样品的表观密度定义为样品质量与未更改体积之间的商,该体积包括样品中包含的所有空间或孔。如果有空气在这些空间中,表观密度ρ b,或堆积密度为:
ρ b =质量/体积=质量的颗粒的质量+ 空气的/音量颗粒 +卷空气
图1.堆积密度对于表征土壤非常重要。资料来源:维基共享资源。
在计算土壤样品的容重时,必须将其在105℃的烤箱中进行预干燥,直到质量恒定为止,这表明所有空气都已蒸发。
根据此定义,土壤的表观密度或干密度以这种方式计算:
ρ 小号固体元件/的重量= 固体体积+ 孔体积
表示为M s的干重或质量,V t = V s + V p的总体积,公式为:
ρ 小号 = M 小号 / V 吨
单位
国际单位制中的堆积密度单位为kg / m 3。但是,其他单位,例如g / cm 3和毫克/立方米:Mg / m 3也被广泛使用。
当涉及非均质和多孔材料(例如土壤)时,表观密度的概念非常有用,因为它表明了它们的排水和通气能力以及其他特性。
例如,与多孔土壤不同,多孔性较差的土壤具有高堆积密度,致密且易于浇水。
当样品的孔中有水或其他流体时,干燥后的体积会减少,因此,在进行计算时,有必要知道原始水的比例(请参见已解决的示例)。
土壤容重
通常,包括土壤在内的各种材料的表观密度是高度可变的,因为存在诸如压实度,有机物的存在,其质地,结构,深度等因素,这些因素会影响形状和形状。孔隙空间的数量。
土壤被定义为无机物质,有机物质,空气和水的异质混合物。它们的触感可以是精细,中等或粗糙的,而组分颗粒可以多种方式排列,这是一种称为结构的参数。
有机质含量高,结构良好的精细土壤往往具有较低的表观密度值。相反,具有较少有机质和较少结构的厚土壤往往具有较高的价值。
根据质地的表观密度
根据其纹理,表观密度具有以下值:
质地 | 表观密度(g / cm 3) |
---|---|
精细 | 1.00-1.30 |
中位数 | 1.30-1.50 |
毛 | 1.50-1.70 |
这些值用作一般参考。在植物残渣丰富的豌豆土壤中,表观密度可以低至0.25 g / cm 3,如果是火山矿物土壤,则其表观密度约为0.85 g / cm 3,而在非常致密的土壤中,其表观密度则为1.90 g / cm 3。厘米3。
根据深度的表观密度
表观密度值也随着深度的增加而增加,因为土壤通常更密实,有机物百分比较低。
地形的内部由称为地平线的水平层或地层组成。地平线具有不同的纹理,组成和压实度。因此,它们表现出表观密度方面的变化。
图2.显示不同层位的土壤剖面。资料来源:维基共享资源。
对土壤的研究是基于土壤的轮廓,它由不同的视野组成,这些视野以有序的垂直方式相互跟随。
如何测量表观密度?
由于堆积密度的可变性非常大,因此通常必须直接通过各种程序进行测量。
最简单的方法是从土壤中提取样品,将一个带有已知体积的太空金属圆柱体插入其中,并确保不压实土壤。密封提取的样品,以避免湿度损失或特性改变。
然后在实验室中提取样品,称重,然后放入105ºC的烤箱中干燥24小时。
尽管这是找到土壤干密度的最简单方法,但对于质地非常松散或满是石头的土壤,并不是最推荐的方法。
对于这些,优选的是挖洞并保存提取的泥土的方法,这将是干燥的样品。通过将干沙子或水倒入挖坑中来确定样品的体积。
在任何情况下,都可以从样品中确定非常有趣的土壤特性以对其进行表征。以下已解决的练习描述了如何进行。
运动解决
从样品筒中取出长度为100 mm的粘土样品,其内径也是100 mm。当称重时,获得了1531g的质量,一旦干燥,其就减少到1178g。颗粒的比重为2.75。要求计算:
a)样品的堆积密度
b)水分含量
c)空隙率
d)干密度
e)饱和度
f)空气含量
解决方案
未改变的体积V t是样品的原始体积。对于直径D和高度h的圆柱体,其体积为:
V 气缸 = V 吨基×高=πD的面积= 2 /4 =π×(100-×10 -3米)2 ×100×10 -3米/ 4 =0.000785米3
该声明指出样品的质量为M s = 1531 g,因此根据开头给出的方程式:
ρ b = M 小号 / V 吨 =1531克/0.000785米3 = 1950319克/米3 = 1.95毫克/米3
解决方案b
由于我们具有原始质量和干燥质量,因此样本中包含的水的质量就是这两者的差:
M 水 = 1531克-1178克= 353克
样品中水分的百分比计算如下:
水分百分比=(水的质量/ Ms)x 100%=(353克/ 1178克)= 29. 97%
解决方案c
为了找到空隙率,必须将样品的总体积V t分解为:
V t = V 颗粒 + 孔体积
颗粒所占的体积是从干重和比重获得的,这些数据是从陈述中获得的。比重s g是标准条件下材料的密度与水的密度之间的商,因此,材料的密度为:
ρ= s g xρ 水 = 2.75 x 1 g / cm 3 = 2.75 g / cm 3
ρ= M s / V s →V s = 1.178 g / 2.75 g / cm 3 = 0.428 cm 3 = 0.000428 m 3
样品中空隙的体积为V v = V 吨 - V 小号 =0.000785米3 - 0.000428米3 =0.000357米3。
空隙率e为:
e = V v / V s = 0.000357 m 3 / 0.000428 m 3 = 0.83
解决方案d
样品的干密度如引言中所示:
ρ 小号实体元件/体积=重量固体 +体积孔隙 =1178克/0.000785米3 = 1.5毫克/米3
解决方案
饱和度为S =(V water / V v)x 100%。既然我们知道了在b)项中计算出的样品中水的质量及其密度,则可以立即计算出其体积:
ρ 水 = M 水 / V 水 →V 水 = 353克/ 1克/厘米3 = 353厘米3 = 0.000353 m 3
另一方面,在c)项中计算了空隙体积
S =(0.000353 m 3 / 0.000357 m 3)x 100%= 98.9%
解决方案
最后,空气的百分比含量为A =(V air / V t)x 100%。空气量对应于:
V v - V 水 =0.000357米3 - 0.000353米3 =0.000004米3
A =(V 空气 / V t)x 100%=(0.000004 m 3 / 0.000785 m 3)x100%= 0.51%
参考文献
- Berry,P.土壤力学。麦格劳·希尔。
- 构造。表观密度。从以下位置恢复:construmatica.com。
- NRCS。土壤容重。从以下位置恢复:nrcs.usda.gov。
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- 维基百科。堆积密度。摘自:en.wikipedia.org。
- 维基百科。地板。摘自:en.wikipedia.org。