Диссертация (Моделирование порового пространства и гидрофизических свойств почв для обоснования мелиоративных мероприятий и технологий), страница 7

Это связано с тем, что для поверхностных слоев время релаксациизначительно меньше, чем для более глубоко расположенных слоев. Крометого, давление почвенной толщи верхних слоев на нижележащие приводит ктакому увеличению плотности, на фоне которого вклад уплотняющеговоздействия техники малозаметен. Часто к ошибкам (как к завышению, так изанижению значений на 5-7%) приводит сам эксперимент, связанный свыемкой образца почвы из места залегания. Усреднение значений плотностипо некоторому объему приводит к потере информации о переуплотненном иизбыточно рыхлом слое почвы.В работе Сироткина В.М.

найдена относительная чувствительностьизмерений уплотнения различными методами. Рассмотрены относительныеошибки измерений коэффициента фильтрации (δK) и объемной массы (δρ). Очувствительности измерений тем или иным методом можно судить по37отношению этих величин [192]:δK/δρ = (3ρs +ρ)/2(ρs-ρ).(1.4.4)Для количественной оценки значений чувствительности использованывзятые из литературных источников экспериментальные данные, которыеобработаны по формуле (1.4.4).

Результаты представлены в таблице 1.1.Анализ табличных данных показывает, что чувствительность оценкиуплотненногосостоянияпорезультатамизмерениякоэффициентафильтрации в среднем в 3-5 раз выше чувствительности оценки порезультатам измерения объемной массы почвы.Таблица 1.1 – Оценка уплотнения почв по значениям плотности икоэффициента фильтрации [192]Почва и угодьяДерново-сильноподзолистаялегкосуглинистая наморенных отложениях(целина)Дерново-сильноподзолистаялегкосуглинистая наморенных отложениях(пашня)Чернозем обыкновенный налессовых отложениях(целина)Чернозем обыкновенный налессовых отложениях(пашня)горизонт Глубина, смА1А2В1САпА2В1В2А1А2В1В2ВкАпАпВ1В2Вк5-1522-3264-74104-1140-2736-4660-7074-842-1212-2230-4057-6787-970-1010-2029-3954-6486-96ρ, г/см3ρs, г/см3δК/δρ1,231,291,661,721,141,571,621,791,151,171,311,371,511,091,111,281,411,532,522,622,672,712,532,632,692,692,552,582,652,682,722,582,602,602,702,733,403,444,794,973,144,464,535,483,143,163,463,594,022,983,013,443,684,051.4.2.

Изучение состояния почвы по значениям твердостиТвердость почвы один из показателей, определяемых при проведенииагротехнической оценки и контроля при испытании плугов и машин дляглубокой обработки почвы, согласно нормативно-технической документации38(ГОСТ 20915 - 75, РД 10.4.1 - 89). По Н.В. Щучкину [228, 229] твердостьпочвы есть сопротивление проникновению в нее под давлением какого-либотела (конуса, цилиндра и пр.). В.Р.

Вильямсом [49] природа твердостиобъясняется на понятии связности, которое совпадает с физическимпонятием сцепления [77].Твердость почвы используется как один из важнейших показателей,позволяющих оценить обрабатываемый слой как среду прорастания корней,выбрать тот или иной способ, либо глубину обработки, получитьпредставлениеокачествевыполнениякультуртехническихиагротехнических операций, связанных с рыхлением почвы. Функциональныезависимости, связывающие твердость почвы с ее влажностью и долейфизической глины, в ней содержащейся были получены А.А.

Вилде, А.С.Львовым и А.Ф. Вадюниной [48, 42, 43] и др. П.У. Бахтин получил линейныеотносительно влажности зависимости аналогичного вида [31, 32]:Т = - 0,472 W+59,15,(1.4.5)где: Т - твердость почвы (104 Па); W - относительная влажность, (%).Формула (1.4.5) получена для дерново-подзолистой почвы, поэтомуописание взаимосвязи влажности и твердости для других типов почв с еепомощью затруднено.На твердость почвы во многом влияют состав почвенных агрегатов имикроагрегатов, содержание почвенной влаги и воздуха.

Влага влияет натвердость, поскольку является связующим твердые почвенные частицызвеном. Для измерений твердости используются как достаточно сложныеэлектронно-механические устройства, так и примитивные (сбрасываемые напочву с определенных высот деформаторы различных размеров и формы).Однако на практике, измерение твердости часто проводится путемвдавливания в почву плунжера, часто имеющего цилиндрический иликоническийнаконечник.Разделивусилиевдавливаниянаплощадьпоперечного сечения плунжера, получают значение твердости.

[133].Зависимости твердости от ряда гидрофизических показателей для39различных почв получены Мишиным П.В. [140]. В проведенных имэкспериментальных исследованиях для вспашки определено влияние Тп продольной твердости почвы на Ккп - удельное сопротивление рабочегооргана. Получены зависимости между Тв - вертикальной твердостью и Тп.

Каквидно из рисунков 1.5 и 1.6, удельное сопротивление корпуса Ккп на всехисследованныхтипахпочвысростомпродольнойтвердостиТпувеличивается по нелинейной зависимости.Твердость почвы существенно повышается (до 2-4 МПа и выше) [134,140] при прохождении ходовых систем. Поскольку твердость почвы зависитот типа почвы, ее структурности, от типа возделываемой культуры, характерапредшествующей обработки, т.е. является важным показателем физикомеханических свойств, она может быть использована для описания состоянияпочвы.Рисунок 1.5 - Зависимость Ккп от Тп [148]:1-супесь; 2-средний суглинок,3-тяжелый суглинок, 4-обобщеннаяРисунок 1.6 - Зависимость Тп от Тв[140]: 1-супесь; 2-среднийсуглинок, 3-тяжелый суглинок, 4обобщеннаяВ исследованиях П.В.

Горохова [64] рассмотрена связь твердости состепенью разрыхления почвы. Для некоторых типов почв полученыкорреляционные связи между твердостью почвы и размерами образованных врезультате обработки агрегатов. Было установлено, что твердость почвыуменьшается с уменьшением размеров составляющих ее агрегатов, такимобразом, твердость почвы уменьшается с возрастанием степени ее40разрыхленности.Описать процессы взаимодействия плунжера с почвой на базеизвестных законов деформирования тел (при сжатии и сдвиге) закона Гука,характеризующего упругое поведение твердых тел можно только в пределахмалых деформаций, а закона Ньютона, описывающего вязкое течение можнопри постоянной скорости плунжера. Абсолютная величина объемнойдеформации почвы за малый промежуток времени, пропорциональнаскорости деформирования, а объем почвы, задействованной в процесседеформирования пропорциональна скорости распространения деформаций впочве.На величину измеренной твердости влияют форма плунжера, площадьего поперечного сечения, скорость погружения плунжера.

В связи с этимзначения твердости в том виде, в каком они в настоящее время измеряются,представляют собой трудно сопоставимые данные, которые сильно зависятот человеческого фактора и требуют устранения ряда существенныхнедостатков. В соответствии со стандартными методиками и нормативнотехнической документацией [150], появляется потребность в стандартизацииизмерений или разработке альтернативных показателей воздействия напочву.Среднее давление – отношение веса неподвижной машины к площадиконтакта ее с поверхностью почвы. Согласно ГОСТ 24096-80 и ГОСТ 2695586 при влажности почвы равной наименьшей влагоемкости среднее давлениедолжно лежать весной в пределах от 80 кПа, при влажности равной половиненаименьшей влагоемкости.

В летний период для аналогичных значенийвлажности до 180 кПа и от 100 кПа до 200 кПа. Методика определениясреднего давления и требования к экспериментам для гусеничных иколесныхтракторовсодержитсявГОСТ7057-81.Обоснованиеиспользования среднего давления как характеристики определяющейуплотняющее воздействие основано на предположении о том, что присравнительно малых деформациях почва является линейно-деформируемым41телом.Исследованиямеханическоговоздействиянапочвуполучилитеоретическое развитие в работах [162, 185].

Н.А. Цытовичем полученаформула определяющая W - перемещение точек в направлении действиялокализованного приложения силы F [215, 216]:W=F ⎛ z 2 2(1 − μ ) ⎞⎜ +⎟,4πG ⎜⎝ R3R ⎟⎠(1.4.6)где z - высота изучаемой точки; G = Е/(2+2μ) - модуль сдвига; R – радиус; μ коэффициент бокового расширения.В реальных условиях существуют участки, для которых давлениезначительно превышает среднее значение. В тех случаях, когда численныезначениямаксимальногопропорциональности,следовательно,давлениядлякоторыхвозникаютнеупругиепревышаютпочвапределылинейно-деформируема,остаточныедеформации.Примногократном механическом воздействии на почву эти деформациинакапливаются. Расчет по среднему давлению, не позволяет сделать вывод обэтих нюансах. Поэтому в ряде работ максимальное давление на различныхглубинахопределяетсяэкспериментально[110,121].Использованиеразнообразных датчиков до и после прохождения техники позволяетанализировать произошедшие в ней изменения.

Расчет максимальногодавления для штампов различных форм и размеров дает возможностьанализировать параметры воздействия движителей на почву, найденные измодельных опытов [133].Однако при перемещении техники из-за неровностей, неоднородностейповерхности поля и неравномерности скорости движения изменяетсяимпульсмашины.Этоприводиткпоявлениюдобавочнойсилывоздействующей на почву. Поскольку сила имеет случайный характер, этозначительно затрудняет расчеты. Поэтому такие критерии, как среднее илимаксимальное давление на почву, только частично, фрагментарно отражаютреальное воздействие и их использование для оценки ограниченно.421.4.3.

Анализ энергетического подхода к исследованию крошения почвыТеория крошения и разрушения почв была предложена в работахмногих ученых. В способе изучения крошения, предложенном П.У.Бахтиным, основными используемыми величинами являются средний размерпочвенного агрегата и процентное соотношение между агрегатами пыльюкак.СогласноП.У.Бахтинувысшемукачествуобработкипочвысоответствует 90...100 % – ное содержание агрегатов размером менее 50 мм ине более 5 % пыли (частицы менее 0,25 мм), 70...90 % агрегатов и 5...10 %пыли соответствует хорошему качеству, 50...70 % агрегатов и 10...15 % пыли– удовлетворительному [31, 32].

Однако изучать крошение почвы пораспределению агрегатов почвы по размерам, полученному методомпросеивания почвы через набор сит – трудоемкая задача. К тому же сампроцесс просеивания через сита существенно влияет на результат, посколькууменьшается средний размер агрегатов, а сам визуальный контроль не даетнадежной точности оценки и не обеспечивает достаточной информативности.При энергетическом рассмотрении процессов крошения полезнорассмотреть различные подходы:- работа совершаемая при дроблении прямо пропорциональнаприращению площади поверхности частицы (П. Риттингер, 1867);- работа совершаемая при дроблении частицы прямо пропорциональнаизменению ее первоначального объёма (В.Л.