The influence of uniaxial compression upon pore size distribution in bi-modal soils

1. The influence of uniaxial compression upon pore size distribution in bi-modal soils 單軸壓縮對孔隙尺寸分佈的影響 以bi-modal土壤為例 Soil&TillageResearch 86 (2006) 27-37 碩士班一年級 陳品岡 79842017

2. 大綱 • 前言 • 簡介 • 材料與方法 • 結果與討論

3. 前言 • 在孔隙系統中，孔隙尺寸分佈、形狀和配置是基礎土壤特性中，影響土壤水力學的主要功能。 • 其作用在傳輸水、氣體、溶解於不溶解的化學成分。 • 此篇研究的目標在於用單軸壓縮試驗改變土壤孔隙系統，並且縮小範圍只用於有bi-modal性質的土壤，運用在對數正態模式圖(log-normalmodal)上。

4. 簡介 • bi-modal 雙峰模式 • 一連串的數字排列，此排列有兩個常常密集產生的值。 • 在本研究內選用的土壤，在土壤孔徑分佈圖上呈現的是兩個峰值的曲線。 • 延伸：mono-modal 單峰 tri-modal三峰 (通常無結構的孔隙分佈會呈現mono-modal)

5. Martixpore基質孔隙 指在團粒內或土塊內的孔隙，其主要特性為影響土壤的水靜力學與流體力學。 本研究裡假設基質孔隙不包含較”粗”孔隙，因為粗孔隙會造成團粒結構不穩定。 • Structuralpore結構孔隙 指在團粒與團粒或土塊間產生的孔隙，主要受到團粒大小、外型或該土壤的化育影響，一小部分的結構孔隙是未成熟土壤微生物(pedo-edaphon)所造成的。

6. 分析土壤孔隙方法 • 直接法： 將未擾動的土壤切成細薄片，用顯微鏡觀察其結構(Pagliaiand Vignozzi, 2002)。 • 間接法有兩種： 應用土壤水分特性曲線的排水曲線做進一步的分析。 應用水銀孔隙度法。 • 間接理論都須假設土壤中的孔隙是類似毛細管構造。 • 運用拉普拉斯方程式計算土壤基質勢能

7. 材料與方法 • 土樣：希臘 • 氣候：地中海型氣候 • 特性：有bi-modal特性之土壤 • 樣本大小為 100cm³ • 室內濕度 50% • 壓力頭 -10, -20, -40, -100cm 使用張力計 • 壓力頭 -330, -1000, -10000cm 使用壓力版裝置

8. =土壤水分含量 =飽和水分含量 =殘餘土壤水分含量 = 平均壓力頭 = 壓力頭 • S為相對飽和度 • i = 1 代表matrix pores = 2 代表 structuralpores. • (Othmer et al. (1991) and Zeiliguer(1992)) • and 實驗值

10. 壓力頭–pF指數–孔隙半徑對照表

11. 結果與討論 1.土壤水分特性曲線 相對飽和度S(h) 與壓力頭(h) 將實驗數據做成水分特性曲線，運用曲線擬合，將水分特性曲線與其導數置放在同一圖中，比較新成土與淋溶土兩者再壓縮後產生的差異。 新成土(Entisol)結構發展與團粒穩定度差， 淋溶土(Alfisol)有穩定度高的土壤團粒。 由圖1與圖2.3比較

12. 圖1. 土壤水分特性曲線 S(h) 與其導數曲線 dS/d(ln h) 對照壓縮0kPa 與 300kPa。 此土壤團粒穩定度差。 圖2. 土壤水分特性曲線 S(h) 與其導數曲線 dS/d(ln h) 對照壓縮0kPa 與 300kPa。 此土壤結構發展良好且團粒穩定度高。 經過單軸壓縮後的新成土出現了tri-modal的現象，且其壓縮前後的曲線差異大。 淋溶土壓縮前後則並無太大變化出現了，顯示了結構發展與團粒穩定度對於壓縮產生的影響。 圖3. 比圖2的黏粒成份少一些，但其水分特性曲線與壓縮後的曲線與圖2差異極小。

13. 1.土壤水分特性曲線結果分析 • 對於結構發展良好與團粒穩定物高的土壤來說，單軸壓縮試驗對其的影響甚小。 • 換句話說，對結構發展差與團粒穩定度差的土壤來說，單軸壓縮試驗對其影響是明顯且清楚的。

14. 總孔隙度壓縮 前與壓縮後的 相對質 基質孔隙與結 構孔隙的排水 壓力頭分界線 2.分離基質形態與結構形態的孔隙。 約2.5μm 約10.9μm 136 215

16. Entisol的團粒穩定度低，故再壓縮的表現奇特。Entisol的團粒穩定度低，故再壓縮的表現奇特。

17. 對於結構發育不良的土壤，經過單軸壓縮後，孔徑分佈會產生很大的改變。對於結構發育不良的土壤，經過單軸壓縮後，孔徑分佈會產生很大的改變。

18. 謝謝聆聽