بخشی از مقاله
چکیده
خاك تحت تأثیر نیروهاي بیرونی عمدتاً در اثر تنشهاي برشی گسیخته می شود. در این پژوهش نمونههاي دستخورده از خاك سطحی یک طرح پژوهشی درازمدت مدیریت پسماند گیاهی تحت تناوب جو-ذرت برداشت شد. پارامترهاي مقاومت برشی - چسبندگی؛ C و زاویه اصطکاك داخلی؛ - φ نمونه هاي تهیهشده از 4 روش مدیریت بقایاي گیاهی
- سوزاندن بقایا، ResB؛ برگرداندن بقایا به خاك، Res؛ برگرداندن بقایا همراه با اوره به خاك، ResN و برگرداندن بقایا همراه با کود گاوي پوسیده به خاك، - ResFYM در دو مقدار رطوبت خاك - برابر 0/9 حد خمیري - PL - و - 1/05PL و با دو پیش بار 100 - و 200 کیلوپاسکال - با آزمایش برش مستقیم تعیین گردید. در هر دو مقدار رطوبت و پیش بار بیشترین مقدار چسبندگی مربوط به روش مدیریتی ResN بود. در پیشبار 100 کیلوپاسکال و مقدار رطوبت 14/7 درصد و نیز در پیشبار 200 کیلوپاسکال و مقدار رطوبت 16/7 درصد کمترین مقدار چسبندگی مربوط به تیمار ResFYM بود.
واژههاي کلیدي: مقاومت برشی، چسبندگی، زاویه اصطکاك داخلی و پسماند گیاهی
مقدمه
خاك تحت تاثیر نیروهاي بیرونی عمدتاً در اثر تنشهاي برشی گسیخته میشود. مقدار تنش برشی بیشینه در لحظه گسیختگی را مقاومت برشی مینامند - روشن ضمیر؛ وفائیان، . - 1376 کولمب - 1772 - براي نخستین بار رابطه مربوط به
مقاومت برشی خاك را به صورت زیر بیان نمود:
این معادله که یک رابطه تجربی است، به پوش گسیختگی در مختصات ૌ-φ موسوم است که شیب آن نسبت به امتداد افق ضریب زاویه اصطکاك داخلی - که نشاندهنده میزان تاثیر تنش قائم بر مقاومت برشی است - و عرض از مبداء آن
چسبندگی - مقاومت خاك در تنش قائم صفر - میباشد - شکل . - 1 بنابراین، مقاومت برشی خاك داراي دو پارامتر میباشد:
چسبندگی - C - 1 و زاویه اصطکاك داخلی. - φ - 2
شکل -1 پوش گسیختگی کولمب.
اگر نمونهاي از خاك تحت نیروي برشی قرار گیرد، منحنی تنش برشی-کرنش آن با توجه به شرایط خاك، مشابه یکی از منحنیهاي شکل 2 خواهد بود. همانگونه که در شکل 2 نشان داده شده است، خاك سیمانی - منحنی الف - نقطه گسیختگی مشخصی را دارا میباشد، در صورتی که یک خاك سست هیچ نقطه مشخص گسیختگی نداشته بلکه با افزایش کرنش
- تغییر شکل - تنش برشی تا سطح بیشینه به طور مجانبی - منحنی ب - افزایش مییابد. منحنی ج رفتار خاك سفت و متراکم ولی نه سیمانی را نشان میدهد. براي منحنی هاي الف و ج، مقدار مقاومت برشی کاملاً معلوم است، ولی براي منحنی ب مشخص نیست. در منحنی ب، به نظر میرسد که شکست و در نتیجه تسلیم یا روانی پلاستیکی رخ داده باشد و مقدار مجانب نیروي برشی را میتوان برابر مقاومت به برش در این وضعیت خاك در نظر گرفت. اگر مقدار تنش عمودي وارد بر خاك تغییر یابد، شکل منحنیها تغییر یافته و در نتیجه مقدار نیروي برشی بیشینه تغییر میکند. افزایش نیروي عمودي باعث افزایش نیروي برشی بیشینه میگردد. بنابراین مقاومت برشی تابعی از نیروي عمودي وارد بر سطح گسیختگی میباشد - بهروزي لار، . - 1379
شکل -2 نمودار تنش برشی – کرنش براي سه وضعیت خاك: الف: سیمانی، ب: سست و ج: متراکم.
فاکتورهاي زیادي رفتار مکانیکی خاکی را که تحت بارهاي برشی قرار گرفته است تحت تاثیر قرار میدهند. برخی از این فاکتورها عبارتند از: بافت و ساختمان خاك، مقدار رطوبت ، ماده آلی، چگالی ظاهري خاك، نوع وسیلهاي که بار برشی را وارد میکند و نرخ برش. مقاومت برشی خاك وابستگی زیادي به چگالی و محتواي رطوبت خاك دارد - موذن، 2002؛ اهیو و همکاران، . - 1985 پژوهشگران زیادي به بررسی ارتباط بین پارامترهاي مقاومت برشی و مقدار رطوبت خاك پرداختهاند که همگی گزارش کردند که ویژگیهاي مقاومتی خاك در یک دامنه رطوبتی ویژه به حداکثر مقدار خود میرسند - کویپرز و کروسبرگن، 1966؛ لیانگ و همکاران، . - 1995 کوماندي - 1992 - گزارش کرد که زاویه اصطکاك داخلی با افزایش مقدار رطوبت کاهش مییابد در حالیکه وي تغییرات چسبندگی را با تغییر رطوبت غیریکنواخت گزارش نمود. کویپرز و کرسبرگن - 1966 - و آیرز - 1987 - افزایش هر دو پارامتر مقاومت برشی خاك را با افزایش چگالی ظاهري خاك گزارش نمودند. کوماندي - 1992 - به بررسی اثر نسبت پوکی بر چسبندگی و زاویه اصطکاك داخلی روي پنج نمونه خاك پرداخت و دریافت که هر دو پارامتر مقاومت برشی با افزایش نسبت پوکی کاهش مییابند. استیب و ترپسترا - 1982 - بیان نمودند که مواد آلی باعث کاهش چگالی ظاهري و افزایش نگهداشت رطوبت شده که هر دوي این مؤلفهها مقاومت برشی را کاهش میدهند - استیب و ترپسترا، . - 1982 سانگ و همکاران - 2003 - گزارش نمودند که با افزایش مواد آلی از 6/96 به 12/45
درصد زاویه اصطکاك داخلی و چسبندگی هر دو کاهش یافتند - سانگ و همکاران،. - 2003
مواد و روشها
مکان نمونهبرداري خاك، از طرح پژوهشی افزودن دراز مدت بقایاي گیاهی به خاك که در مزرعه پژوهشی دانشکده کشاورزي دانشگاه صنعتی اصفهان - لورك نجف آباد - بود. طرح پژوهشی یادشده از سال 1380 تحت تناوب جو-ذرت در مزرعه در حال اجرا است. جو هر سال در نیمه اول خرداد ماه برداشت شده و در تیمارهایی که بقایاي آن به خاك برگردانده میشد، بقایا بلافاصله پس از برداشت جو توسط رتیواتور خرد شده و بدون مخلوط شدن با خاك با شخم توسط گاوآهن برگرداندار تا عمق 30 سانتیمتر به خاك برگردانده میشد. بقایایی که به خاك برگردانده میشد شامل کل کاه و کلش ریخته شده از پشت کمباین و ته ساقهها بود. وزن بقایا سالانه به طور میانگین 3500-3000 کیلو گرم در هکتار بود. تیمارهاي طرح شامل سوزاندن بقایا، ResB؛ برگرداندن بقایا به خاك، Res؛ برگرداندن بقایا همراه با 72 اوره به خاك، ResN و برگرداندن بقایا همراه با 6430 کیلوگرم در هکتار کود گاوي پوسیده به خاك، ResFYM بود. در هر روش مدیریتی نمونه برداري در سه تکرار صورت گرفت.
نمونههاي خاك - از خاك هوا-خشک عبور داده شده از الک 2 میلیمتر - با قطر 25/5 و ارتفاع 10سانتیمتر با دو مقدار رطوبت مختلف 14/7 و 16/7 درصد ساخته شد و براي شبیهسازي دو نوع تردد با تراکتور در مزرعه - در بستر کاملاً تهیه شده با چگالی ظاهري تر - 1/4 g cm -3 دو پیشبار 100 و 200 کیلو پاسکال انتخاب شده و به نمونهها وارد شد - شکل . - 3 پس از اعمال پیشبار، نمونه بزرگ خاك نیمساعت تحت بار باقی ماند. سپس با قالبهاي دستگاه برش مستقیم به قطر 6/3 و ارتفاع 2 ساتنی متر، سه نمونه دست نخورده تهیه از نمونه بزرگ گردید. آزمایشها در سه تکرار انجام گرفت. دیواره قالبها پیش از نمونهگیري با یک لایه نازك گریس پوشانده شد تا هنگام خروج نمونه خاك و انتقال آن به جعبه برش نمونه راحت خارج شده و آسیب نبیند. در قسمتهاي بالا و پایین نمونه در جعبه برش دیسکهاي شیار داري که امتداد شیارهاي آنها عمود بر امتداد نیروي برش بود قرار گرفت. شیار دیسکها در درون نمونه نفوذ کرده و نمونه را به صورت ثابت در جاي خود نگه میدارند. جعبه برش به صورت دو نیم جعبه است که در هنگام آزمایش نیم جعبه بالایی ثابت بوده
