بخشی از مقاله
مقدمه
حدود پایداری - آتربرگ - خاک از ویژگیهای مکانیکی مهم خاک میباشد که در خاکهای چسبنده برای اهداف مهندسی بهکار میرود و همبستگی بالایی با سایر ویژگیهای خاک دارد. در کشاورزی نیز این ویژگی مکانیکی خاک کاربرد دارد. با توجه به اهمیت حدود پایداری و وقتگیر بودن و نیاز به تجربه کافی برای اندازهگیری آنها، لازم است که این خصوصیات با استفاده از سایر ویژگیهای زودیافت خاک با دقتی قابل قبول برآورد شوند. حدود آتربرگ یک معیار تعریف شده برای میزان رطوبت خاک است. بر اساس این معیار برای میزان رطوبت موجود در خاک تعریف میشود: حد انقباض - SL - ، حد خمیری - PL - و حد روانی . - LL - خاکهای ریزدانه براساس میزان آب جذب شده توسط آنها، حالتهای مختلفی به خود میگیرند. این سه حد مرز میان چهار حالت خاک که شامل سفت - جامد - ، نیمه سفت - نیمه جامد - ، خمیر - پلاستیک - و مایع - روان - میباشند. حد انقباض کم کاربردترین حد آتربرگ میباشد. این حد در واقع مقدار رطوبتی است که خاک با از دست دادن بیشتر از آن، کاهش حجمی نخواهد داشت. حد خمیری، رطوبتی است که در آن نقطه خاک از حالت نیمه سفت به حالت خمیر در میآید و حد روانی درصد رطوبتی است که در آن یک توده شیار داده شده توسط شیارکشی با ابعاد استاندارد، درون دستگاه حد روانی استاندارد در اثر 25 ضربه در طولی معادل 7/12 میلیمتر به هم میرسد Stuart et al., ] .[2014, ying and gi, 2009 میرخانی و همکاران - 1386 - طی تحقیقی نشان دادند که حد روانی و حد خمیری با متغیرهای ظرفیت تبادل کاتیونی، جرم مخصوص ظاهری و رطوبت اشباع خاک به صورت معنیداری تغییر میکند. حد روانی و خمیری با افزایش مقدار رس افزایش مییابد. در واقع با کاهش اندازه ذرات، رطوبت حد خمیری و روانی افزایش یافته اما افزایش حد روانی بیشتر میباشد. در نتیجه افزایش شاخص خمیرایی بیش از حد خمیری میباشد .[budhu, 2001]
حدود آتربرگ برای طبقهبندی خاکهای چسبنده بسیار مهم بوده و برای تفسیر مقاومت کششی، ظرفیت بردباری، تراکمپذیری و پتانسیل انقباض خاکها مفید میباشد .[Mcbride, 2002] تلاش محققان روی تعیین همبستگی بین زاویه اصطکاک خاک و شاخصهای خاک مانند حدود آتربرگ متمرکز شده است .[Kaya and Kwong, 2007] طبق تحقیق بر روی خاکهای مناطق گرمسیری برای توسعه مدلهای ساده برآورد و توصیف خواص مهندسی خاک با استفاده از خصوصیات زود یافت خاک، یک رابطه خطی بین حد روانی ، حد خمیری و حد انقباض از یکسو و ظرفیت تبادل کاتیونی، مواد آلی و درصد رس از سوی دیگر نشان دادند .[Mbagwu and Abeh, 1998] در تحقیق انجام شده توسط مرادی - 2013b - ، تاثیر کربن آلی بر حدود پایداری و پارامترهای تحکیم روی چهار بافت خاک در عمق 0 تا 30 سانتیمتری بررسی و مشخص شد که تغییرات کربن آلی از 0/3 درصد در خاک لومی رسی تا 1/28 درصد در خاک رسی بوده است. همچنین نتایج نشان داد که مواد آلی به طور معناداری باعث افزایش ویژگیهای مکانیکی خاک و کاهش تحکبم آن شده و در آزمایشها حد روانی، حد خمیری و شاخص خمیرایی افزایش داشته و بیشترین این مقدار در بافت رسی دیده شده است. ارتباط بین کربن آلی و حدود پایداری خاک بهصورت خطی معنادار شده و کربن آلی یکی از مشخصههای مهم حدود آتربرگ و پایداری خاک بیان شده است .[Moradi, 2013b] در تحقیق مشابهای مرادی [2013a]، تاثیر ظرفیت تبادل کاتیونی بر حدود پایداری و شاخص خمیرایی روی چهار بافت خاک در عمق 0 تا 30 سانتیمتری، بررسی و عنوان کرده که کمترین و بیشترین مقدار ظرفیت تبادل کاتیونی بهترتیب در خاک لومرسی و رسی بوده است. نتایج نشان داد که حد خمیری خاک ارتباط مستقیم و معنی داری با ظرفیت تبادل کاتیونی خاک دارد و در تمام آزمایشها، حد روانی، حد خمیری و شاخص خمیرایی افزایش داشته و بیشترین این مقادیر در بافت رسی دیده شده است. در خاک رسی مقدار حد روانی به طور معنیداری بیشتر از حد روانی و شاخص خمیرایی، در خاکهای دیگر گزارش شده است .[Moradi, 2013a] با توجه به اهمیت حدود پایداری در خاکهای مختلف و تأثیر آن در اندازهگیری مقاومت خاک، هدف از این پژوهش بررسی تأثیر درصد رطوبت اشباع و پارامترهای شیمیایی خاک از قبیل ماده آلی، درصد آهک، قابلیت هدایت الکتریکی، pH و ظرفیت تبادل کاتیونی بر حدود پایداری - آتربرگ - خاکها در شیبتپهای که فرسایش خمیریشکل در آن رخ داده بود، و پیشبینی احتمال وقوع فرسایش مذکور میباشد.
مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه شیبتپه مورد مطالعه در فاصلهی 25 کیلومتری از شهرستان رابر واقع در استان کرمان میباشد که در طول جغرافیایی"59 49° 48 17"- 49° 48 و عرض جغرافیایی 32° 30 12"- 32° 30 28" واقع گردیده است - شکل . - 1 این منطقه بهطور متوسط 2043 متر از سطح دریا ارتفاع داشته و بخشی از حوزهی آبخیز شهرستان رابر استان کرمان میباشد. حوزه آبریز رابر-کرمان دارای مساحتی بالغ بر 4256098 هکتار در بخش جنوب شرقی کشور واقع گردیده است که دارای سه نوع کاربری اراضی مرتع، پوشش جنگلی و زراعت است. حوزه آبریز رودخانه رابر-کرمان از بخش شمالی به حوزه آبریز کویر لوت، از شرق به حوزه آبریز رودخانه سجد - از سرشاخههای شمالی هلیلرود - و از بخش جنوبی به حوزهی آبریز رودخانه شور و دهرچ - از سرشاخههای شمال باختری هلیلرود - محدود میگردد. قلمرو مطالعاتی با سیمای کاملا کوهستانی و مرتفع از مناطق سردسیر و ییلاقی حوزه آبریز هامون جازموریان و استان کرمان محسوب میشود که متوسط ارتفاع آن از سطح دریا 4380 متر میباشد. خاکهای موجود در این منطقه دارای رژیم رطوبتی زریک و اریدیک میباشد که گروه هیدرولوژیکی غالب آنها C است، اگرچه در برخی مناطق AD میباشد. شکل .1 شیبتپه مورد مطالعه واقع در 25 کیلومتری شهرستان رابر در استان کرمان - طول جغرافیایی 49° 48 17"- 49° 48 59" شرقی و عرض جغرافیایی 32° 30 12"- 32° 30 28" شمالی -
روش تحقیق
دو پروفیل به ترتیب در بالای شیب - بیشترین فرسایش - و انتهای شیب - کمترین فرسایش - شیبتپهای که فرسایش خمیریشکل در آن رخ داده بود، به منظور بررسی اثر ویژگیهای شیمیایی و درصد رطوبت اشباع خاک بر حدود آتربرگ، بر اساس روش پیشنهادی سزگی و همکاران - 2006 - حفر گردید. مطالعات صحرایی و تشریح پروفیلهای حفرشده براساس راهنمای طبقه بندی اراضی انجام و نهایتا ردهبندی خاکها بر اساس سیستم طبقهبندی آمریکایی - 2006 - انجام شد. در دو پروفیل حفر شده، از افقهای مختلف نمونههای دستخورده جهت تعیین خصوصیات شیمیایی و درصد رطوبت اشباع خاک در سه تکرار تهیه گردید. پس از نمونهبرداری، نمونههای خاک هوا خشک و پس از عبور از الک 2 میلیمتری، آزمایشهای شیمیایی مختلف بر روی آنها انجام گرفت. ماده آلی به روش والکلی و بلک [Walkley and Black, 1934]، میزان کربنات کلسیم معادل به روش تیتراسیون معکوس [Nelson, 1982]، ظرفیت تبادل کاتیونی به روش باور[Bower et al ., 1952]، قابلیت هدایت الکتریکی - Ec - عصاره اشباع در سوسپانسیون 1:2 خاک به آب و با دستگاه هدایتسنج [Rhoades, 1996] و pH خاک در گل اشباع با استفاده از دستگاه pHمتر [Thomas, 1996] تعیین شدند.
به منظور تعیین حدود پایداری - آتربرگ - ، حد روانی، حد خمیرایی و شاخص خمیرایی محاسبه گردید. حد روانی به روش تک نقطهای یا تک نمونهای با استفاده از دستگاه کاساگراند اندازهگیری شد. بدین صورت که نمونه خاک هوا خشک شده را از الک 4 میلیمتر عبور داده و حدود 100 گرم از آن را داخل بشر ریخته و مقداری آب به آن اضافه و خمیری یکنواخت تهیه شد. سپس خمیر تهیه شده را داخل جام دستگاه کاساگراند ریخته و با شیارکش، شیاری در امتداد محور جام ایجاد کرده و دسته دستگاه با سرعت حدود دو ضربه در هر ثانیه چرخانده شد. این کار تا زمان بسته شدن شیار در طولی به اندازه 13 ضربه انجام و تعدا ضربات لازم برای بسته شدن شیار ثبت گردید. خمیر مورد نظر به گونه ای ایجاد شد که شیار در فاصله بین 20 تا 30 ضربه بسته شد. سپس مقداری خمیر از قسمت بسته شده شیار داخل جام برای تعیین مقدار رطوبت برداشته شد .[Klute, 1986] در نهایت حد روانی از معادله 1 بدست آمد: - 1 - LL=Wn× - N/25 - 0.121 که در آن Wn درصد رطوبت مربوط به بسته شدن شیار در طول 7/12 میلیمتر، N تعداد ضربات و LL حد روانی میباشد.
