بررسی رفتار سختشوندگی در برخی از خاکهای استان همدان

پدیده سخت شوندگی یکی از نشانه های کیفیت فیزیکی ضعیف خاک است. خاک های سخت شونده خاک هایی هستند که تغییر مقاومت مکانیکی آنها با خشک شدن شدید بوده، در هنگام خشک شدن ، سخت و متراکم شده و خاک ورزی آن ها دشوار یا غیر ممکن می گردد. خاک های سخت شونده دارای دشواری هایی مانند تهویه ضعیف در شرایط مرطوب ، نفوذپذیری اندک و رواناب و فرسایش زیاد می با شند. با توجه به اینکه اکثر خاک های ایران از نظر ماده آلی فقیرند، انتظار می رود که پدیده سخت شوندگی در برخی از آنها رخ دهد. شناخت این پدیده و عوامل مهم موثر بر آن به مدیریت و بهبود این خاک ها کمک می کند . پژوهش های اندکی در مورد این پدیده در غرب ایران انجام گرفته است. این پژوهش بر روی 9 سری خاک از مناطق مختلف استان همدان (با اقلیم نیمه خشک) انجام شد. هدف از این پژوهش بررسی پدیده سخت شوندگی از راه اندازه گیری سه نوع مقاومت کششی (its)، فشاری غیرمحصور (ucs) و فروروی (pr) در نمونه های باز ساخته شده خاک (با درجه های تراکم مختلف) بود. آزمون its بر روی نمونه های ساخته شده با چهار چگالی ظاهری (bd) متفاوت که ضرایبی از چگالی ظاهری بحرانی برای رشد گیاه (bdcritical8/0، bdcritical9/0، bdcritical1 و bdcritical1/1) بودند انجام شد. آزمون های ucs و pr تنها بر روی نمونه های خاک با چگالی ظاهری bdcritical9/0 انجام گرفت. منحنی مشخصه رطوبتی خاک (swcc) برای نمونه های بازساخته شده با مقادیر چگالی ظاهری مذکور نیز اندازه گیری شده و برخی از شاخص های کمّی سخت شوندگی خاک (s، hdexter، h1، h2، s1 و s2) محاسبه شد. همچنین hblackwell و ibecher که از شاخص های کمّی سخت شوندگی مربوط به مقاومت فروروی خاک می باشند، بررسی شد. بررسی اثر تنش موثر ناشی از مکش ماتریک بر مقاومت مکانیکی خاک در هنگام خشک شدن نیز مورد توجه قرارگرفت. همچنین اثر ویژگی های ذاتی و bd بر پدیده سخت شوندگی خاک بررسی شد. بر اساس مقادیر its، مشاهده شد که در bdcritical8/0 هیچ یک از خاک ها پدیده سخت شوندگی را نشان ندادند ولی با افزایش bd پدیده سخت شوندگی در برخی از خاک ها مشاهده شد. در تمامی خاک های مورد بررسی، با افزایش درجه تراکم (bd) و افزایش مقدار رس، مقدار its افزایش یافت. همچنین اثر افزایشی مقدار رس بر ucs و اثر افزایشی مقدار کربنات کلسیم بر pr مشاهده شد. اگرچه در نمونه های بازساخته شده برای swcc، bd واقعی با bd اسمی تفاوت داشت، روند کلی تغییرات نگهداشت آب با افزایش درجه تراکم خاک منطقی و قابل توجیه بود. در بیش تر خاک ها با افزایش bd، مقادیر hdexter، h1 و h2 افزایش یافتند. با افزایش bd کاهش در مقادیر s، s1 و s2 رخ داد که دلیل آن کاهش کیفیت فیزیکی با افزایش فشردگی خاک می باشد. شیب مدل نمایی (z) برازش یافته بر منحنی مشخصه مقاومت مکانیکی به عنوان شاخص سخت شوندگی خاک رابطه ای مثبت با مقدار شن و رابطه ای منفی با مقدار سیلت برقرار کرد. پارامتر برازش ns در مدل ون گنوختن برای منحنی مشخصه مقاومت مکانیکی نیز با مقدار رس رابطه مثبت و با مقدار شن رابطه منفی داشت. در این پژوهش بین hblackwell یا ibecher و ویژگی های ذاتی خاک رابطه معنی داری دیده نشد. شیب (?) رابطه مقاومت مکانیکی با تنش موثر می تواند شاخصی از سخت شوندگی خاک باشد. شاخص ? رابطه ای مثبت با مقدار رس ریز و رابطه ای منفی با مقدار سیلت خاک نشان داد. رابطه بین میانگین شاخص های کیفیت فیزیکی و سخت شوندگی با میانگین bd (bdaverage) برای تمامی خاک های مورد بررسی ارزیابی شد. روابط منفی برای شاخص های کیفیت فیزیکی (s ، s1و s2) و روابط مثبت برای شاخص های سخت شوندگی(hdexter، h1 و h2) به دست آمد. روابط مثبت و معنی داری بین hdexter و نسبت s / hi در تمامی مقادیر bd مشاهده شد. بررسی چگونگی تغییر شیب این رابطه با bd نشان می دهد که با افزایش درجه تراکم (کاهش s و افزایش hi) استعداد خاک برای سخت شوندگی بیش تر می شود. با توجه به نتایج به دست آمده، مقاومت فروروی به عنوان بهترین مقاومت مکانیکی برای بررسی پدیده سخت شوندگی خاک انتخاب شد زیرا برای نمونه بیش ترین مقادیرpr بیشینه و hdexter، و کم ترین مقدار sدر bdcritical9/0 در یک خاک به دست آمد که بیان گر پایداری و اعتمادپذیری این مقاومت می باشد. پیشنهاد می شود در آینده اثر برخی از ویژگی های ذاتی مانند مقدار رس ریز و کانی های رسی بر پدیده سخت شوندگی در خاک های همدان ارزیابی شود.