Способ отбора монолитов минеральных почвогрунтов
Владельцы патента RU 2460847:
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного использования мелиорированных земель Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИМЗ Россельхозакадемии) (RU)
Изобретение относится к инженерно-геологическим и почвенно-мелиоративным исследованиям почвогрунтов. Способ предусматривает отбор монолитов цилиндром-монолитоотборником внутренним диаметром D и высотой Н при толщине его стенки h и угле заточки его наружного режущего края U°. В почвогрунтах, обогащенных каменистым материалом, монолиты отбирают режущим цилиндром-монолитоотборником D=180…220 мм, H=D, h=3…4 мм и U=40…45°. В почвогрунтах с трещинами, ходами землероек, червей и корневых трубок растений D=180…220 мм, H=(0,8…1,0)D, h=1,5…3,0 мм и U=25…30°. В почвогрунтах со слаборазвитыми трещинами и единичными корневыми трубками растений D=130…180 мм, Н=(0,8…1,0)В, Н=1,5…3,0 мм и U=25…30°. В почвогрунтах без трещин и иных вторичных пор, практически при отсутствии крупнозема D=75…130 мм, H=(0,8…1,0)D, h=1,5…2,0 мм и U=25…30°. При разработке расчетного способа определения коэффициента фильтрации D=180…220 мм, H=(0,8…1,0) D, h=1,5…3,0 мм и U=25…30°. Во всех случаях D не превышает мощности генетического горизонта или слоя, из которого отбирают монолит. Достигается исключение грубых ошибок при определении коэффициента фильтрации и водно-физических свойств мелиорируемых почвогрунтов и повышение эффективности осушения минеральных почв.
Изобретение относится к инженерно-геологическим и почвенно-мелиоративным исследованиям почвогрунтов для их осушения и использования мелиорированных земель в Нечерноземной зоне.
В соответствии с ГОСТ 12071-84 (п.1.1) монолит - это образец грунта ненарушенного (природного) сложения. Известен способ отбора монолита режущим кольцом-пробоотборником для определения плотности грунта (ГОСТ 5180-84, раздел 6). При этом внутренний диаметр кольца-цилиндра, его высоту, толщину стенки и угол заточки наружного режущего края рекомендуют принимать с учетом наименования и состояния грунтов.
Известен способ лабораторного определения коэффициента фильтрации песчаного грунта на приборе КФ-ООМ с применением цилиндра диаметром 56,5 мм и высотой 100 мм (ГОСТ 25584-83). При этом определяют и плотность грунта по ГОСТ 5180-84.
Известные способы распространяются на грунты для строительства. Применение их в условиях почвогрунтов проблематично, так как грунты не учитывают почвообразовательного процесса.
Известен способ отбора образцов по генетическим горизонтам почвенного профиля для определения коэффициента фильтрации минеральных почвогрунтов на образцах ненарушенного (природного) сложения с использования режущего цилиндра-монолитоотборника (Изучение физических свойств почв на объектах осушения: Пособие к ВСН - 33 - 2.1.02-85 «Почвенные изыскания для мелиоративного строительства» / Ф.Р.Зайдель-ман. - М.: Главнечерноземводстрой - Ленгипроводхоз, 1988. - С.56…61; прототип). Отбор образцов при этом проводят с помощью цилиндpa с заостренным нижним торцом, а определение коэффициента фильтрации - в лабораторных условиях на малых образцах объемом 250 см3.
В известных способах отбора монолитов грунтов и в способе-прототипе для отбора монолитов почвогрунтов используют цилиндры небольшого диаметра и малого объема. Применение таких цилиндров-колец в первом приближении допустимо только для отбора монолитов в почвогрунтах со стабильной структурой, низким содержанием гумуса, слабой набухаемостью, без трещин и иных вторичных пор (ходов землероев, червей, корневых трубок растений и т.п.). Применение цилиндров малого объема дает значительную ошибку в образцах песчаных и глинистых почвогрунтов. В первом случае из-за возможного нарушения структуры при транспортировке и установке образцов для проведения фильтрационных испытаний, во втором - из-за трещиноватости и набухаемости. Вследствие появления грубых ошибок цилиндры малого диаметра и объема не применимы для определения коэффициента фильтрации трещиноватых почвогрунтов, почвогрунтов, обогащенных каменистым материалом, и после глубокого их рыхления.
Задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении достоверности и точности определения коэффициента фильтрации и водно-физических свойств минеральных почвогрунтов путем совершенствования способа отбора их монолитов.
Технический результат, полученный от решения поставленной задачи, заключается в исключении грубых ошибок при определении коэффициента фильтрации и водно-физических свойств мелиорируемых почвогрунтов и повышении эффективности осушения минеральных почв и использования мелиорированных земель.
Поставленная в изобретении задача решена тем, что способ отбора монолитов минеральных почвогрунтов, включающих немерзлые почвогрунты различного гранулометрического состава, обогащенные каменистым материалом, почвогрунты с трещинами, ходами землероек, червей и корневых трубок растений, почвогрунты со слаборазвитыми трещинами и единичными корневыми трубками растений, почвогрунты без трещин и иных вторичных пор (ходов землероек, червей и корневых трубок растений), практически при отсутствии крупнозема, для определения коэффициента фильтрации и водно-физических свойств почвогрунтов по генетическим горизонтам почвенного профиля осуществляют режущим цилиндром-монолитоотборником внутренним диаметром D и высотой Н, при толщине его стенки h и угле заточки его наружного режущего края U°. При проведении инженерно-геологических и почвенно-мелиоративных изысканий в почвогрунтах, обогащенных каменистым материалом, монолиты отбирают режущим цилиндром-монолитоотборником D=180…220 мм, H=D, h=3…4 мм и U=40…45°, в почвогрунтах с трещинами, ходами землероек, червей и корневых трубок растений D=180…220 мм, H=(0,8…1,0)D, h=1,5…3,0 мм и U=25…30°, в почвогрунтах со слаборазвитыми трещинами и единичными корневыми трубками растений D=130…180 мм, H=(0,8…1,0)D, h=1,5…3,0 мм и U=25…30°, в почвогрунтах без трещин и иных вторичных пор (ходов землероек, червей и корневых трубок растений), практически при отсутствии крупнозема D=75…130 мм, H=(0,8…1,0)D, h=1,5…2,0 мм и U=25…30°, при проведении исследований на опытно-производственных участках, объектах-аналогах, объектах с глубоким рыхлением почвогрунтов и при разработке расчетного способа определения коэффициента фильтрации D=180…220 мм, H=(0,8…1,0)D, h=1,5…3,0 мм и U=25…30°, при этом во всех случаях D не превышает мощности генетического горизонта или слоя, из которого отбирают монолит.
Данное изобретение позволяет исключить появление грубых ошибок при определении коэффициента фильтрации и водно-физических свойств минеральных почвогрунтов, повысить достоверность и точность определения их значений, расширить зону применения способа их определения на образцах ненарушенного (природного) сложения, что позволит проектировать, строить и эксплуатировать осушительные системы на минеральных почвах и использовать мелиорированные земли на более высоком технико-экономическом уровне.
На основании накопленного опыта отбора образцов монолит диаметром менее 75 мм применять нецелесообразно. В противном случае возникает проблема учета пустотности (трещины, ходы червей и корневых трубок растений) и каменистости, контактной фильтрации, а также и свойств почвогрунта, нарушенных при отборе монолита. Не рекомендуется использовать и цилиндры диаметром более 220 мм. В этом случае масса монолита с монолитоотборником приближается к 20 кг.
Предложенные толщина стенки цилиндра и угол заточки его режущей кромки обеспечивают прочность и сохранность режущей кромки.
Применение заявленного способа сбора монолитов для определения коэффициента фильтрации и водно-физических свойств минеральных почвогрунтов включает выполнение следующих операций;
1. Проведение изысканий на мелиорируемом объекте.
2. Установление строения почвенного профиля и зон распространения на объекте почвогрунтов различного гранулометрического состава, обогащенных каменистым материалом, почвогрунтов с трещинами, ходами землероек, червей и корневых трубок растений, почвогрунтов со слаборазвитыми трещинами и единичными корневыми трубками растений, почвогрунтов без трещин и иных вторичных пор (ходов землероек, червей и корневых трубок растений), практически при отсутствии крупнозема.
3. Установление зон опытно-производственных участков, объектов-аналогов, объектов с глубоким рыхлением почвогрунтов
4. Установление для выделенных зон оптимального размера режущих цилиндров-монолитоотборников.
5. Отбор монолитов минеральных почвогрунтов в выделенных зонах.
Заявляемый способ отбора монолитов минеральных почвогрунтов применен при мелиорации земель Тверской области, выполнено более 2500 определений коэффициента фильтрации и водно-физических свойств минеральных почвогрунтов. В итоге были исключены грубые ошибки при определении коэффициента фильтрации и водно-физических свойств почвогрунтов, повышена точность их определения. При этом расширена зона применения способа отбора образцов с помощью цилиндра с заостренным нижним торцом на трещиноватые почвогрунты, почвогрунты с ходами землероек, червей и корневых трубок растений и каменистые почвогрунты, а также почвогрунты с глубоким рыхлением. Это позволило снизить общее число определений при одновременном повышении точности каждого определения, снизить затраты, а в конечном итоге - проектировать, строить и эксплуатировать мелиоративные системы и использовать мелиорированные земли на более высоком технико-экономическом уровне.
Способ отбора монолитов минеральных почвогрунтов, включающих немерзлые почвогрунты различного гранулометрического состава, обогащенные каменистым материалом, почвогрунты с трещинами, ходами землероек, червей и корневых трубок растений, почвогрунты со слаборазвитыми трещинами и единичными корневыми трубками растений, почвогрунты без трещин и иных вторичных пор (ходов землероек, червей и корневых трубок растений), практически при отсутствии крупнозема, в котором отбор монолитов для определения коэффициента фильтрации и водно-физических свойств по генетическим горизонтам почвенного профиля осуществляют режущим цилиндром-монолитоотборником внутренним диаметром D и высотой Н, при толщине его стенки h и угле заточки его наружного режущего края U°, отличающийся тем, что при проведении инженерно-геологических и почвенно-мелиоративных изысканий в почвогрунтах, обогащенных каменистым материалом, монолиты отбирают режущим цилиндром-монолитоотборником D=180…220 мм, H=D, h=3…4 мм и U=40…45°, в почвогрунтах с трещинами, ходами землероек, червей и корневых трубок растений D=180…220 мм, H=(0,8…1,0)D, h=1,5…3,0 мм и U=25…30°, в почвогрунтах со слаборазвитыми трещинами и единичными корневыми трубками растений D=130…180 мм, H=(0,8…1,0)D, h=1,5…3,0 мм и U=25…30°, в почвогрунтах без трещин и иных вторичных пор (ходов землероек, червей и корневых трубок растений), практически при отсутствии крупнозема D=75…130 мм, H=(0,8…1,0)D, h=1,5…2,0 мм и U=25…30°, при проведении исследований на опытно-производственных участках, объектах-аналогах, объектах с глубоким рыхлением почвогрунтов и при разработке расчетного способа определения коэффициента фильтрации D=180…220 мм, H=(0,8…1,0)D, h=1,5…3,0 мм и U=25…30°, при этом во всех случаях D не превышает мощности генетического горизонта или слоя, из которого отбирают монолит.
