ПРИБОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВЫ Советский патент 1936 года по МПК G01N9/36 

Предлагаемым прибором могут быть определены следующие водные и физические свойства почвы, которые перечисляются в порядке определения их помощью прибора:

1. Объемный вес почвы при различных степенях увлажнения.

2. Влагоемкость капиллярная (полная).

3. Водопроницаемость (фильтрация).

4. Удельный вес почвы (вещества).

5. Набухаемость почвы (изменение объема в см³).

6. Энергия набухаемости (давление, развиваемое почвой при набухании в кг/см²), причем требуется дополнительное присоединение динамометра.

На этом же образце может быть изучено и вызывающее действие воды на соли. Таким образом, все перечисленные свойства определяются в одном образце.

Прибор годен для работы как в полевой, так и в лабораторной обстановке.

Основное назначение прибора - это определение объемных изменений почвы при смачивании ее водою и тех изменений объема, которые последуют при высыхании почвы.

Попутно же определяются все остальные перечисленные свойства с точностью, не уступающей, а для некоторых и превышающей точность существующих до сих пор способов. Основная часть прибора - цилиндр занимается образцом почвогрунта с исходным объемом до 170 мм, остальные 30 мм являются запасными. Отсюда исходный объем цилиндра, а следовательно и монолитного образца точно равен 1499,5 см³ или практически 1500 см³.

На чертеже фиг. 1 изображает продольный разрез через прибор; фиг. 2 - поперечный разрез по линии CD; фиг. 3 - деталь соединения стрелки PD с пояском.

Цилиндр C₁ (фиг. 1 и 2) имеет в нерабочем состоянии диаметр 106 мм и высоту 200 мм и состоит из ленты дюралюминия или прокатанной латуни 0,5 мм с заходящими при диаметре его 106 мм краями на 15 мм. На середине цилиндра прикреплены две направляющих полоски Р (фиг. 3) с зажимным винтом Z для основания, на котором смонтирована стрелка PD с тонким латунным пояском L, окружающим цилиндр C₁. В верхней части, против стрелки PD укреплен щиток со шкалой (фиг. 1 и 3).

Для улавливания изменений высоты образца почвы служат две круглые пластинки: верхняя С диаметром 100 мм и нижняя фасонная D диаметром 180 мм, центр которой, радиусом 40 мм, сетчатый.

Эта пластинка скреплена с ведерцем, служащим для переноса на весы и обратно заряженного прибора; к ней же прикреплен наглухо стержень длиною 210 мм, наверху которого трубкой с винтом на шарнире укреплена вторая стрелка h. Эта стрелка на шкале, поделенной на 110 мм, показывает высоту образца. Точками опоры для нее служат два конуса K₁ и K₂, укрепленные на верхней пластинке. Переставляя с одного на другой, можно иметь два показания стрелки, т.е. двукратное увеличение истинного измерения и пятикратное. Подобное переключение для стрелки PD осуществляется перенесением оси (винтика), а для стрелки h поворотом на 90° верхней пластинки. Для каждой установки стрелок имеется на щитке своя шкала. Исходное положение отмечается на шкале для стрелки PD 0,3, что соответствует 33,3 см окружности образца (условный нуль), а для стрелки h 0,0, что соответствует высоте 170 см. Следовательно объем образца с такими показаниями стрелок равняется 1499,5 см³ или (округленно) 1500 см³.

Минимальное показание шкалы соответствует 0,5 мм как для двукратных, так и пятикратных увеличений. Крупные деления относятся к пятикратным, а мелкие - к двукратным увеличениям. Пятикратным увеличением удобно пользоваться при слабо набухающих почвах, двукратным - при сильно набухающих.

Для придания образцу почвы формы правильного цилиндра к прибору прилагается проточенное калибровочное кольцо диаметром у режущего края 106 мм и верхнего 110 мм, высотою 20 мм (на чертеже не показанное).

Следующей частью прибора является подставка, имеющая желобок для установки нижней фасонной пластинки, на которой помещается цилиндр; сбоку на уровне желобка устроен трубчатый отросток для присоединения пьезометрической трубки F и в нижней части находится сливная трубка Е для создания напора при насыщении образца водою и отвода фильтрационных вод.

При изучении фильтрации, которая ведется большею частью после всех определений, вводится еще одна часть, а именно изолирующий цилиндр размерами 285 мм высотой и 200 мм диаметром, который устанавливается в кольцевой желобок нижней фасонной пластинки.

Соединение, не пропускающее воды, очень хорошо и дешево осуществляется надеванием на нижний край цилиндра и фасонной пластинки, разрезанной вдоль резиновой трубки диаметром 0,5 см и скрепленной в виде кольца. Изолирующий цилиндр и фасонная пластинка прижимаются к подставке тремя винтами. Одна четверть изолирующего цилиндра забрана стеклом g для удобства наблюдения за стрелками во время работы.

Цилиндр служит для целей создания водной изоляции вокруг образца и определения удельного веса.

Кроме изолирующего цилиндра имеется еще кольца фильтрации I диаметром 80 мм и высотою 110 мм, служащее для отграничения вертикально фильтрующихся вод и, наконец, последними частями прибора являются два сосуда Мариотта с водомерными трубками для питания прибора водою, емкостью по 4 литра каждый, стакан для сбора фильтрационных вод, бурик трубчатый диаметром 10 мм и длиной 200 мм с шомполом для взятия проб на влажность, кожухи железные 110 мм диаметром и 18 см высотой, кожух-калибровка высоты размером 110 мм диаметром и 17 см высотой, подставка на уравнительных винтах с уровнем (на чертеже не показанных).

Все части прибора луженые или никелированные, за исключением изолирующего цилиндра баков, калибровки, бурика и кожухов. Лужение применено с целью возможности изучения химического состава как фильтрата, так и самого почво-грунта, после насыщения или фильтрации и предохранения прибора от ржавления.

Определение всех перечисленных выше свойств производится в одном и том же образце почво-грунта с нарушенным и ненарушенным сложением и структурой. В поле, пользуясь обыкновенной почвенной ямой при почвенных обследованиях, или же буром Петрова при стационарных исследованиях, для изучения динамики почвенных свойств и почвенного состава выбирается образец почво-грунта без нарушения сложения и структуры размерами 20 см высотою и 12 см диаметром; при этом необходимо тщательное калибрование образца на месте по окружности.

Если образец взят из ямы, то он калибруется помощью калибровочного кольца и, если взят буром Петрова, то должен соответствовать размерам 17 см по высоте и 106 см диаметром; следовательно, бур должен будет иметь указанные размеры. После калибрования по диаметру на образец надевается кожух-калибровка по высоте и образец ножовкой отделяется и аккуратно обрезается вровень с краями калибровки высоты.

Если образец не сразу поступает а поле для анализа, то на него надевается кожух, крышка которого обливается по краям расплавленной смесью парафина и канифоли для устранения испарения почвенной влаги и прочности укупорки. Лучше перед заключением в кожух обернуть по окружности образец восковкой.

Если хотят вести все определения в поле или же приступить к анализу полученного в лаборатории образца, то поступают так. Определяется тара прибора взвешиванием с точностью до 1 г, причем в тару входят цилиндр со стрелкой и шкалой, подставка с ведерцем и верхняя пластинка. После этого на откалиброванный образец, поставленный на фасонную подставку, монтируют прибор. Сначала на образец надевается цилиндр, затем на среднюю борозду надевается латунный поясок со стрелкой PD натягивают латунную ленту резинкою, причем стрелка должна установиться на 0,3. Если образец после калибрования изменился в объеме, то стрелка покажет условный нуль в правой стороне от 0,3. Цилиндр прибора устанавливается на нижнюю фасонную подставку в отмеченное место; вверху устанавливается верхняя пластинка с конусами и через них перекладывается стрелка h, которая, если образец был откалиброван по высоте в 17 см, должна показать на шкале 0,0. Таким образом смонтированный прибор взвешивается с образцом почвы и готов к производству определений.

Техника определений отдельных свойств подробно излагается в порядке производства их в статье автора, напечатанной в 1 выпуске Известий Северо-Кавказского Научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации 1934 г. (Новочеркасск).

1. Прибор для исследования физических свойств почвы, как-то: объемного веса почвы при различных степенях увлажнения, полной капиллярной влагоемкости, водонепроницаемости, удельного веса, набухаемости и энергии набухаемости почвы, отличающийся тем, что, с целью сохранения структуры исследуемого образца при объемном расширении его, измерительный цилиндр, занятый образцом почвы, выполнен разрезным по его образующей и снабжен разрезным пояском, связанным на концах со стрелкой PD на шкале.

2. При приборе по п. 1 применение связанной с верхней пластинкой стрелки h для измерения высоты образца почвы.

3. При приборе по пп. 1 и 2 применение сосудов Мариотта с водой для увлажнения испытуемого образца почвы.

4. При приборе по пп. 1-3 применение пьезометрической трубки для измерения давления воды при определении коэфициента фильтрации.