بررسي خواص رئولوژيك پنج رده خاك در استان چهارمحال و بختياري

سابقه و هدف: ويژگي‌هاي رئولوژيكي خاك‌ها (از جمله تغييرشكل و رفتارهاي ويسكوالاستيك آن‌ها در برابر تنش برشي) مي‌توانند اطلاعات مهمي در مورد پايداري ساختمان خاك و ريزخاك‌دانه‌ها فراهم آورند. يكي از جديدترين روش‌هاي ارزيابي پايداري خاك‌دانه‌ها، استفاده از مباحث رئومتري در اين ارتباط است. به‌عبارت بهتر، از رئومتري مي‌توان براي ارزيابي رفتار الاستيك خاك در مقابل رفتار پلاستيك آن در طيفي از تغييرشكل خاك‌دانه‌ها استفاده كرد و بدين ترتيب تفسير كمّي بيشتري از تشكيل يا پايداري خاك‌دانه‌ها در برابر تنش وارده بر آن‌ها را محاسبه نمود. در دهه اخير، آزمون روبشي دامنه كرنش به‌منظور ارزيابي پايداري ريزساختار خاك و رفتارهاي الاستيكي آن استفاده شده است. پژوهش حاضر در راستاي تعيين پايداري خاك‌دانه و رفتار ويسكوالاستيك خاك‌ با استفاده از رئومتر طراحي شده است. در پژوهش حاضر، ويژگي‌هاي فيزيكي، شيميايي، كاني‌شناسي رس و طبقه‌بندي رده‌هاي خاك غالب استان چهارمحال و بختياري در راستاي تعيين پايداري خاك‌دانه‌ها و رفتار ويسكوالاستيك خاك‌ها‌ با استفاده از روش رئومتري، مورد مطالعه و مقايسه قرار گرفته است.مواد و روش‌ها: پنج خاك‌رخ مختلف در شهرستان‌هاي شهركرد، فارسان و كوهرنگ تشريح و نمونه‌برداري شد. پس از هواخشك و الك كردن نمونه‌هاي خاك برداشت‌شده از افق‌هاي ژنتيكي اين خاك‌رخ‌ها، ويژگي‌هاي فيزيكي و شيميايي مورد نياز با استفاده از روش‌هاي استاندارد اندازه‌گيري شدند. هم‌چنين، نوع كاني‌هاي رسي آن‌ها به روش پراش پرتو ايكس تعيين گرديد. به‌علاوه، از آزمون روبشي دامنه كرنش براي كمّي‌سازي مقادير اوليه پارامترهاي رئولوژيكي شامل مدول‌هاي ذخيره (G’) و اتلاف (G )، حد تغييرشكل (γL: هنگامي‌كه ماده شروع به تغييرشكل غير قابل برگشت مي‌كند)، تغييرشكل در نقطه جريان (γf: هنگامي‌كه ماده وارد فاز ويسكوز مي‌شود و جريان مي‌يابد)، ضريب اتلاف (tan δ = G’’/ G’) و انتگرال z (سطح بدون بُعدي كه رفتار الاستيك ماده تحت تنش برشي را نشان مي‌دهد) در راستاي مطالعه پايداري ريزساختار و ريزخاك‌دانه‌هاي نمونه‌هاي برداشت‌شده از رده‌هاي پنج‌گانه مزبور استفاده شد. در نهايت، ترسيم نمودار همبستگي بين ويژگي‌هاي خاك و پارامترهاي رئولوژيكي اندازه‌گيري‌شده با استفاده از نرم‌افزار R انجام گرفت. هم چنين، رده بندي خاك رخ ها بر مبناي سامانه هاي رده بندي آمريكايي (2014) و طبقه بندي جهاني (2015) انجام شد.يافته‌ها: خاك‌رخ‌هاي مورد مطالعه بر مبناي سامانه‌هاي رده‌بندي آمريكايي و طبقه‌بندي جهاني، به‌ترتيب در پنج رده و چهار گروه مرجع مختلف شامل انتي‌سولز (كرايوسولز در طبقه‌بندي جهاني)، ورتي‌سولز، مالي‌‌سولز (كاستانوزم در طبقه‌بندي جهاني)، آلفي‌سولز و اينسپتي‌سولز (كلسي‌سولز در طبقه‌بندي جهاني) قرار گرفتند. تجزيه و تحليل نيمه‌كمّي كاني‌هاي رسي نيز نشان داد كه اين خاك‌رخ‌ها داراي كاني‌هاي مختلفي از جمله كائولينيت، ورمي‌كوليت، اسمكتيت، ايليت، كلريت و كوارتز مي‌باشند. نتايج حاصل از آزمون روبشي دامنه كرنش، حاكي از آن بود كه حد تغييرشكل در افق‌هاي زيرسطحي به‌‌طور قابل توجهي بالاتر از افق‌هاي سطحي خاك و در خاك‌هاي رسي بيشتر از خاك‌هاي شني بود. خاك‌هاي داراي خواص ورتيك، داراي محدوده بالاتري از ناحيه‌ خطي ويسكوالاستيك (LVE) بوده كه به خاصيت الاستيك بالاي آن‌ها نسبت داده شد. خاك‌هاي داراي رس بيشتر و متكامل‌تر، پارامترهاي رئولوژيكي بالاتري را نشان دادند كه مي‌تواند حاكي از پايداري بيشتر ريزساختار و خاك‌دانه‌هاي ريز اين خاك‌ها نسبت به ديگر رده‌هاي خاك باشد. در مقابل، افق‌هايي كه داراي درصد بالاتر شن و تكامل كمتري بودند، پارامترهاي رئولوژيكي پايين‌تري داشتند كه نشان‌دهنده عدم پايداري ريزخاك‌دانه‌ها در اين افق‌ها بود. ضريب همبستگي پيرسون نشان داد كه انتگرال z تحت تأثير ويژگي‌هاي مختلف فيزيكي و شيميايي خاك‌ها قرار مي‌گيرد و به‌طور معمول در خاك‌هايي با درصد رس بالاتر، نوع كاني‌هاي رسي 2:1 غالب به‌همراه ميزان بالاتر ظرفيت تبادل كاتيوني، انتگرال z هم بالاتر است. نتيجه‌گيري: اندازه‌گيري پارامترهاي رئولوژيكي نشان داد كه خاك‌هاي متكامل‌تر نسبت به خاك‌هاي با ساختمان توسعه‌نيافته يا كمتر توسعه‌يافته، داراي پايداري ريزساختاري بيشتري هستند. در نتيجه، پارامترهاي رئولوژيكي مي‌توانند براي شناسايي مهمترين عواملي كه روي خاك‌دانه‌سازي تأثير مي‌گذارند مفيد باشند. به‌علاوه، اين پارامترها مي‌توانند به‌عنوان شاخصي براي ارزيابي مقدار نسبي تكامل خاك در مطالعات آتي مد نظر قرار گيرند.