بررسی خواص رئولوژیک پنج رده خاک در استان چهارمحال و بختیاری

ویژگی‌های ریولوژیکی خاک‌ها (از جمله تغییرشکل و رفتارهای ویسکوالاستیک آن‌ها در برابر تنش برشی) می‌توانند اطلاعات مهمی در مورد پایداری ساختمان خاک و ریزخاک‌دانه‌ها فراهم آورند. یکی از جدیدترین روش‌های ارزیابی پایداری خاک‌دانه‌ها، استفاده از مباحث ریومتری در این ارتباط است. به‌عبارت بهتر، از ریومتری می‌توان برای ارزیابی رفتار الاستیک خاک در مقابل رفتار پلاستیک آن در طیفی از تغییرشکل خاک‌دانه‌ها استفاده کرد و بدین ترتیب تفسیر کمی بیشتری از تشکیل یا پایداری خاک‌دانه‌ها در برابر تنش وارده بر آن‌ها را محاسبه نمود. در دهه اخیر، آزمون روبشی دامنه کرنش به‌منظور ارزیابی پایداری ریزساختار خاک و رفتارهای الاستیکی آن استفاده شده است. پژوهش حاضر در راستای تعیین پایداری خاک‌دانه و رفتار ویسکوالاستیک خاک‌ با استفاده از ریومتر طراحی شده است. در پژوهش حاضر، ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی، کانی‌شناسی رس و طبقه‌بندی رده‌های خاک غالب استان چهارمحال و بختیاری در راستای تعیین پایداری خاک‌دانه‌ها و رفتار ویسکوالاستیک خاک‌ها‌ با استفاده از روش ریومتری، مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفته است.

 پنج خاک‌رخ مختلف در شهرستان‌های شهرکرد، فارسان و کوهرنگ تشریح و نمونه‌برداری شد. پس از هواخشک و الک کردن نمونه‌های خاک برداشت‌شده از افق‌های ژنتیکی این خاک‌رخ‌ها، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی مورد نیاز با استفاده از روش‌های استاندارد اندازه‌گیری شدند. هم‌چنین، نوع کانی‌های رسی آن‌ها به روش پراش پرتو ایکس تعیین گردید. به‌علاوه، از آزمون روبشی دامنه کرنش برای کمی‌سازی مقادیر اولیه پارامترهای ریولوژیکی شامل مدول‌های ذخیره (G') و اتلاف (G")، حد تغییرشکل (γL: هنگامی‌که ماده شروع به تغییرشکل غیر قابل برگشت می‌کند)، تغییرشکل در نقطه جریان (γf: هنگامی‌که ماده وارد فاز ویسکوز می‌شود و جریان می‌یابد)، ضریب اتلاف (tan δ = G''/ G') و انتگرال z (سطح بدون بعدی که رفتار الاستیک ماده تحت تنش برشی را نشان می‌دهد) در راستای مطالعه پایداری ریزساختار و ریزخاک‌دانه‌های نمونه‌های برداشت‌شده از رده‌های پنج‌گانه مزبور استفاده شد. در نهایت، ترسیم نمودار هم-بستگی بین ویژگی‌های خاک و پارامترهای ریولوژیکی اندازه‌گیری‌شده با استفاده از نرم‌افزار R انجام گرفت.

خاک‌رخ‌های مورد مطالعه بر مبنای سامانه‌های رده‌بندی آمریکایی و طبقه‌بندی جهانی، به‌ترتیب در پنج رده و چهار گروه مرجع مختلف شامل انتی‌سول (کرایوسول در طبقه‌بندی جهانی)، ورتی‌سول، مالی‌‌سول (کاستانوزم در طبقه‌بندی جهانی)، آلفی‌سول و اینسپتی‌سول (کلسی‌سول در طبقه‌بندی جهانی) قرار گرفتند. تجزیه و تحلیل نیمه‌کمی کانی‌های رسی نیز نشان داد که این خاک‌رخ‌ها دارای کانی‌های مختلفی از جمله کایولینیت، ورمی‌کولیت، اسمکتیت، ایلیت، کلریت و کوارتز می‌باشند. نتایج حاصل از آزمون روبشی دامنه کرنش، حاکی از آن بود که حد تغییرشکل در افق‌های زیرسطحی به‌‌طور قابل توجهی بالاتر از افق‌های سطحی خاک و در خاک‌های رسی بیشتر از خاک‌های شنی بود. خاک‌های دارای خواص ورتیک، دارای محدوده بالاتری از ناحیه‌ خطی ویسکوالاستیک (LVE) بوده که به خاصیت الاستیک بالای آن‌ها نسبت داده شد. خاک‌های دارای رس بیشتر و متکامل‌تر، پارامترهای ریولوژیکی بالاتری را نشان دادند که می‌تواند حاکی از پایداری بیشتر ریزساختار و خاک‌دانه‌های ریز این خاک‌ها نسبت به دیگر رده‌های خاک باشد. در مقابل، افق‌هایی که دارای درصد بالاتر شن و تکامل کمتری بودند، پارامترهای ریولوژیکی پایین‌تری داشتند که نشان‌دهنده عدم پایداری ریزخاک‌دانه‌ها در این افق‌ها بود. ضریب همبستگی پیرسون نشان داد که انتگرال z تحت تاثیر ویژگی‌های مختلف فیزیکی و شیمیایی خاک‌ها قرار می‌گیرد و به‌طور معمول در خاک‌هایی با درصد رس بالاتر، نوع کانی‌های رسی 2:1 غالب به‌همراه میزان بالاتر ظرفیت تبادل کاتیونی، انتگرال z هم بالاتر است.

 در مجموع، اندازه‌گیری پارامترهای ریولوژیکی نشان داد که خاک‌های متکامل‌تر نسبت به خاک‌های با ساختمان توسعه‌نیافته یا کمتر توسعه‌یافته، دارای پایداری ریزساختاری بیشتری هستند. در نتیجه، پارامترهای ریولوژیکی می‌توانند برای شناسایی مهمترین عواملی که روی خاک‌دانه‌سازی تاثیر می‌گذارند مفید باشند. به‌علاوه، این پارامترها می‌توانند به‌عنوان شاخصی برای ارزیابی مقدار نسبی تکامل خاک در مطالعات آتی مد نظر قرار گیرند.