بررسی خواص رئولوژیک پنج رده خاک در استان چهارمحال و بختیاری

سابقه و هدف: ویژگی های رئولوژیکی خاک ها (از جمله تغییرشکل و رفتارهای ویسکوالاستیک آن ها در برابر تنش برشی) می توانند اطلاعات مهمی در مورد پایداری ساختمان خاک و ریزخاک دانه ها فراهم آورند. یکی از جدیدترین روش های ارزیابی پایداری خاک دانه ها، استفاده از مباحث رئومتری در این ارتباط است. به عبارت بهتر، از رئومتری می توان برای ارزیابی رفتار الاستیک خاک در مقابل رفتار پلاستیک آن در طیفی از تغییرشکل خاک دانه ها استفاده کرد و بدین ترتیب تفسیر کمی بیشتری از تشکیل یا پایداری خاک دانه ها در برابر تنش وارده بر آن ها را محاسبه نمود. در دهه اخیر، آزمون روبشی دامنه کرنش به منظور ارزیابی پایداری ریزساختار خاک و رفتارهای الاستیکی آن استفاده شده است. پژوهش حاضر در راستای تعیین پایداری خاک دانه و رفتار ویسکوالاستیک خاک با استفاده از رئومتر طراحی شده است. در پژوهش حاضر، ویژگی های فیزیکی، شیمیایی، کانی شناسی رس و طبقه بندی رده های خاک غالب استان چهارمحال و بختیاری در راستای تعیین پایداری خاک دانه ها و رفتار ویسکوالاستیک خاک ها با استفاده از روش رئومتری، مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفته است.مواد و روش ها: پنج خاک رخ مختلف در شهرستان های شهرکرد، فارسان و کوهرنگ تشریح و نمونه برداری شد. پس از هواخشک و الک کردن نمونه های خاک برداشت شده از افق های ژنتیکی این خاک رخ ها، ویژگی های فیزیکی و شیمیایی مورد نیاز با استفاده از روش های استاندارد اندازه گیری شدند. هم چنین، نوع کانی های رسی آن ها به روش پراش پرتو ایکس تعیین گردید. به علاوه، از آزمون روبشی دامنه کرنش برای کمی سازی مقادیر اولیه پارامترهای رئولوژیکی شامل مدول های ذخیره (G') و اتلاف (G")، حد تغییرشکل (γL: هنگامی که ماده شروع به تغییرشکل غیر قابل برگشت می کند)، تغییرشکل در نقطه جریان (γf: هنگامی که ماده وارد فاز ویسکوز می شود و جریان می یابد)، ضریب اتلاف (tan δ = G''/ G') و انتگرال z (سطح بدون بعدی که رفتار الاستیک ماده تحت تنش برشی را نشان می دهد) در راستای مطالعه پایداری ریزساختار و ریزخاک دانه های نمونه های برداشت شده از رده های پنج گانه مزبور استفاده شد. در نهایت، ترسیم نمودار هم-بستگی بین ویژگی های خاک و پارامترهای رئولوژیکی اندازه گیری شده با استفاده از نرم افزار R انجام گرفت. یافته ها: خاک رخ های مورد مطالعه بر مبنای سامانه های رده بندی آمریکایی و طبقه بندی جهانی، به ترتیب در پنج رده و چهار گروه مرجع مختلف شامل انتی سول (کرایوسول در طبقه بندی جهانی)، ورتی سول، مالی سول (کاستانوزم در طبقه بندی جهانی)، آلفی سول و اینسپتی سول (کلسی سول در طبقه بندی جهانی) قرار گرفتند. تجزیه و تحلیل نیمه کمی کانی های رسی نیز نشان داد که این خاک رخ ها دارای کانی های مختلفی از جمله کائولینیت، ورمی کولیت، اسمکتیت، ایلیت، کلریت و کوارتز می باشند. نتایج حاصل از آزمون روبشی دامنه کرنش، حاکی از آن بود که حد تغییرشکل در افق های زیرسطحی به طور قابل توجهی بالاتر از افق های سطحی خاک و در خاک های رسی بیشتر از خاک های شنی بود. خاک های دارای خواص ورتیک، دارای محدوده بالاتری از ناحیه خطی ویسکوالاستیک (LVE) بوده که به خاصیت الاستیک بالای آن ها نسبت داده شد. خاک های دارای رس بیشتر و متکامل تر، پارامترهای رئولوژیکی بالاتری را نشان دادند که می تواند حاکی از پایداری بیشتر ریزساختار و خاک دانه های ریز این خاک ها نسبت به دیگر رده های خاک باشد. در مقابل، افق هایی که دارای درصد بالاتر شن و تکامل کمتری بودند، پارامترهای رئولوژیکی پایین تری داشتند که نشان دهنده عدم پایداری ریزخاک دانه ها در این افق ها بود. ضریب همبستگی پیرسون نشان داد که انتگرال z تحت تاثیر ویژگی های مختلف فیزیکی و شیمیایی خاک ها قرار می گیرد و به طور معمول در خاک هایی با درصد رس بالاتر، نوع کانی های رسی ۲:۱ غالب به همراه میزان بالاتر ظرفیت تبادل کاتیونی، انتگرال z هم بالاتر است. نتیجه گیری: در مجموع، اندازه گیری پارامترهای رئولوژیکی نشان داد که خاک های متکامل تر نسبت به خاک های با ساختمان توسعه نیافته یا کمتر توسعه یافته، دارای پایداری ریزساختاری بیشتری هستند. در نتیجه، پارامترهای رئولوژیکی می توانند برای شناسایی مهمترین عواملی که روی خاک دانه سازی تاثیر می گذارند مفید باشند. به علاوه، این پارامترها می توانند به عنوان شاخصی برای ارزیابی مقدار نسبی تکامل خاک در مطالعات آتی مد نظر قرار گیرند.

کلیدواژه ها:

رئومتری ، آزمون روبشی دامنه کرنش ، تکامل خاک ، رفتار ویسکوالاستیک خاک ، کرایوسول