Способ определения устойчивости почв и пород к водной эрозии Советский патент 1987 года по МПК A01B13/16 G01N33/24 

Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств почв и пород и может быть использовано в противоэрозионной агротехнике и гидротехнике.

Цель изобретения - сокращение времени определения и расширение диапазона получаемых характеристик за счет одновременного создания над разными точками образца разных скоростей потока воды.

Предлагаемый способ осуществляется еле- дующим образом. На дно цилиндрической емкости 1 (лучше прозрачной - для удобства наблюдения) в центр помещают отобранный образец исследуемой почвы 2 ненару- щенного сложения в виде монолита плоскоцилиндрической формы. Размер его должен быть по диаметру на 2 см .меньще диа- -метра емкости, чтобы между ее стенка.ми и образцом образовался зазор в 1 см. Толщина образца 8-12 см отклонения в ту или иную сторону существенного значения не имеет. В центре образца делают круглое сквозное отверстие 3 диаметром 6 с.м. Зазор и сквозное отверстие нужны для аккумуляции смытых почвенных частиц.

По радиусу образца с поверхности и заподлицо с ней вводят в виде створа несколько щпилек-реперов 4 с одинаковым расстоянием между ними: чем больще щпилек и меньше расстояние между ними, тем больше характеристик 1у:ожно получить. Если нужно несколько повторностей, то щпильки располагают по нескольким створам-радиусам,. Над образцом почвы в 1 см от него располагают лопастный винт 5, соединенный посредством вертикального вала с электромотором 6. Образец увлажняют до состояния капиллярной влагоемкости. В емкость наливают воду 7 так, чтобы ее поверхность покрывала винт на 8 см. Включая электромотор, придают воде вращательное движение. С по- .мощью реостата устанавливают несколько ступеней (значений) напряжения,подаваемого на электромотор, например 80, 120, 160, 200, 240В (количество их зависит от исследуемого диапазона эродируемости образца), с тем, чтобы получить равномерно возрастающие скорости движения вод,ы. Каждую ступень выдерживают одинаковое время (t). Продолжительность его зависит от целей эксперимента, можно, например, принять его равным продолжительности выпадения ливней наибольшей обеспеченности в конкретном региоке. В данном случае оно равно 20 мин. На образующейся воронке 8 вращения воды с помощью щпитценмас- щтаба 9 точно фиксируют положение по высоте точек над каждой щпилькой-репером, а также дна воронки вращения. После каждой ступени эксперимента сифоном удаляют воду и смытые частицы почвы, после чего продолжают исследования. . Преобразуя известную формулу зависимости положения точек на поверхности

5

5

0

0 5

0

5

0

вращения от угловой скорости, рассчитывают последнюю (V) по выражению

Ум1)н Z. urn ,

где g - ускорение силы тяжести,

Z -превышение над дном воронки вращения точек, находящихся над шпилька ми-реперами:

Zi Г - HI п щ,

где Г - отметка дна воронки;

Н - отметка точек на воронке вращения

над шпильками-реперами; I, II, Ш-обозначепие шпилек-реперов и точек на воронке вращения, находящихся над ними.

При каждой ступени эксперимента измеряют глубину размыва h в .миллиметрах по оголившимся концам щпилек-реперов.

Результаты наблюдений по каждому образцу заносят в таблицу и по HHV, рассчитывают остальные параметры; интенсивность размыва g при скорости V, приращение интенеивности размыва Ag при приращении скорости ЛУ, а также - интенсивность размыва g на единицу прирап1.ени я скорости.

В таблице показаны разные параметры или -характеристики, полученные в ходе экспериментов по раз.мыву двух различных образцов почв. Часть характеристик получена путем прямых замеров, часть рассчитывалась с использованием данных прямых замеров.

В таблице указаны почвы, верхний слой которых испытывался на размыв. Для удобства наблюдения над «поведением образцов серии экспериментов расположены так, чтобы скорость потока воды, которым воздействовали на почву, постоянно возрастала. Время воздействия t везде одинаково - 20 мии. В ходе каждого эксперимента учитывали расстояние до дна воронки вращения Г и до точек Н на поверхности воронки вращения, расположенных над шпильками- реперами, вставленными в образец.

По их разнице получили величину Z - пре.- вышение над дно.м воронки вращения точек, находящихся над шпильками-реперами. Эта величина позволила рассчитать скорость потока, где g - ускорение силы тяжести. По щпилькам-реперам в каждой точке наблюдения измерили глубину размыва h при разных скоростях потока. Путем деления глубины размыва на время рассчитали интенсивность размыва g. Отнимая от каждой последующей величины предыдущую (за исходную предыдущую принимали ноль, т.е. полное отсутствие скорости и размыва), получили приращение интенсивности раз- мыва Ag при соответствующем нарастании скорости. Она получилась с разными знаками, т.е. при увеличении скорости потока через некоторое время интенсивность размыва могла снижаться (это зависит от

1360602

34

свойств образца), а затем снова увеличи-Формула изобретения ваться. Аналогично получили приращение

скорости ДУ, только здесь все величиныСпособ определения устойчивости почв

положительные, так как скорость постояннои пород к водной эрозии, включающий кавозрастала. .j пиллярное смачивание образца ненарушенВ последней графе определяли прираще-ного сложения, воздействие на испытуемый

ние интенсивности размыва g на единицу при-образец потоком воды с равномерно нараращения скорости делением Ag на дУ.щиваемой скоростью, фиксирование параметЭту величину нанесли на графики отдель-ров размыва и расчет размывающих сконо для каждого образца (фиг. 2), для чер-ростей, отличающийся тем, что, с целью сокнозема обыкновенного, мощного, суглинис- ращения времени определения и расширения

того- (а) и тяжелосуглинистого (б), где надиапазона получаемых характеристик за

оси ординат откладывали g , а на оси аб-счет одновременного создания над разными

сцисс - скорость потока V. Из точки пере-точками образца разных скоростей потока

лома кривых, когда приращение интенсив-воды, испытуемый образец помещают на дно

ности размыва стало резко и постоянно,г цилиндрической емкости, заливают емкость

увеличиваться, опускали перпендикуляр наводой, а равномерное наращивание скорости

ось абсцисс и определяли ту предельнуюnotOKa получают за счет придания воде враскорость потока, превыщение которой при-щательного движения вокруг вертикальной

водило к катастрофическому разрушениюоси, фиксирование параметров размыва прообразца. Эта скорость и характеризуетводят по щпилькам-реперам, размещенным

устойчивость образца к эрозий.20 в образце.

ернозем: 6,3 7,4 1,4 2 обыкновенный

мощный

тяжело- суглинистый

0,10 см

5.37,42,11 5,57,72,2О

4.47,53,13 4,88,03,2О 5,28,53,33

0,10-1-0,100,53-(-0,53+0,19

0,05-0,050,64-нО,11-0,43

0,00-0,050,66-ьО,02-2,50

0,15-1-0,150,78+0,12+1,28

0,00-0,150,80-0,02-8,3

0,15+0,150,81+0,01+12,5

Фиг.1

+2,0:

-1,0

,0+ Ю.О0,56 1/и/с

W

1КАг/г

-10,0Составитель Е. Красавина

Редактор Л. ГратиллоТехред И. ВересКорректор А. Тяско

Заказ 5769/1Тираж 628Подписное

13НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035; Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг.г

Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств почв и пород и позволяет определять их аэродируемость в широком диапазоне скоростей водного потока. Цель изобретения - сокращение времени определения и расширение диапазона получаемых характеристик за счет одновременного создания над разными точками образца разных скоростей воды. На образце ненарушенного сложения плоскоцилиндрической формы располагают по радиусу шпильки-репера, помешают его на дно цилиндрической емкости и увлажняют до полной влагоемкости. Заполняют емкость водой и придают воде враш,ательное движение вокруг вертикальной оси, равномерно увеличивая скорость. На поверхности воронки врашения измеряют координаты точек, расположенных над шпильками-реперами, по ним рассчитывают скорость потока, а по шпилькам-реперам измеряют интенсивность размыва. По ее зависимости от скорости потока определяют устойчивость образца к водной эрозии. 2 ил. 1 табл. S (Л оо с о Ci о to