (L.) Merr.], пшеницу ( Triticum aestivum L.), люцерну ( Medicago sativa L.), ячмень ( Hordeum vulgare L.) и рапс ( Brassica napus L.). Почвы классифицируются как Aquents (Entisols), Orthods (Spodosols) и Udepts (Inceptisols) в системе классификации почв Министерства сельского хозяйства США (Soil Survey Staff, 2014). В июне и июле 2014 г. было отобрано 97 крупных (>20 кг) проб из 49 горизонтов А и 48 горизонтов В для проведения тестов Проктора (ASTM D1557, 2009). Глубина отбора проб менялась от участка к участку в зависимости от развития генетических горизонтов А и В. Средняя глубина отбора проб горизонта А составила 10,5 см в диапазоне 4–18 см. Глубина отбора проб горизонта В составила 17–48 см, в среднем 33 см.4 см. Образцы почвы сушили на воздухе и затем хранили при комнатной температуре. Образцы меньшего размера были отобраны в центре каждого горизонта цилиндрическим методом (Blake, Hartge, 1986).

Физические свойства почвы включали гравиметрическое содержание воды (Topp et al., 2007), BD (Blake and Hartge, 1986), гранулометрический состав, MBD (ASTM D1557, 2009), CWC (ASTM D1557, 2009), выраженные в печи. — высушенная (105°С) основа, а ДК рассчитывали как отношение БД к МБД. Доли крупнозернистого песка (0,50–2,0.00 мм), песок средний (0,25–0,50 мм) и песок мелкий (0,05–0,25 мм) определяли сухим просеиванием; доли ила (0,002–0,05 мм) и глины (< 0,002 мм) определяли модифицированным ареометрическим методом (Kroetsch, Wang, 2007). Химический анализ почвы проводился с использованием просеянных образцов размером < 2,00 мм. C и N количественно определяли методом сухого сжигания (Leco-CNS). Si, Al, Fe, Mn, Mg и Ca экстрагировали методом кислого оксалата аммония (Courchesne and Turmel, 2007), а затем количественно определяли методом индуктивно-связанной плазмы (ICP).Описательная статистика почвенных данных представлена ​​в виде необработанных данных в дополнительной таблице 1.

Логарифмическое преобразование отношения

Изометрические логарифмические отношения представляют собой ортогональные проекции композиционных данных, организованных в виде бинарных подмножеств компонентов, отображаемых в последовательном бинарном разделе (SBP) (Egozcue et al., 2003). Поскольку в композиционных векторах имеется D -1 степеней свободы (Aitchison and Greenacre, 2002), методы преобразования логарифмических отношений состоят из D -1 ILR (Egozcue et al., 2003).

Для 14 компонентов почвы имеется 13 переменных ILR, предназначенных для представления полевых файлов BD и DC (F), с одной стороны, и файлов MBD и CWC Proctor (P) с другой (рис. 1, 2). Учитывая, что гравиметрическое содержание влаги в почве относится к BD, а CWC относится к MBD, F1 был установлен как баланс между содержанием влаги в почве и твердыми компонентами, а P1 был балансом между CWC для теста Проктора и твердыми компонентами. F2 и P2 уравновешивают контрастное органическое вещество почвы с минеральными компонентами, показывая функциональную роль органического вещества в агрегации почвы. Балансы были дополнительно уточнены путем связывания других групп частиц. F4 и P4 уравновешивают контрастные минеральные частицы почвы минеральными вяжущими веществами.

Рисунок 1 . Последовательное бинарное разбиение (SBP) компонентов почвы для расчета изометрических логарифмических соотношений объемной плотности и степени компактности. SWC, влажность почвы; Фс — мелкий песок; МС, средний песок; Cs, крупнозернистый песок.

Рисунок 2 . Последовательное бинарное разделение (SBP) компонентов почвы для расчета изометрических логарифмических соотношений для максимальной объемной плотности и критического содержания воды.CWC – критическая влажность; Фс — мелкий песок; МС, средний песок; Cs, крупнозернистый песок.

ILR представляет собой нормализованное отношение между средними геометрическими двух подмножеств функциональных компонентов (помеченных «+» для частей в числителе и «-» для частей в знаменателе), рассчитанное следующим образом (Egozcue and Pawlowsky-Glahn, 2006):

ILRi=ni+ni-ni++ni-lng (ci+)g (ci-)    (1)

, где i = 1 к D -1, ILR _i — отношение i -го изометрического логарифма в i -м ряду SBP между g(ci+) и g(ci-), геометрическое означает по компонентам, а ni+ и ni- — это номера компонентов, помеченных «+1» и «-1».

Статистический анализ и разработка моделей

Численный анализ был выполнен в среде статистических вычислений R с использованием пакета составов (van den Boogaart et al., 2014) для преобразования композиционных данных в изометрические логарифмические отношения, пакета dplyr (Wickham and Francois, 2015) для общей обработки данных, Пакет nlme (Filzmoser and Gschwandtner, 2015) для разработки линейной смешанной модели и пакет pls (Revelle, 2014) для анализа главных компонентов (PCA).Мы провели PCA по (1) глубине отбора проб и балансам 13 F, чтобы синтезировать факторы, влияющие на BD и DC, и (2) балансам 13 P и балансам 12 P, чтобы определить компоненты, наиболее тесно связанные с MBD и CWC. Был проведен корреляционный анализ между выбранными главными компонентами (PC) и индексами уплотнения (BD, DC, MBD и CWC) с использованием оценок участков (49 участков для горизонта A и 48 участков для горизонта B) выбранных PC.

Оба горизонта дали градиент свойств почвы для моделей BD и DC. Балансы 13 F вместе с глубиной отбора проб в обоих горизонтах использовались для прогнозирования BD и DC с использованием линейной модели смешанных эффектов (LME) следующим образом:

, где Y — индекс уплотнения почвы (BD или DC), X — фиксированные эффекты, включая 13 балансов ILR и глубину отбора проб, β — вектор фиксированных эффектов, Z — матрица случайных эффектов, b — случайные эффекты вектор, ε — вектор ошибки наблюдения. Сайт рассматривался как случайный эффект. Для моделирования MBD и CWC горизонты A и B были разделены как разные объекты, требующие конкретных диагнозов для планирования операций фермы с использованием регрессионного анализа для каждого горизонта.Эффективность прогнозирования оценивалась с использованием информационного критерия Акаике (AIC) и коэффициента детерминации ( R ² ). Значение AIC используется для сравнения и классификации нескольких конкурирующих моделей и оценки того, какая из них наиболее близка к «реальному» процессу, лежащему в основе изучаемого биологического явления (Burnham and Anderson, 2003; Burnham et al. , 2011; Symonds and Moussalli, 2011). ). Коэффициент детерминации — это доля вариации, которую можно объяснить набором переменных-предикторов.Средняя ошибка прогноза (MPE) и среднеквадратическая ошибка (RMSE) использовались для измерения надежности моделей следующим образом:

ПДВ=1n∑i=1n(σi−ρi)    (3)
СКО=1n∑i=1n(σi−ρi)2    (4)

, где σ _i и ρ _i — наблюдаемые и прогнозируемые зависимые переменные для i -го измерения соответственно, а n — количество наблюдений. MPE указывает на среднюю недооценку (положительное смещение) или переоценку (отрицательное смещение) зависимых переменных.Для хорошего прогноза R ² должно быть как можно больше, а значение AIC, MPE, RMSE должно быть как можно меньше (Benites et al., 2007).

Результаты

Переменные, относящиеся к почве BD и DC

Первые четыре PC объясняли 71,3% общей вариации переменных, включенных в PCA (Таблица 1). Все PC показали значительную отрицательную корреляцию с BD, тогда как PC1, PC3 и PC4 значимо и отрицательно коррелировали с DC. Тем не менее, DC является более полезным индексом уплотнения, чем BD, потому что DC корректирует BD на MBD, внутреннее свойство почвы, отражающее максимальное влияние машин на ухудшение физического качества почвы.

Таблица 1 . Результаты анализа главных компонентов и нагрузок компонента на объемную плотность грунта и степень уплотнения.

Значение и знак нагрузок и коэффициентов корреляции являются мерой связи между исходными переменными и индексами уплотнения почвы.Интерпретация нагрузок в таблице 1 проста. Если нагрузки и коэффициенты корреляции имеют одинаковый знак, связь между ILR и индексом уплотнения положительная; в противном случае он отрицателен. ILR обозначаются как [+1 или группа числителя–1 или группа знаменателя], поэтому большие значения в знаменателе приводят к большему количеству отрицательных чисел в логарифмической шкале, и наоборот. Например, если Al больше загружается на F12 = [AlFe], баланс [AlFe] увеличивается. Если Fe загружается больше, баланс [AlFe] уменьшается, изменяя соотношение между балансом [AlFe] и индексами уплотнения.

Влияние PC1 и PC3 на DC было очень значительным ( P <0,01). Наибольшие нагрузки в PC1 были F3, F9, F11, F12 и F13, что указывает на то, что DC был положительно связан с минеральными вяжущими веществами, особенно Si, Fe, Al и Ca, и положительно связан с F3, следовательно, DC был выше, где отношение C/N было выше. На PC3 в первую очередь повлияла глубина выборки, F2 и F8. DC был значительно выше в горизонте B (дополнительная таблица 1). F2, представляющий баланс между органическими и минеральными компонентами, был отрицательно связан с DC.F8, соотношение между крупными и средними частицами песка, было отрицательно связано с DC. Влияние PC4 на DC также было значительным ( P < 0,05), в основном за счет F5, баланса [CS, MS, FS, илистая глина], где более крупные частицы имели тенденцию к увеличению DC по сравнению с глиной.

В отличие от DC, BD был значительно ( P <0,01) связан с PC2. На PC2 в значительной степени повлияли F1, F4, F6 и F7. F1 был отрицательно связан с BD. F4, отражающий баланс между минеральными частицами почвы и минеральными вяжущими веществами, был положительно связан с BD.Там, где минеральные вяжущие вещества загружены больше, BD был ниже. F6 и F7 представляли собой более крупные частицы в почве. Чем выше доля более крупных частиц, тем выше BD. На BD значительно, но в меньшей степени, повлияли PC1 и PC4. В соответствии с DC, BD также был положительно связан с F5, F9, F11, F12, F13 и глубиной отбора проб.

Факторы, влияющие на почву MBD и CWC

Первые четыре компонента и их загрузки для MBD представлены в таблице 2. Первые четыре ПК объясняют 77.5 и 72,7% общей изменчивости всех переменных в горизонтах А и В соответственно. Тем не менее, четвертый PC не имел существенного отношения к MBD ни в одном из горизонтов. Минеральные вяжущие вещества загружены больше всего на ПК1. MBD был отрицательно связан с балансами P9, P11, P12 и P13 в обоих горизонтах. В PC2 более высокая доля почвенной воды (P1) и органического вещества почвы (P2) имела тенденцию к снижению MBD в горизонте A, тогда как более высокая доля более крупных частиц (P5–P7) имела тенденцию к увеличению MBD в обоих горизонтах. В PC3 более высокая доля более крупных частиц, чем частиц среднего размера (P8), имела тенденцию к снижению MBD в горизонте A, тогда как более высокая доля глины, чем более крупных частиц (P5), имела тенденцию к увеличению MBD в горизонте B.

Таблица 2 . Результаты анализа основных компонентов и нагрузок для свойств грунта, связанных с максимальной объемной плотностью.

Первые четыре компонента и их нагрузки для CWC представлены в Таблице 3. Первые четыре ПК объяснили 78.0 и 76,4% общей изменчивости всех переменных в горизонтах А и В соответственно. Четыре РС были значимо связаны с CWC в горизонте A, и только третий PC был значимо связан с горизонтом B. CWC был положительно связан с балансами P9, P11, P12 и P13, включающими минеральные вяжущие вещества, которые больше всего нагружали PC1 горизонта. A. PC2 в горизонте A показал, что увеличение доли органического вещества по сравнению с твердыми минеральными веществами (P2) увеличивало CWC, тогда как более крупные частицы (P6 и P7) имели тенденцию уменьшать CWC. PC3 в горизонте A показал относительно более высокое содержание крупного песка, чем среднего песка (P8), что привело к большему CWC, тогда как более высокая доля глины, чем более крупных частиц (P5), имела тенденцию к увеличению CWC в горизонте B. Поскольку P10 способствовал больше всего к PC4 горизонта А, более высокая доля полуторных оксидов (Al, Fe, Mn), чем двухвалентных катионов (Ca, Mg), была положительно связана с CWC в горизонте A.

Таблица 3 . Анализ основных компонентов и нагрузки для свойств почвы, связанных с критическим содержанием воды.

Прогнозные модели для индексов уплотнения

BD и DC

Коэффициенты модели

и их значимость представлены в таблице 4. Балансы F2, F4, F6, F7, F9 и F12, означающие содержание органического вещества, гранулометрический состав и минеральные вяжущие вещества, существенно повлияли на прогноз BD. Балансы F1, F4, F5, F9, F10 и F12, означающие гравиметрическую влажность почвы, гранулометрический состав и минеральные вяжущие вещества, значительно повлияли на прогноз DC. MPE составлял 0,008 и 0,002 для BD и DC соответственно, что указывает на некоторую недооценку как BD, так и DC (рис. 3).

Таблица 4 . Линейные модели смешанных эффектов для объемной плотности грунта и степени уплотнения.

Рисунок 3 . Модельный прогноз (A) BD и (B) DC. BD, насыпная плотность; DC, степень компактности; AIC, также известный как информационный критерий; MPE, средняя ошибка предсказания; RMSE, среднеквадратическая ошибка.

MBD и CWC

Результаты регрессионной модели для прогнозирования MBD следующие:

Горизонт А,

МБД = 1.602 * -0.102 × P1-0.074 × P2-0.124 × P3 + 0,068 * × P4 + 0,025 × P5 + 0,023 × P6-0.001 × P7 + 0,019 × P8-0.124 * × P9 + 0,017 × P10 + 0,052 × P11 + 0,04 ×P12+0,051×P13    (R2  =0,826; MPE=-2,72E-17; RMSE=0,054),    (5)

Горизонт Б,

MBD = 1.458 * + 0,001 × P1-0.013 × P2 + 0.001 × P3 + 0,028 * × P4-0.017 × P5-0. 015 × P6 + 0,011 × P7 + 0,013 × P8-0.024 * × P9 + 0,038 × P10-0.002 × P11 +0,005×P12−0,034∗×P13     (R2  =0,731; MPE=-4,16E-17; RMSE=0,040),    (6)

Регрессионные модели для прогнозирования CWC привели к следующим уравнениям:

Горизонт А,

КЧС = 285.317 * + 13.026 × P2 + 20.038 × P3-11.287 * × P4-24.891 * × P5-7.596 × P6 + 0,776 × P7 — 3.150 × P8 + 30.057 * × P9-8.447 × P10 — 14.453 × P11 + 8.038 × P12- 4,334×P13     (R2  =0,806; MPE=-1,11E-15; RMSE=1,570),    (7)

Горизонт Б,

CWC = 142.044 + 5.236 × P2 + 19.934 × P3-3.554 × P4-3.477 × P5-5.064 × P6 + 1.432 × P7 + 0,872 × P8 + 13.345 × P9-5.229 × P10-2.772 × P11-0,455 × P12-8.437 × × × P13   (R2  =0,306; MPE=1,48E−16; RMSE=2,180),    (8)

Значения R ² были больше для MBD и CWC в горизонте А и значительно ниже в горизонте В.МБР достигалась при конкретных значениях КВК в зависимости от свойств почвы. ПДП был небольшой. Звездочка (*) в уравнениях указывает на значимые переменные при P < 0,05. Результаты показали, что небольшое количество балансов значительно ( P <0,05) повлияло на предсказание MBD и CWC. Прогноз MBD в основном включал балансы P4 и P9, которые связаны с гранулометрическим составом и минеральными вяжущими веществами. Прогноз CWC в основном касался балансов P4, P5 и P9.В обоих случаях существенными компонентами оказались минеральные вяжущие вещества.

MBD и CWC были тесно связаны друг с другом только в горизонте А (рис. 4). Таким образом, MBD сильно варьировал в горизонте A, но существенно не менялся с CWC в горизонте B. Для средней грубозернистой почвы в нашем наборе данных расчетное MBD составило 1,59 г см ^-3 для горизонта А и 1,54 г см ^{. −3} для горизонта B, а расчетный CWC составил 205 г кг ⁻¹ для горизонта A и 144 г кг ⁻¹ для горизонта B из-за больших различий в составе.

Рисунок 4 . Соотношение между максимальной насыпной плотностью (MBD, г см ^-3 ) и критическим содержанием воды (CWC, 100 кг кг ^-1 ). Открытые и закрытые символы относятся к горизонту А и горизонту В соответственно.

Обсуждение

Влияние глубины отбора проб и компонентов почвы на BD и DC

Как показали значительные различия в BD и DC между горизонтами A и B, подслои были более уплотнены, чем пахотный слой, поскольку давление, создаваемое нагрузкой на почву, увеличивает значения BD глубже в почве (Tranter et al., 2007). Исследования пришли к выводу, что небольшую часть изменчивости BD можно отнести к глубине отбора проб (Calhoun et al., 2001; De Vos et al., 2005; Heuscher et al., 2005). В настоящем исследовании глубина отбора проб не была независимой переменной, как в большинстве моделей прогнозирования BD и DC (Reichert et al., 2009), поскольку глубина отбора проб смешивается с составом почвы.

Предыдущие исследования показали, что степень уплотнения в основном зависит от влажности почвы, текстуры и содержания органических веществ (Jones et al., 2003; Хамза и Андерсон, 2005 г.; Декстер и др. , 2008). Было обнаружено, что BD уменьшается с более высоким содержанием глины и глины с илом, что согласуется с нашим результатом (Kaur et al., 2002; Benites et al., 2007; Reichert et al., 2009), тогда как влияние средний и крупный песок на БД варьировался в зависимости от почвы, региона и горизонта (Calhoun et al., 2001; Kaur et al., 2002; De Vos et al., 2005). Средний песок, по-видимому, увеличивает BD по сравнению с крупным песком в наших почвах с грубой структурой, что согласуется с предыдущими исследованиями (Suuster et al., 2011). Было обнаружено, что влияние глины на DC отрицательно связано с содержанием глины, но также должно зависеть от содержания органического вещества (da Silva et al., 1997).

Часто сообщалось, что BD почв с высоким содержанием углерода можно объяснить изменением содержания углерода, тогда как механический состав почвы оказывает основное влияние на BD почв с низким содержанием углерода (Manrique and Jones, 1991; Kaur et al. , 2002). Общий N показал отрицательную связь с BD и DC (Benites et al. , 2007). В настоящем исследовании содержание органического вещества также имело тенденцию к снижению BD и DC почв с грубым гранулометрическим составом, тогда как баланс [CN] был положительно связан с BD и DC.Баланс [CN] уменьшается от более легких твердых частиц органического вещества к более тяжелым фракциям, связанным с минеральными частицами почвы в сельскохозяйственных почвах (Yang et al., 2012). Таким образом, Total C дает частичную информацию о реальном вкладе органического вещества в устойчивость почвы к уплотнению.

Manrique and Jones (1991) предположили, что текстура и свойства почвы, отличные от органического углерода, играют более важную роль в контроле BD в более глубоких слоях почвенного профиля. Большой вклад воды в уплотнение подпочвы ожидается, прежде всего, на почвах с грубой и средней текстурой, а также на почвах с тяжелым гранулометрическим составом с высоким потенциалом усадки и набухания (Suuster et al., 2011). Баланс [содержание влаги в почве, органическое вещество, минеральные частицы почвы, минеральное вяжущее вещество] увеличивал DC, способствуя перегруппировке частиц, тогда как гравиметрическое содержание воды в почве уменьшало MBD, поскольку жидкая фаза почвы имеет низкую плотность и несжимаема.

И наоборот, хотя растворенный органический углерод (РОУ) составляет лишь небольшую часть общего углерода, он может способствовать образованию естественно уплотненных слоев (Sanborn et al., 2011). Основными источниками органического углерода в недрах являются DOC, корни растений и корневые экссудаты, а также органические частицы, переносимые с поверхности почвы (Rumpel and Kögel-Knabner, 2011).Органический C — это комплексный ключевой показатель качества почвы, характеризующийся двумя основными биохимическими пулами (Andrén and Kätterer, 1997) и несколькими размерными фракциями (Six et al., 2002; Stewart et al., 2008; Tong et al., 2014). Следовательно, общее содержание углерода следует далее разделить на несколько фракций углерода (т. е. легкую фракцию органического углерода, растворенный органический углерод и твердый органический углерод), чтобы определить их соответствующее значение в моделях BD и DC.

Влияние компонентов почвы на MBD и CWC

Фелтон и Али (1992) обнаружили, что добавление органического вещества увеличивает пористость почвы и удержание влаги, а также снижает МБД, что определяется тестом Проктора. Эффективность органического вещества зависела от состава почвы и качества органического вещества (Zhang et al., 1997). Значение органического вещества может увеличиться в тех случаях, когда живые и мертвые корни образуют более нитевидную сеть по профилю почвы (Soane, 1990). В настоящем исследовании баланс, который включал содержание органического вещества, показал незначительное влияние, вероятно, потому, что диапазон содержания органического вещества в почве был относительно узким.

Содержание глины может привести к снижению MBD (Smith et al., 1997) или малоэффективны (Aragón et al., 2000; Ball et al., 2000). Соотношение между MBD и глиной и илом является квадратичным для определенных диапазонов гранулометрического состава почвы (Nhantumbo and Cambule, 2006; Mujtaba et al., 2014). Moolman and Weber (1978) сообщили, что повышение равномерности распределения частиц по размерам приводит к более высокому значению MBD, что указывает на необходимость включения в модели MBD балансов размеров частиц, таких как P5 и P6. Напротив, Van Der Watt (1969) проанализировал почвы, где MBD можно было хорошо предсказать по крупнозернистому песку (0.5–2,0 мм). Хорошо сортированные пески имеют более высокий MBD или более низкий CWC по сравнению с плохо сортированными песками (Guerrero, 2004; Mujtaba et al., 2014).

Обычно существует тесная связь между CWC и структурой почвы или органическим углеродом (Wagner et al., 1994; Aragón et al., 2000), но в настоящем исследовании такой связи не наблюдалось, по-видимому, из-за узкого диапазона органического углерода. содержание С. Однако было обнаружено, что содержание глины линейно и положительно связано с CWC. В горизонте В КВК был плохо предсказуем.Муджтаба и др. (2014) и Guerrero (2004) обнаружили, что MBD и CWC плохо связаны в песчаных почвах. Когда в сухую почву добавляют воду, частицы поглощают водяную пленку. Определенное количество добавленной воды утолщает водяную пленку, позволяя частицам почвы скользить друг по другу в процессе, известном как смазка, который запускается мелкозернистыми частицами (Ishibashi and Hazarika, 2010). Бруанд и др. (2005) пришли к выводу, что гранулометрический состав и минералогический состав частиц ила и глины, связанных с песком, могут привести к изменениям физических свойств, т.е.г., водоудержание, сопротивление проникновению и водопроницаемость песчаного грунта. Чжао и др. (2008) сообщили, что CWC тесно связан с пределами жидкости и пластичности, которые объединяют несколько свойств почвы, таких как гранулометрический состав, содержание органического вещества и минералогия глины. Следовательно, CWC можно было бы более точно предсказать, используя ограничения для жидкости и пластика (Soane et al., 1972).

Влияние минеральных вяжущих на показатели уплотнения

Минеральные вяжущие вещества должны оказывать положительное влияние на сохранение структуры почвы и сопротивление уплотнению почвы (Лал и Шукла, 2004; Броник и Лал, 2005).Там, где среднее содержание Al, Fe, Mn, Mg и Ca было больше, значения BD и DC были меньше. Положительная взаимосвязь между F11, F12 с BD и DC, по-видимому, отражает влияние Al, Fe и Mn на массу почвы, а не на прочность почвы, поскольку плотность почвенных частиц увеличивалась с содержанием оксидов в почве, что согласуется с McKeague and Sprout (1975). ). BD и DC были положительно связаны с F13 ([CaMg]). Повышение агрегации почвы и структурной стабильности можно наблюдать в почве с высоким содержанием Ca по сравнению с Mg, что связано с более тонким радиусом гидратации Ca и его влиянием на флокуляцию глины (Favaretto et al., 2006).

Как правило, для прогнозирования MBD используются только структура почвы и органический углерод (Aragón et al., 2000; Nhantumbo and Cambule, 2006). Мы показали важность минеральных цементирующих агентов в прогнозировании MBD сельскохозяйственных почв, как это было обнаружено Zhao et al. (2008) для лесных почв Британской Колумбии, Канада. Оксиды Si, Al, Fe и Ca увеличивали CWC, но уменьшали MBD. Чжао и др. (2008) обнаружили, что оксиды Al и Fe положительно связаны с CWC, но отрицательно связаны с MBD. Концентрации оксидов Si, Mn, Al, Fe, Ca и Mg положительно связаны с CWC, поскольку такие соединения гидрофильны (Tschapek, 1984).Отрицательная связь между MBD и минеральными вяжущими веществами в нашем исследовании отражала повышенную прочность почвы из-за присутствия оксидов почвы.

Методы исправления, поддерживаемые моделями прогнозирования

Механические, биологические и химические средства могут применяться по отдельности или в комбинации для повышения устойчивости почвы к уплотнению. Влажность грубозернистых почв должна быть < 50 г кг 90 380 -1 90 381 , что значительно ниже медианного КВК, равного 205 г кг 90 380 -1 90 381 в горизонте А и 144 г кг 90 380 -1 90 381 в горизонте В, для достижения трещиноватости. и разрушение недр, избегая при этом повреждения почвы из-за уплотнения и проблем с чрезмерной осадкой или пылью (Bannan and Wrigley, 2013).Сообщалось (Goldsmith et al., 2001), что при полезной стабилизации откосов для инженерных работ, где степень уплотнения составляет 0,80–0,85, рост растений не затрудняется. Для медианных значений MBD 1,59 г см ⁻³ и 1,54 г см ⁻³ , полученных с помощью нашей прогностической модели для горизонта A и горизонта B, это означает BD 1,27–1,35 и 1,23–1,31 для горизонта A и горизонт В для средних условий нашей грубозернистой почвы.

Рыхлители

могут быть спроектированы с учетом конкретных почвенных условий (Годвин, 2007 г.) и сочетаться с системами возделывания сельскохозяйственных культур и методами обработки почвы, чтобы избежать слипания (Лампурланес и Кантеро-Мартинес, 2003 г.; Рейнтам и др., 2008). Покровные культуры, такие как райграс, могут улучшить качество почвы за счет корневых каналов и добавления органических веществ (Darby et al., 2014; McNally et al., 2015). Модели LME могут оценить потребность в поправках для восстановления баланса состава почвы для повышения устойчивости почвы к уплотнению. Почвенные добавки обычно применяются в виде навоза, гипса (SO ₄ .2H ₂ O), извести и бытовых отходов с очистных сооружений, обеспечивающих Al и Fe.

Гипс может уменьшить (1) вредное воздействие Mg на структуру мелкозернистых почв в результате более высокого радиуса гидратации ионов Mg по сравнению с Ca (Favaretto et al., 2006) и (2) подпочвенная токсичность Al в кислых грубозернистых почвах в результате нейтрализации Al сульфат-ионом (Noble et al. , 1988; Sumner, 1993). Гипс увеличил урожай кукурузы на 29-50% на супесчаных почвах (Toma et al., 1999), не только изменив баланс [CaMg] в почве, но и улучшив укореняемость растений. Благоприятное воздействие гипса в сочетании с расщеплением может длиться до 16 лет (Toma et al., 1999).

Существуют также способы изменения текстуры поверхностных почв, такие как частичное смешивание верхнего и нижнего слоев, если другие характеристики качества почвы, такие как содержание органического вещества, не подвергаются чрезмерному воздействию.Структуру почвы также можно изменить, чтобы увеличить влагоудерживающую способность грубозернистых почв, применяя к дефицитным почвам остаточные мелкозернистые почвенные материалы, прилипшие к клубням картофеля, собранные осенью перед хранением клубней.

Выводы

Сопротивление почвы уплотнению и упругость можно диагностировать по таким компонентам почвы, как гранулометрический состав, органические фракции углерода, вяжущие вещества и содержание воды. Тем не менее, современные диагностические рекомендации не включают цементирующие агенты, которые могут повлиять на коалесценцию, и, следовательно, частоту корректирующих мероприятий.В этой статье индексы уплотнения сельскохозяйственных почв с грубым гранулометрическим составом были предсказаны на основе гравиметрического содержания воды в почве, органического вещества почвы, минеральных частиц почвы и минеральных вяжущих веществ. Было обнаружено, что BD и DC уменьшаются при более высоком содержании глины и увеличиваются при более высоком содержании более крупных частиц. Содержание органического вещества имело тенденцию к снижению BD и DC почв грубого гранулометрического состава. Баланс, включающий органическое вещество, мало влиял на МСД, тогда как увеличение выравненности фракций песка приводило к более высокому значению МСД.Взаимосвязь между CWC и текстурой почвы и органическим C в настоящем исследовании не была тесной. Минеральные вяжущие вносят основной вклад в индексы уплотнения почвы. Оксиды Si, Al, Fe и Ca увеличивали BD, DC и CWC, но снижали MBD. Влияние органического вещества почвы зависело от гранулометрического состава почвы, и как органическое вещество, так и минеральные вяжущие вещества оказывали одинаковое влияние на уплотнение почвы. Балансы между компонентами учитывали взаимодействия между компонентами почвы.

Модели LME объясняют 58–64% общей изменчивости BD и DC, а регрессионные модели объясняют до 83 % общей изменчивости MBD и CWC.Наиболее надежные модели связывали состав почвы с MBD и CWC. Для средней крупнозернистой почвы наших образцов почвы расчетный CWC, полученный из наших регрессионных моделей, составил 205 г кг ^-1 для горизонта А и 144 г кг ^-1 для горизонта В. текстурированные почвы, гравиметрическое содержание воды в почве должно быть значительно ниже уровня CWC в MBD, оцененном по моделям.

Кроме того, композиционные балансы, обсуждаемые в этой статье, поднимают вопрос о том, как восстановить структуру почвы путем восстановления баланса компонентов. Диагностика уплотнения в грубозернистых почвах может помочь в принятии решений о применении не только механических корректирующих средств, но и химических, биологических и физических методов восстановления баланса почвенных составов с использованием минеральных и органических добавок, структурообразующих культур и текстурных смесей. Прогностические модели можно расширить, включив в них фракции почвенного углерода и биологические индексы качества почвы, чтобы в полной мере учесть системы баланса, контролирующие устойчивость почвы к уплотнению.

Вклад авторов

YX и LP разработали исследование.NZ совместно руководила проектом. YX, ML и MJ собрали и проанализировали образцы почвы. YX и SP проанализировали данные. YX и LP написали рукопись. MJ, SP, ML, NZ рассмотрели рукопись.

Финансирование

Этот проект получил финансовую поддержку Совета по естественным и инженерным наукам Канады (DG-2254, CRDPJ 385199–09, CRDPJ 469358–14), Международного совета канадских исследований (стипендия MAJ), Центра Sève по продуктивности растений (FRQNT) , и следующие канадские производители картофеля: Cultures Dolbec Inc. , Сент-Убальде, Квебек, Канада; Groupe Gosselin FG Inc., Пон-Руж, Квебек, Канада; Agriparmentier Inc. и Prochamps Inc., Нотр-Дам-дю-Бон-Консей, Квебек, Канада; Ferme Daniel Bolduc et Fils Inc., Перибонка, Квебек, Канада.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что это исследование получило финансирование от Cultures Dolbec Inc.; Группа Госселин ФГ Инк.; Агропарментье Инк .; Prochamps Inc .; Ferme Daniel Bolduc et Fils Inc. Спонсоры не участвовали в разработке исследования, сборе, анализе или интерпретации данных.

Дополнительный материал

Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fevo.2017.00083/full#supplementary-material

.

Ссылки

Эйчисон, Дж. (1982). Статистический анализ композиционных данных. JR Stat. соц. сер. Б Методол. 44, 139–177.

Академия Google

Эйчисон, Дж., и Гринакр, М. (2002). Биграфы композиционных данных. Дж.Р. Стат. соц. сер. Приложение C Стат. 51, 375–392. дои: 10.1111/1467-9876.00275

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Alakukku, L., Weisskopf, P., Chamen, W.C.T., Tijink, F.G.J., Van Der Linden, J.P., Pires, S., et al. (2003). Стратегии предотвращения уплотнения грунта в результате дорожного движения: обзор: Часть 1. Взаимодействие машины и почвы. Обработка почвы Res. 73, 145–160. doi: 10.1016/S0167-1987(03)00107-7

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Андрен, О.и Кеттерер, Т. (1997). ICBM: вводная модель баланса углерода для изучения баланса углерода в почве. Экол. заявл. 7, 1226–1236. doi: 10.1890/1051-0761(1997)007[1226:ITICBM]2.0.CO;2

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Арагон, А., Гарсия, М. Г., Филгейра, Р. Р., и Пачепский, Ю. А. (2000). Максимальная уплотняемость аргентинских почв по тесту Проктора: взаимосвязь с органическим углеродом и содержанием воды. Обработка почвы Res. 56, 197–204.doi: 10.1016/S.0167-1987(00)00144-6

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

ASTM D1557 (2009 г.). Стандартные методы испытаний лабораторных характеристик уплотнения грунта с использованием модифицированного усилия . Западный Коншохокен, Пенсильвания: ASTM.

Болл, Б. К., Кэмпбелл, Д. Дж., и Хантер, Э. А. (2000). Уплотнение почвы по отношению к физическим и органическим свойствам на 156 участках в Великобритании. Обработка почвы Res. 57, 83–91. doi: 10.1016/S0167-1987(00)00145-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бенитес, В.М., Мачадо, П.Л., Фидальго, Э.К., Коэльо, М.Р., и Мадари, Б.Е. (2007). Педотрансферные функции для оценки объемной плотности почвы по существующим отчетам об обследовании почвы в Бразилии. Геодерма 139, 90–97. doi: 10.1016/j.geoderma.2007.01.005

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бенни, А. Т. П., и Бургер, Р. Т. (1988). Сопротивление проникновению мелких песчаных апедальных грунтов в зависимости от относительной объемной плотности, содержания воды и гранулометрического состава. Южная Африка J. Почва для растений 5, 5–10.дои: 10.1080/02571862.1988.10634239

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Блейк, Г. Р., и Хартдж, К. Х. (1986). «Объемная плотность» в Methods of Soil Analysis. Часть 1. Физические и минералогические методы , изд. А. Клют (Мэдисон, Висконсин: Американское общество агрономии, Inc. .), 363–375.

Академия Google

Буато, Г., Гойер, К., Рис, Х.В., и Зебарт, Б.Дж. (2014). Дифференциация экосистем картофеля на основе взаимосвязей между физическими, химическими и биологическими параметрами почвы. Кан. J. Почвоведение. 94, 463–476. doi: 10.4141/cjss2013-095

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Брахим, Н., Берну, М., и Галлали, Т. (2012). Функции педопереноса для оценки объемной плотности почвы в Северной Африке: пример Туниса. Дж. Арид. Окружающая среда. 81, 77–83. doi: 10.1016/j.jaridenv.2012.01.012

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Броник, С.Дж., и Лал, Р. (2005). Структура почвы и управление: обзор. Геодерма 124, 3–22.doi: 10.1016/j.geoderma.2004.03.005

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бернхэм, К.П., и Андерсон, Д.Р. (2003). Выбор модели и мультимодельный вывод: практический информационно-теоретический подход . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer Science & Business Media.

Академия Google

Бернхэм, К.П., Андерсон, Д.Р., и Хюйварт, К.П. (2011). Выбор модели AIC и мультимодельный вывод в поведенческой экологии: некоторые предпосылки, наблюдения и сравнения. Поведение. Экол. Социобиол. 65, 23–35. doi: 10.1007/s00265-010-1029-6

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Калхун, Ф.Г., Смек, Н.Е., Слейтер, Б.Л., Бигэм, Дж.М., и Холл, Г.Ф. (2001). Прогнозирование объемной плотности почв Огайо на основе морфологии, генетических принципов и данных лабораторных характеристик. Почвоведение. соц. Являюсь. J. 65, 811–819. дои: 10.2136/sssaj2001.653811x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Куршен, Ф.и Турмель, М.-К. (2007). «Экстрагируемый алюминий, железо, марганец и кремний», в Отбор проб почвы и методы анализа, 2-е изд. ., ред. М. Р. Картер и Э. Г. Грегорич (Бока-Ратон, Флорида: CRC Press), 307–315.

Академия Google

да Силва, А.П., Кей, Б.Д., и Перфект, Э. (1997). Управление по сравнению с естественными свойствами почвы влияет на объемную плотность и относительное уплотнение. Обработка почвы Res. 44, 81–93. doi: 10.1016/S0167-1987(97)00044-5

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Де Вос, Б., Van Meirvenne, M., Quataert, P., Deckers, J., and Muys, B. (2005). Прогностическое качество педотрансферных функций для оценки объемной плотности лесных почв. Почвоведение. соц. Являюсь. Дж. 69, 500–510. doi: 10.2136/sssaj2005.0500

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Декстер, А. Р., Ричард, Г., Арруайс, Д., Чиж, Э. А., Джоливе, К., и Дюваль, О. (2008). Комплексное органическое вещество регулирует физические свойства почвы. Геодерма 144, 620–627. doi: 10.1016/j.геодерма.2008.01.022

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Доран, Дж. В., и Паркин, Т. Б. (1996). Количественные показатели качества почвы: минимальный набор данных. Спец. Опубл. 49, 25–38. doi: 10.2136/sssaspecpub49.c2

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Дукер, С.В., и Карран, У.С. (2004). «Управление покровными культурами ржи в кукурузе», в Tillage Conference for Sustainable Agriculture (Роли), 208.

Академия Google

Дукер, С.В., Ротон, Ф.Е., Торрент, Дж., Смек, Н.Е., и Лал, Р. (2003). Влияние кристалличности оксида железа (гидр) на агрегацию почвы. Почвоведение. соц. Являюсь. Дж. 67, 606–611. дои: 10.2136/sssaj2003.6060

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Эгоскью, Дж. Дж., и Павловски-Глан, В. (2006). Симпликативная геометрия для композиционных данных. Геол. соц. Лонд. Спец. Опубл. 264, 145–159. doi: 10.1144/GSL.SP.2006.264.01.11

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Эгоскью, Дж.Дж., Павловски-Глан В., Матеу-Фигерас Г. и Барсело-Видаль К. (2003). Изометрические логарифмические преобразования для композиционного анализа данных. Матем. геол. 35, 279–300. дои: 10.1023/A:1023818214614

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ekwue, E.I., and Stone, R.J. (1995). Влияние органического вещества на прочностные свойства уплотненных сельскохозяйственных почв. Пер. ASAE 38, 357–365. дои: 10.13031/2013.27804

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фаваретто, Н., Norton, L.D., Jorn, B.C., and Brouder, S.M. (2006). Гипсовая добавка и обменный кальций и магний, влияющие на фосфор и азот в стоках. Почвоведение. соц. Являюсь. Дж. 70, 1788–1796. doi: 10.2136/sssaj2005.0228

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фелтон, Г.К., и Али, М. (1992). Отклик гидравлических параметров на включенное органическое вещество в горизонте B. Пер. ASAE 35, 1153–1160. дои: 10.13031/2013.28713

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фильцмозер, П., Хрон, К., и Райманн, К. (2009). Одномерный статистический анализ экологических (композиционных) данных: проблемы и возможности. Науч. Общая окружающая среда. 407, 6100–6108. doi: 10.1016/j.scitotenv.2009.08.008

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Фрай В.В., Смит В.Г. и Уильямс Р.Дж. (1985). Экономика озимых покровных культур как источника азота для нулевой обработки кукурузы. J. Консервация почвенной воды. 40, 246–248.

Академия Google

Годвин, Р.Дж. (2007). Обзор влияния геометрии орудия на разрушение грунта и силы орудия. Обработка почвы Res. 97, 331–340. doi: 10.1016/j.still.2006.06.010

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Голдсмит В., Сильва М. и Фишенич К. (2001). Определение оптимальной степени уплотнения почвы для обеспечения баланса между механической устойчивостью и способностью к росту растений . Документ ДТИК.

Гроссман, Р. Б., и Карлайл, Ф. Дж. (1969). Фрагипанские почвы востока США. Доп. Агрон. 21, 237–279. doi: 10.1016/S0065-2113(08)60099-1

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Герреро, АМА (2004). Влияние свойств почвы на максимальную плотность в сухом состоянии, полученную в результате стандартного теста Проктора . диссертация, Орландо, Флорида: Университет Центральной Флориды.

Гупта, С.К., и Аллмарас, Р.Р. (1987). «Модели для оценки восприимчивости почв к чрезмерному уплотнению», в Достижения в области почвоведения , изд.К. Брэди (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer), 65–100.

Академия Google

Хоканссон, И. (1990). Способ характеристики состояния сплоченности пахотного слоя. Обработка почвы Res. 16, 105–120. дои: 10.1016/0167-1987(90)-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хоканссон, И. (2005). Машинное уплотнение пахотных почв. Инцидент—Последствия—Контрмеры . Шведский университет сельскохозяйственных наук, кафедра почвоведения.

Академия Google

Хоканссон, И., и Липец, Дж. (2000). Обзор полезности значений относительной объемной плотности в исследованиях структуры и уплотнения почвы. Обработка почвы Res. 53, 71–85. doi: 10.1016/S0167-1987(99)00095-1

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хамза, Массачусетс, и Андерсон, В.К. (2005). Уплотнение почвы в системах земледелия: обзор природы, причин и возможных решений. Обработка почвы Res. 82, 121–145.doi: 10.1016/j.still.2004.08.009

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хейнс, Р. Дж., и Найду, Р. (1998). Влияние внесения извести, удобрений и навоза на содержание органического вещества в почве и ее физическое состояние: обзор. Нутр. Цикл. Агроэкосистема. 51, 123–137. дои: 10.1023/A:1009738307837

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Heuscher, SA, Brandt, C.C., and Jardine, PM (2005). Использование физических и химических свойств почвы для оценки объемной плотности. Почвоведение. соц. Являюсь. Дж. 69, 51–56. doi: 10.2136/sssaj2005.0051

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гилель, Д. (2013). Основы физики грунтов . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Академическая пресса.

Академия Google

Ишибаши, И., и Хазарика, Х. (2010). Основы механики грунтов . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press.

Академия Google

Жалабер, С.С.М., Мартин, М.П., ​​Рено, Ж.-П., Булонн, Л., Жоливе, К., Montanarella, L., et al. (2010). Оценка объемной плотности лесной почвы с использованием ускоренного регрессионного моделирования. Управление землепользованием. 26, 516–528. doi: 10.1111/j.1475-2743.2010.00305.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Джонс, Р. Дж., Спур, Г., и Томассон, А. Дж. (2003). Уязвимость недр Европы к уплотнению: предварительный анализ. Обработка почвы Res. 73, 131–143. doi: 10.1016/S0167-1987(03)00106-5

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Каур, Р., Кумар С. и Гурунг Х. П. (2002). Педо-передаточная функция (PTF) для оценки объемной плотности почвы по основным данным о почве и ее сравнение с существующими PTF. Рез. почвы. 40, 847–858. дои: 10.1071/SR01023

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кроетч, Д., и Ван, К. (2007). «Распределение размера частиц», в книге «Отбор проб почвы и методы анализа», 2-е изд. , редакторы М. Р. Картер и Э. Г. Грегорич (Бока-Ратон, Флорида: CRC Press).

Академия Google

Лал Р.и Шукла, М.К. (2004). Основы физики почв . Огайо, Огайо: CRC Press.

Академия Google

Лампурланес, Дж., и Кантеро-Мартинес, К. (2003). Насыпная плотность почвы и сопротивляемость проникновению при различных способах обработки почвы и агротехники и их взаимосвязь с ростом корней ячменя. Агрон. Дж. 95, 526–536. doi: 10.2134/agronj2003.0526

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Липец, Дж., и Хатано, Р. (2003). Количественная оценка воздействия уплотнения на физические свойства почвы и рост сельскохозяйственных культур. Геодерма 116, 107–136. doi: 10.1016/S0016-7061(03)00097-1

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Манрике, Л. А., и Джонс, К. А. (1991). Объемная плотность почв в зависимости от физических и химических свойств почвы. Почвоведение. соц. Являюсь. J. 55, 476–481. дои: 10.2136/sssaj1991.03615995005500020030x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мартин, М.П., ​​Ло Син, Д. , Булонн, Л., Джоливе, К., Наир, К.М., Буржон, Г., и др.(2009). Оптимизация функций педопереноса для оценки объемной плотности почвы с использованием деревьев регрессии с усилением. Почвоведение. соц. Являюсь. J. 73, 485–493. doi: 10.2136/sssaj2007.0241

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

МакКег, Дж. А., и Спраут, П. Н. (1975). Сцементированные грунты (горизонты duric) в некоторых почвах Британской Колумбии. Кан. J. Почвоведение. 55, 189–203. doi: 10.4141/cjss75-027

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

МакНалли, С.Р., Лафлин, Д. К., Ратледж, С., Додд, М. Б., Сикс, Дж., и Шиппер, Л. А. (2015). Поступление углерода в корни под умеренно разнообразной дерниной и на обычном пастбище с райграсом и клевером: влияние на секвестрацию углерода в почве. Почва для растений 392, 289–299. doi: 10.1007/s11104-015-2463-z

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мулман, Дж. Х., и Вебер, Х. В. (1978). ‘n Ondersoek na die bydrae van die fynsandfraksie tot die verdigbaarheid van fynsandgronde в Suid-Kaapland. Агрохимофизика 10, 39–46.

Академия Google

Муджтаба, Х., Фарук, К., и Рашид, И. (2014). Экспериментальное исследование уплотняющих свойств песчаных грунтов. пак. Дж. Энгг. заявл. науч. 14, 115–125.

Академия Google

Нхантумбо, А.Б., и Камбуле, А.Х. (2006). Объемная плотность по тесту Проктора в зависимости от гранулометрического состава сельскохозяйственных почв в провинции Мапуту в Мозамбике. Обработка почвы Res. 87, 231–239.doi: 10.1016/j.still.2005.04.001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ноубл, А.Д., Самнер, М.Е., и Альва, А.К. (1988). pH-зависимость снижения фитотоксичности алюминия сульфатом кальция. Почвоведение. соц. Являюсь. Дж. 52, 1398–1402. doi: 10.2136/sssaj1988.03615995005200050036x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Пейдж, Ф. , и Берье, Дж. (1983). Состав дю материальной части, связанной с горизонтами Ортштейна, твердыми, сыпучими и цементными смесями Квебека. Кан. J. Почвоведение. 63, 435–453. doi: 10.4141/cjss83-045

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Родитель, Л. Э., де Алмейда, С. X., Эрнандес, А., Эгоскью, Дж. Дж., Гюльсер, К., Болиндер, М. А., и другие. (2012). Композиционный анализ для беспристрастного измерения агрегации почвы. Геодерма 179–180, 123–131. doi: 10.1016/j.geoderma.2012.02.022

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Родитель, Л. Э., Родитель, С.-Э., Эбер-Жентиль, В., Нэсс, К., и Лапуант, Л. (2013). Пластичность минерального баланса морошки ( Rubus chamaemorus ) на болотах Квебек-Лабрадор. утра. Дж. Растениевод. 4, 1508–1520. doi: 10.4236/ajps.2013.47183

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Родитель, С.-Э., Родитель, Л.Е., Эгоскью, Дж.Дж., Розан, Д. -Э., Эрнандес, А., Лапойнт, Л., и соавт. (2013). Ионом растений, пересмотренный концепцией баланса питательных веществ. Фронт. Растениевод. 4:39. doi: 10.3389/fpls.2013.00039

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Кирога, А. Р., Бушиаццо, Д. Е., и Пайнеманн, Н. (1999). Уплотнение почвы связано с методами управления в полузасушливых аргентинских пампасах . Обработка почвы Res. 52, 21–28. doi: 10.1016/S0167-1987(99)00049-5

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Райхерт, Дж. М., Рейнерт, Д. Дж., и Брайда, Дж. А. (2003). Qualidade душ соло электронной sustentabilidade де sistemas agrícolas. Чи. посол 27, 29–48.

Reichert, JM, Suzuki, LEAS, Reinert, D.J., Horn, R., and Håkansson, I. (2009). Эталонная насыпная плотность и критическая степень уплотнения для выращивания культур по нулевой технологии на субтропических сильно выветрелых почвах. Обработка почвы Res. 102, 242–254. doi: 10.1016/j.still.2008.07.002

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Рейнтам, Э., Трюкманн, К., и Кухт, Дж. (2008). Влияние Cirsium arvense L. на физические свойства почвы и рост сельскохозяйственных культур. С/х. Пищевая наука. 17, 153–164. дои: 10.2137/145960608785328206

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ревель, В. (2014). «психология»: процедуры психологических, психометрических и личностных исследований . Эванстон, Иллинойс: Северо-Западный университет.

Академия Google

Румпель, К., и Кёгель-Кнабнер, И. (2011). Органическое вещество глубоких слоев почвы — ключевой, но плохо изученный компонент наземного цикла углерода. Почва для растений 338, 143–158.doi: 10.1007/s11104-010-0391-5

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Персонал по исследованию почв (2014 г.). Ключи к таксономии почв, 12-е изд. . Вашингтон, округ Колумбия: Министерство сельского хозяйства США, Национальная служба охраны ресурсов.

Санборн, П., Ламонтань, Л., и Хендершот, В. (2011). Подзолистые почвы Канады: генезис, распространение и классификация. Кан. J. Почвоведение. 91, 843–880. дои: 10.4141/cjss10024

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Сикс, Дж., Callewaert, P., Lenders, S., De Gryze, S., Morris, S.J., Gregorich, E.G., et al. (2002). Измерение и понимание запасов углерода в лесных почвах путем физического фракционирования. Почвоведение. соц. Являюсь. J. 66, 1981–1987. doi: 10.2136/sssaj2002.1981

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Smith, C.W., Johnston, M.A., and Lorentz, S. (1997). Оценка восприимчивости лесных почв Южной Африки к уплотнению. II. Свойства почвы, влияющие на уплотняемость и сжимаемость. Обработка почвы Res. 43, 335–354. doi: 10.1016/S0167-1987(97)00023-8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Соан, Б.Д. (1990). Роль органического вещества в уплотняемости почвы: обзор некоторых практических аспектов. Обработка почвы Res. 16, 179–201. дои: 10.1016/0167-1987(90)

-D

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Соан, Б.Д., Кэмпбелл, Д.Дж., и Херкес, С.М. (1972). Характеристика некоторых шотландских пахотных почв сельскохозяйственными и инженерными методами. J. Почвоведение. 23, 93–104. doi: 10.1111/j.1365-2389.1972.tb01645.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Спур, Г., Тижинк, Ф.Г.Дж., и Вайскопф, П. (2003). Уплотнение подпочвы: риск, предотвращение, идентификация и смягчение последствий. Обработка почвы Res. 73, 175–182. doi: 10.1016/S0167-1987(03)00109-0

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Стюарт, К.Е., Планте, А.Ф., Паустиан, К., Конант, Р.Т., и Сикс, Дж. (2008). Насыщение почвы углеродом: связывающая концепция и измеримые запасы углерода. Почвоведение. соц. Являюсь. J. 72, 379–392. doi: 10.2136/sssaj2007.0104

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Самнер, Массачусетс (1993). Гипс и кислые почвы: мировая сцена. Доп. Агрон. США 51, 1–32. doi: 10.1016/s0065-2113(08)60589-1

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Суустер Э., Ритц К., Роосталу Х., Рейнтам Э., Кылли Р. и Астовер А. (2011). Педотрансферные функции плотности почвы гумусового горизонта пахотных почв. Геодерма 163, 74–82. doi: 10.1016/j.geoderma.2011.04.005

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Симондс, М. Р., и Муссалли, А. (2011). Краткое руководство по выбору модели, мультимодельному выводу и усреднению модели в поведенческой экологии с использованием информационного критерия Акаике. Поведение. Экол. Социобиол. 65, 13–21. doi: 10.1007/s00265-010-1037-6

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Томас, Г. В., Хаслер, Г. Р., и Блевинс, Р.Л. (1996). Влияние органического вещества и обработки почвы на максимальную уплотняемость почв по тесту Проктора. Почвоведение. 161, 502–508. дои: 10.1097/00010694-199608000-00005

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Тома, М., Самнер, М.Е., Уикс, Г., и Сайгуса, М. (1999). Длительное влияние гипса на урожайность и химические свойства недр. Почвоведение. соц. Являюсь. Дж. 63, 891–895. дои: 10.2136/sssaj1999.634891x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Тонг, X., Сюй М., Ван Х., Бхаттачарья Р., Чжан В. и Конг Р. (2014). Длительное воздействие удобрений на фракции органического углерода в красной почве Китая. Катена 113, 251–259. doi: 10.1016/j.catena.2013.08.005

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Топп, Г.К., Паркин, Г.В., и Ферре, Т.П.А. (2007). «Содержание воды в почве», в Отбор проб почвы и методы анализа, 2-е изд. , редакторы М. Р. Картер и Э. Г. Грегорич (Бока-Ратон, Флорида: CRC Press).

Академия Google

Трантер, Г., Minasny, B., McBratney, A.B., Murphy, B., McKenzie, N. J., Grundy, M., et al. (2007). Построение и тестирование концептуальных и эмпирических моделей для прогнозирования объемной плотности грунта. Управление землепользованием. 23, 437–443. doi: 10.1111/j.1475-2743.2007.00092.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чапек, М. (1984). Критерии определения гидрофильности-гидрофобности почв. Z. Für Pflanzenernähr. Боденкд. 147, 137–149. doi: 10.1002/jpln.19841470202

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ван Ден Бугаарт, К.Г. и Толосана-Дельгадо Р. (2006). Композиционный анализ данных с рандомизацией составов упаковки. Геол. соц. Лонд. Спец. Опубл. 264, 119–127. doi: 10.1144/GSL.SP.2006.264.01.09

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ван Дер Ватт, HVH (1969). Влияние гранулометрического состава на уплотняемость почвы. Агрохимофизика 1, 79–86.

Академия Google

Вагнер, Л. Е., Амбе, Н. М. , и Дин, Д. (1994). Оценка кривой плотности Проктора по внутренним свойствам почвы. Пер. ASAE 37, 1121–1125. дои: 10.13031/2013.28185

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Yang, X.M., Xie, H.T., Drury, C.F., Reynolds, W.D., Yang, J.Y., and Zhang, X.D. (2012). Определение органического углерода и азота во взвешенном органическом веществе и гранулометрических фракциях суглинка Брукстон с помощью инфракрасной спектроскопии. евро. J. Почвоведение. 63, 177–188. doi: 10.1111/j.1365-2389.2011.01421.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Йи, К.С. и Харр, Р. Д. (1977). Влияние агрегации почвы на устойчивость склонов прибрежных хребтов Орегона. Окружающая среда. геол. 1, 367–377. дои: 10.1007/BF02380505

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжан, Х., Хартге, К.Х., и Ринге, Х. (1997). Эффективность включения органического вещества в снижении уплотняемости почвы. Почвоведение. соц. Являюсь. Дж. 61, 239–245. дои: 10.2136/sssaj1997.03615995006100010033x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжао Ю., Krzic, M., Bulmer, C.E., и Schmidt, M.G. (2008). Максимальная объемная плотность лесных почв Британской Колумбии по тесту Проктора: взаимосвязь с выбранными физическими и химическими свойствами. Почвоведение. соц. Являюсь. J. 72, 442–452. doi: 10.2136/sssaj2007.0075

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжао Ю., Пет С., Крюммельбайн Дж., Хорн Р., Ван З., Штеффенс М. и др. (2007). Пространственная изменчивость свойств почвы, зависящая от интенсивности выпаса скота на пастбищах Внутренней Монголии. Экол. Модель. 205, 241–254. doi: 10.1016/j.ecolmodel.2007.02.019

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Управление почвой

Сравнение крупнозернистых и мелкозернистых грунтов для инженерных целей

Основными группами грунтов инженерного назначения являются крупнозернистые грунты — песчано-гравийные и мелкозернистые — илы и глины. Важно знать различия между мелкозернистыми и крупнозернистыми почвами, чтобы принять решение, связанное с составом почвы и размерами частиц.

Физико-механическая (нагрузочная) реакция мелкозернистых и крупнозернистых грунтов различна. Инженер-геотехник должен понимать эти различия, чтобы выбирать грунты для строительных целей и проектировать безопасные и устойчивые фундаменты (системы поддержки) для конструкций, которые должны поддерживаться на грунтах и ​​внутри них. Крупнозернистые и мелкозернистые грунты имеют разные инженерные свойства. Изменения влажности сильно влияют на поведение мелкозернистых грунтов, но не оказывают существенного влияния на поведение крупнозернистых грунтов при статической нагрузке.

Крупнозернистый грунт инженерного назначения

• Хорошая несущая способность
• Хорошие дренажные свойства, но снижено содержание мелких частиц до 5%
• Крупнозернистые грунты с угловатыми частицами имеют более высокую прочность (сопротивление сдвигу), более высокую сжимаемость и меньшую плотность, чем крупнозернистые грунты с округлыми частицами.
• Практически несжимаемый в плотном состоянии
• Инженерные свойства крупнозернистых грунтов контролируются
  • Размер частиц
  • Структурное расположение частиц
• Значительные изменения объема могут произойти, когда они ослаблены
• Вибрации усиливают объемные изменения в рыхлых крупнозернистых грунтах
• Когда крупнозернистые грунты (в основном пески) находятся ниже уровня грунтовых вод и вибрируют, например, при землетрясении, они могут стать похожими на вязкую жидкость и вызвать нестабильность и разрушение конструкций на них и внутри них

Мелкозернистый грунт для инженерных работ

• Низкая несущая способность по сравнению с крупнозернистыми грунтами
• Плохие дренажные свойства
• Однородные глины практически непроницаемы
• Инженерные свойства крупнозернистых грунтов контролируются
  • Минералогия
  • Геологические условия (т.г. многослойность)

Размер частиц достаточен для идентификации крупнозернистых почв. Мелкозернистые почвы требуют минералогической характеристики в дополнение к размеру частиц для идентификации. Распределение частиц по размерам представлено на полулогарифмическом графике % мельчайших частиц (ордината, арифметическая шкала) в зависимости от размера частиц (абсцисса, логарифмическая шкала).

График распределения частиц по размерам используется для определения различных текстур почвы (процентное содержание гравия, песка, ила и глины) в почве.Эффективный размер, D ₁₀ , представляет собой диаметр частиц, из которых 10% почвы мельче. D ₁₀ имеет важное значение для регулирования потока через почву и может существенно влиять на механическое поведение почвы.

Грубозернистый и мелкозернистый грунт, видео

Дайте нам знать в комментариях, что вы думаете о концепциях в этой статье!

Урок 3. Физические свойства почвы

Почвы представляют собой пористые и открытые тела, но они удерживают воду.Они содержат минеральные частицы многих форм и размеров и органический материал, который является коллоидным (частицы настолько малы, что остаются во взвешенном состоянии в воде) по своему характеру. Твердые частицы соприкасаются друг с другом, но они редко упаковываются настолько плотно, насколько это возможно.

Текстура

Распределение размеров первичных минеральных частиц, называемое структурой почвы , оказывает сильное влияние на свойства почвы. Частицы диаметром более 2 мм считаются инертными.Им уделяется мало внимания, если только они не являются валунами, которые мешают манипуляциям с поверхностью почвы. Частицы диаметром менее 2 мм делятся на три большие категории в зависимости от размера. Частицы диаметром от 2 до 0,05 мм называются песком ; диаметром от 0,05 до 0,002 мм — ил ; и глина. Текстурный состав почв обычно выражается процентным содержанием песка, ила и глины. Чтобы не указывать точные проценты, были определены 12 текстурных классов.Каждый класс, названный так, чтобы идентифицировать отдельный размер или отдельные частицы, оказывающие доминирующее влияние на свойства, включает диапазон распределения размеров, который соответствует довольно узкому диапазону поведения почвы. В состав суглинка входят почвы, свойства которых в равной степени контролируются глинистыми, пылеватыми и песчаными отложениями. Такие почвы, как правило, демонстрируют хороший баланс между крупными и мелкими порами; таким образом, движение воды, воздуха и корней легкое, а удержание воды адекватное. Текстуру почвы, стабильную и легко определяемую характеристику почвы, можно оценить, ощупывая и воздействуя на влажный образец, или ее можно точно определить с помощью лабораторного анализа.Почвенные горизонты иногда разделяют по механическому составу.

Структура

Любой, кто когда-либо делал грязевой ком, знает, что частицы почвы имеют тенденцию слипаться. Попытки сделать грязевые шарики из чистого песка могут быть разочаровывающими, потому что частицы песка не слипаются (слипаются), как более мелкие частицы глины. Природа расположения первичных частиц в естественно образованные вторичные частицы, называемые агрегатами , является структурой почвы .Песчаная почва может быть бесструктурной, потому что каждая песчинка ведет себя независимо от всех остальных. Уплотненная глинистая почва может быть бесструктурной, потому что частицы слиплись в огромные массивные куски. Между этими крайностями находится зернистая структура поверхностных почв и глыбовая структура недр. В отдельных случаях недра могут иметь плитчатое или столбчатое строение. Структура может быть дополнительно описана с точки зрения размера и стабильности агрегатов.Структурный класс основан на размере заполнителя, а структурный класс основан на прочности заполнителя. Почвенные горизонты можно дифференцировать по структурному типу, классу или сортности.

Что вызывает образование агрегатов и что удерживает их вместе? Частицы глины сцепляются друг с другом и сцепляются с более крупными частицами в условиях, преобладающих в большинстве почв. Увлажнение и высыхание, замораживание и оттаивание, деятельность корней и животных, механическое перемешивание участвуют в перегруппировке частиц в почве, включая разрушение некоторых агрегатов и объединение частиц в новые агрегатные группы.Органические материалы, особенно микробные клетки и продукты жизнедеятельности, действуют на цементные заполнители и, таким образом, повышают их прочность. С другой стороны, агрегаты могут быть разрушены при плохой обработке почвы, уплотнении и истощении органического вещества почвы. Таким образом, структура почвы не является стабильной в том смысле, что структура почвы стабильна. Хорошая структура, особенно в мелкозернистых почвах, увеличивает общую пористость, потому что между заполнителями образуются большие поры, обеспечивающие проникновение корней и движение воды и воздуха.

Консистенция

Консистенция представляет собой описание физического состояния почвы при различном содержании влаги, о чем свидетельствует поведение почвы при механическом воздействии или манипуляции. Описательные прилагательные, такие как твердый, рыхлый, рыхлый, твердый, пластичный и липкий, используются для обозначения консистенции. Консистенция почвы имеет фундаментальное значение для инженера, который должен эффективно перемещать материал или уплотнять его. Состав почвы в значительной степени определяется гранулометрическим составом почвы, но также связан с другими свойствами, такими как содержание органического вещества и тип глинистых минералов.

Цвет

Цвет предметов, в том числе почв, можно определить по второстепенным компонентам. Как правило, влажные почвы темнее, чем сухие, и органический компонент также делает почвы темнее. Таким образом, поверхностные почвы имеют тенденцию быть темнее, чем подпочвы. Красные, желтые и серые оттенки недр отражают состояния окисления и гидратации или оксиды железа, которые отражают преобладающие характеристики аэрации и дренажа в недрах. Красные и желтые оттенки свидетельствуют о хорошем дренаже и аэрации, что имеет решающее значение для жизнедеятельности аэробных организмов в почвах.Пятнистые зоны, пятна одного или нескольких цветов в матрице другого цвета часто указывают на переход между хорошо дренированными, аэрируемыми зонами и плохо дренируемыми, плохо аэрируемыми. Серые оттенки указывают на плохую аэрацию. Карты цвета почвы были разработаны для количественной оценки цвета.

Урок 4. Химические свойства почвы

Начало раздела почвы | Домой

Как фермеры могут выращивать урожай на более грубых почвах? — Почва имеет значение, получайте совок!

Частицы песчаных почв обычно имеют средний диаметр между 0.05 мм и 2 мм. Они являются самыми крупными типами частиц почвы — более мелкие частицы называются илом и глиной. Почва, подходящая для сельского хозяйства, состоит из смеси этих частиц, что позволяет выращивать здоровые культуры. Суглинок является особенно хорошим типом почвы для ферм. Однако иногда вы должны выращивать продукты на любой доступной почве. Это тот случай, когда я провожу свое исследование в Германии.

Есть даже более грубые типы почв. Эти «каменистые грунты» содержат частицы диаметром более 2 мм.Частицы на самом деле представляют собой фрагменты породы, которые еще не прошли процесс почвообразования. В некоторых случаях этот тип почвы может составлять 5-50% почвы фермы.

Важным аспектом ведения сельского хозяйства на каменистых почвах по сравнению с суглинистыми почвами является то, как вода движется через почву. Как вы могли себе представить, в почвах с более крупными частицами вода проходит через почву быстрее. Это означает, что он не доступен для растений легко. Суглинистые почвы могут лучше удерживать воду, обеспечивая достаточно предсказуемое снабжение культур водой.

Фермерское поле в Нижней Саксонии, Германия. Лук имеет неглубокую мочковатую корневую систему, что позволяет ему расти даже на каменистых почвах. Фермеры часто адаптируют свои культуры к имеющейся у них почве; внесение компоста может увеличить количество культур, которые они выращивают. Предоставлено: Unyal

Каменистые почвы также не удерживают питательные вещества так же, как суглинистые почвы. Частицы глины в суглинках, которых часто не хватает в каменистых почвах, удерживают и отдают растениям питательные вещества и органические вещества. Кроме того, осколки в каменистых почвах могут привести к более быстрому износу сельскохозяйственной техники.

Как фермерам адаптироваться к выращиванию на каменистых почвах?

Фермеры изучают почвы на своих фермах, прежде чем выращивать определенный вид культуры. Они определяют содержание питательных веществ и график орошения на основе своих проверок. Получив приблизительное представление о типах и условиях почвы, они думают о культуре, которая, как правило, лучше всего подходит для их почвы. Это может даже меняться от сезона к сезону — мы видим это с потеплением климата и изменениями в погодных условиях.

W между рапсовыми полями рядом с луковой фермой (вверху). Это может быть альтернативной культурой в условиях дефицита воды, таких как каменистые почвы. Предоставлено: Unyal

Чтобы повысить продуктивность каменистых почв, фермеры могут внести в почву органические вещества. Частично разложившийся садовый компост или соломенный навоз помогают удерживать влагу и питательные вещества в почве в течение вегетационного периода. Кроме того, это органическое вещество помогает поддерживать здоровые популяции почвенных микробов, червей и других живых существ в почве.

В некоторых районах Германии фермеры успешно выращивают озимую пшеницу на каменистых почвах. Это связано с тем, что озимая пшеница устойчива к засухе и требует мало питательных веществ. Фермеры могут чередовать эту культуру с культурами с короткой корневой системой, такими как лук или петрушка.

Озимая пшеница также является хорошей культурой для каменистых почв. Эта засухоустойчивая культура может расти на почвах, которые плохо удерживают воду. Предоставлено: Рафаэль Маеока

Адаптируя сельскохозяйственные культуры, которые они выращивают, фермеры могут продолжать обеспечивать продовольствием, сохраняя при этом устойчивое сельское хозяйство.Даже каменистые почвы могут питать здоровые и вкусные растения, такие как лук, который является самым потребляемым овощем в мире!

Отвечает Дип Чандра Джоши, Технический университет Брауншвейга, Германия

Чтобы получать уведомления о будущих блогах, не забудьте подписаться на Soils Matter, нажав кнопку «Подписаться» в правом верхнем углу! Узнайте больше на нашей веб-странице о почвах. Там вы найдете дополнительную информацию об основах почвы, общественных садах, зеленой инфраструктуре, зеленых крышах, загрязнителях почвы, материалы для учителей и многое другое.