Формула М. С. Кузнецова для определения размывающей скорости водного потока для почв

Формула М. С. Кузнецова для определения размывающей скорости водного потока для почв является модификацией формулы Ц. Е. Мирцхулавы (1967) для связных грунтов. Эта формула наиболее полно учитывает особенности противоэрозионной стойкости почв (Кузнецов, 1981):

где У_Др1у— донная размывающая скорость потока для почвы исходной влажности W, м/с; g — ускорение силы тяжести, м/с²; т-, — коэффициент, зависящий от типа наносов в потоке (т₁ — 0,85 для донных корродирующих наносов; т_г = 1 для потока без наносов; т₁ = 1,4 для взвешенных наносов при концентрации более 0,1 %); т₂— коэффициент, характеризующий связывающее действие корневых систем растений и зависящий от содержания корней диаметром менее 1 мм (табл. 2.14); р, Ро — соответственно плотность твердой фазы почвы и воды, т/м³; п' — коэффициент, характеризующий пульсацию скоростей в потоке (п' = 2,3 для потоков на склонах); Р — порозность почвенных агрегатов, %; d_w — средневзвешенный диаметр водопрочных агрегатов после мокрого просеивания почвы на ситах по методу Саввинова при ее исходной влажности W, м; а — угол наклона русла потока, градусы; С“ — нормативная усталостная прочность почвы на разрыв, характеризующая межагрегатное сцепление, т/м²,

где l — коэффициент, зависящий от плотности почвы (табл. 2.15); C_w — сцепление почвы (по методу Цытовича) исходной влажности W после быстрого затопления ее поверхности и насыщения до водовместимо- сти, т/м²; К — коэффициент однородности почвы по сцеплению.

Таблица 2.14

Зависимость коэффициента т₂ от содержания корней диаметром менее 1 мм (/?)

Таблица 2.15

Зависимость коэффициента I от плотности почвы р_ь

Метод Цытовича^[1] состоит в измерении глубины погружения сферического штампа S (см) определенного диаметра D (см) под нагрузкой Р (кг) и в расчете эквивалентного сцепления С_экв (кг/см²) по формуле

Расчет истинного сцепления C_w, не включающего в себя сопротивление вдавливанию за счет действия сил трения, производится по формуле

где ц — коэффициент, уменьшающий сцепление путем учета сил трения и зависящий от угла внутреннего трения ф, градусы (табл. 2.16).

Таблица 2.16

Зависимость коэффициента ц от угла внутреннего трения ф

При отсутствии результатов специальных исследований значение угла внутреннего трения ф приближенно определяется на основании данных по влажности почвы на границе раскатывания в шнур и коэффициента пористости К_пор (табл. 2.17), который рассчитывается по формуле

где р — плотность твердой фазы почвы; р_ь — плотность почвы.

Таблица 2.17

Значение угла внутреннего трения ф, градусы

Расчет коэффициента однородности почвы К по сцеплению производится по материалам определения сцепления:

где t — значение критерия Стьюдента, характеризующего вероятность минимального сцепления (t - 2 при вероятности 0,95 и тридцатикратной повторности определения сцепления); С — среднее значение сцепления; а — среднеквадратичное отклонение;

где С_ь С₂, ..., С_п — отдельные значения сцепления.

Анализ формулы (2.34) показывает, что для рыхлых пахотных горизонтов почв, имеющих плотность р_ь < 1,2 т/м³ (I = 0), не связанных корнями растений (m₂ = 1), размываемых чистой водой (т₁ = 1), при сравнительно малых уклонах (cos а - sin а ~ 1) она приобретает более простой вид:

Таким образом, использование формулы (2.34) дает возможность довольно точно рассчитать критическую (размывающую) скорость водного потока для любой почвы исходя из показателей некоторых легко определяемых ее свойств и растительности. Знание критических скоростей необходимо для оценки потенциальной опасности развития эрозии и для расчета противоэрозионных мероприятий. Установлено, что величина смыва не превышает допустимых пределов, если донная скорость потока ниже или равна так называемой допустимой скорости Уддоп- Донная допустимая скорость связана с донной размывающей скоростью У_Др соотношением

Расчет критических скоростей ветра для почв.

Для расчета критических скоростей ветра для почв оригинальные зависимости предложены В. В. Звонковым (1963), М. И. Долгилевичем и Ю. И. Васильевым (1978) и др. Применение этих зависимостей дает сильно различающиеся результаты, а получаемые величины критических скоростей укладываются в диапазон от несдвигающей до скорости начала массового движения частиц. Наиболее простая и в то же время физически обоснованная зависимость для расчета скорости начала массового движения частиц рыхлых, не связанных корнями растений почв, имеет вид (Глазунов, 1983)

где V_m — скорость начала массового движения частиц, отнесенная к высоте 1 см над поверхностью почвы; В — эмпирический коэффициент, В = 2,4; dgo — средневзвешенный размер частиц, которые мельче некоторого размера, соответствующего 60%-ному персентилю^[2] на кривой агрегатного состава; р — плотность почвенных частиц; р₀ — плотность воздуха.

Авторы: Кузнецов Михаил, Глазунов Геннадий

• [1] Николай Александрович Цытович (1900—1984) — советский ученый в области механики грунтов, геомеханики, фундаментостроения и инженерной геологии.
• [2] Персентилъ — мера, используемая в статистике, указывающая значение, ниже которого падает данный процент наблюдений в группе наблюдений.