تعيين محتواي آب لنز براي چند چيدمان مختلف از ذرات بيضوي در خاك‌هاي غيراشباع

Determination of the lens water content for several different configurations of elliptical particles in unsaturated soils

تا به امروز كليه محاسبات مربوط به تعيين مقدار محتواي آب موجود در بين ذرات خاك در حالت غيراشباع براساس فرض دايروي بودن دانه هاي جامد خاك انجام گرفته است و با استفاده از اين فرض ساده كننده بسياري از كميت هاي ديگر نظير مكش ماتريسي و تنش موثر ناشي از كشش آب اطراف ذرات نيز مورد بررسي قرار گرفته است. لكن در مقاله حاضر با فرض بيضوي بودن دانه هاي خاك براي سه حالت مختلف از چيدمان ذرات بر روي هم، مقدار محتواي آب لنز به روش حجمي مورد محاسبه قرار گرفته است و نتايج بدست آمده با حالت كروي ذرات مقايسه شده است. همچنين با تغيير كميت هايي نظير شعاع هاي كوچك و بزرگ ذرات بيضوي، زاويه پركنندگي، شعاع هاي لنز آب و مكش ماتريسي مقدار محتواي آب موجود در بين ذرات مورد مطالعه قرار گرفته و منحني مشخصه آب و خاك نيز در چندين حالت ترسيم شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه با افزايش زاويه پركنندگي محتواي حجمي لنز براي چينش افقي حدود 2 تا 5 برابر بيشتر از ساير حالات است، در حاليكه با تغيير نسبت شعاع لنز، اين مقدار براي چيدمان قائم بيشتر مي‌باشد. همچنين مكش ماتريسي براي ذرات بيضوي با شيب اندكي نسبت به تغيير محتواي حجمي مقدار خواهد يافت كه اين موضوع براي نسبت قطر دوبرابري، با مكشي 4 برابر بزرگتر بدست مي‌آيد.

Until now, all of the calculations about determining of water content around the particles in unsaturated soil have done with supposing the spherical shape of particles and most of quantities such as matric suction and interparticle stress due to water meniscus were calculated by using that simple assumption. In this paper, three packing methods of ellipsoidal particles are studied and by considering changes in meniscus geometry, matric suction and water content volume are evaluated as functions of meniscus radii for soil particles under the pore-water regime. This analysis provides a theoretical basis for describing several well-known phenomena in unsaturated soil behavior. A series of rigorous analytical equations was developed for describing the total volume of menisci between contacting ellipsoidal soil grains by treating the zero contact angle. Matric suction characteristic curves modeled using the analytical solutions displayed behavior similar to real unsaturated soils by using the ellipsoidal particles. The results show that by increasing the filling angle, the volumetric water content of horizontal arrangement is about 2 to 5 times higher than other states, while by changing in the radius ratio of the lens, this amount is more for vertical alignment. So, the matric suction for elliptical particles is quantified with little inclination towards the water content change which achieved four times larger for double diameter ratio.