WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

Charakterystykę obiektów badań przedstawiono w tabeli 1, która ukazuje gleby próchniczne, drobnoziarniste, kwalifikujące się do grupy granulometrycznej od gliny piaszczystej do pyłu ilastego [PN–98/R–04033].

Badania wytrzymałości na ścinanie ... 43 Tabela 1 Table 1 Wybrane właściwości warstwy podornej badanych gleb: zawartość próchnicy (H), przeciętna średnica ziarna (GSS), granica plastyczności (Lp) oraz zawartość frakcji

granulometrycznych i grupa granulometryczna [PN–98/R–04033]

Chosen properties of investigated soils subsoil layer: humus content (H), grain size of sediment

(GSS), yield point (Lp,), particle size content and granulometric group [PN–98/R–04033]

Obiekt Object

Warstwa

Layer ^{H GSS L}p >2 2–0,05 ^0,05–_0,002 <0,002 _{granulometryczna} ^Grupa Textural group [m] [%] [mm] [%] [%] Stobno 0,25–0,30 2,31 0,031 18,5 0,9 53,3 33,0 13,7 glina – clay 0,35–0,40 1,87 0,030 19,2 1,2 51,8 33,3 14,9 glina – clay 0,45–0,50 1,89 0,029 19,2 0,6 52,0 33,3 14,7 glina – clay 0,55–0,60 1,08 0,025 18,3 1,0 49,3 35,1 15,6 glina – clay Obojno Gosp.

0,25–0,30 1,66 0,032 17,3 1,7 62,2 25,7 12,1 ^{glina lekka} _{light loam} 0,35–0,40 1,26 0,026 15,4 2,6 62,0 26,9 11,1 ^{glina lekka} _{light loam} 0,45–0,50 0,89 0,021 15,5 2,3 63,3 23,4 13,3 ^{glina lekka} _{light loam} 0,55–0,60 0,89 0,016 16,5 1,9 65,2 21,7 13,1 ^{glina piaszczysta}

Obojno

0,25–0,30 3,69 0,009 26,8 0,0 20,5 54,5 25,0 ^{glina pylasta} _{clayey silt} 0,35–0,40 2,92 0,007 28,4 0,0 17,5 55,0 27,5 ^{glina pylasta} _{clayey silt} 0,45–0,50 2,46 0,006 28,7 0,0 10,5 59,5 30,0 ^{glina pylasta} _{clayey silt} 0,55–0,60 1,08 0,006 27,9 0,0 7,3 63,8 29,0 ^{pył ilasty} _{silty clay}

D

ębica

0,25–0,30 1,42 0,032 17,0 0,8 46,5 44,6 8,9 glina – clay 0,35–0,40 1,01 0,024 17,8 0,3 43,1 44,0 12,9 glina – clay 0,45–0,50 0,68 0,018 19,4 0,2 35,5 50,1 14,4 ^{pył piaszczysty} _{sandy silt} 0,55–0,60 0,51 0,015 21,3 0,1 33,2 46,9 19,9 ^{glina pylasta} _{clayey silt}

W tabeli 2 podano średnie wartości oznaczanych parametrów wytrzymałościowych: spójności c oraz kąta tarcia wewnętrznego φ, dla dwóch stanów uwilgotnienia gleb – zastanego na polu w trakcie pobierania prób oraz odpowiadającego sile ssącej pF2.

Analizując kształtowanie się wartości kąta tarcia wewnętrznego oraz spójności gle-by dla czterech badanych obiektów w warunków polowych (tab. 2) zauważa się, że są znacznie zróżnicowane i wahają się odpowiednio w przedziałach: 15,2–36,6o i 24,6– 59,1 kPa. Zróżnicowanie wartości tych parametrów występuje także w obrębie po-szczególnych obiektów i zauważalne jest szczególnie pomiędzy okresami

pomiaro-wymi. Poszukując przyczyn tego zróżnicowania przeprowadzono analizę szczegółową, która wykazała, że dla poszczególnych obiektów różnice w wartościach wyznaczonych parametrów pomiędzy wiosną i jesienią nie były uzależnione od gęstości objętościowej gleby. Analiza statystyczna (jednoczynnikowa analiza wariancji przy α=0,05) nie wy-kazała istotnych różnic gęstości objętościowej gleby pomiędzy okresami pomiarowymi. Wynika stąd, że znaczne zróżnicowanie wartości parametrów wytrzymałościowych w warstwie podornej było wynikiem oddziaływania innych czynników niż gęstość objęto-ściowa. Zauważono, że znaczny wpływ na kąt tarcia wewnętrznego i spójność miała wilgotność gleby, co jest zbieżne z rezultatami różnych wcześniejszych badań [Domżał, 1971; Turski i in. 1972, Turski i in. 1975, Turski i in. 1979]. Jednak w niniejszej pracy, ze względu na mały zakres zmian wilgotności w stosunku do ww. badań, zależność ta jest widoczna przede wszystkim w odniesieniu do warunków polowych zastanych je-sienią. Wtedy to dla poszczególnych obiektów (wyjątek Obojno) wilgotność gleby ma-lała wraz ze wzrostem głębokości.

Analizując wyniki badań spójności i kąta tarcia wewnętrznego gleby, uzyskane na próbkach poddanych stabilizacji przy sile ssącej pF2 (100 hPa), stwierdzono dla po-szczególnych obiektów, poza nielicznymi przypadkami (Stobno i Obojno Gosp.), że brak jest statystycznych różnic w wilgotności gleby pomiędzy okresami pomiarowymi w badanych warstwach. Wynika stąd, że w tym przypadku źródłem zmienności warto-ści badanych parametrów były inne czynniki m.in. własnowarto-ści gleby. Według Turskiego i in. [1972] na wytrzymałość gleby na ścinanie ma wpływ skład granulometryczny i próchnica. Jednak w niniejszej pracy w obrębie poszczególnych obiektów nie stwier-dzono (w większości przypadków), prawdopodobnie ze względu na wąski zakres zmian składu granulometrycznego i próchnicy, istotnego wpływu tych własności na wartość kąta tarcia wewnętrznego i spójność badanych gleb.

Tabela 2 Table 2 Średnie wartości wilgotności wagowej (Waw), gęstości objętościowej (ρo) oraz spójności (c) i kąta

tarcia wewnętrznego (φ), dla dwóch stanów uwilgotnienia gleb – polowego i pF2 Mean values of soil moisture (W aw), bulk density (p۪), soil cohesion (c), angle of internal friction

(o), for two soil moisture conditions – field condition and pF 2 Obiekt Object Okres Season Warstwa Layer Gęstość

Density ^{Warunki polowe} Field conditions ^{Warunki przy pF 2} pF 2 conditions

ρo Waw ф с Waw Ф с

[m] [g⋅cm-3] [% wag.] [o] [kPa] [% wag.] [o] [kPa]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Stobno wiosna spring 0,25–0,30 1,56 17,0 20,1 44,8 17,2 18,3 45,2 0,35–0,40 1,55 18,4 19,7 45 17,9 17,6 41,2 0,45–0,50 1,56 17,3 20,5 34,4 18,6 19,9 32,6 0,55–0,60 1,57 17,3 19,2 38,5 17,4 18,8 36 jesień autumn 0,25–0,30 1,50 17,0 25,7 28,7 19,1 18,6 30,7 0,35–0,40 1,51 16,8 22,7 40,8 19,2 14,8 38,7 0,45–0,50 1,53 12,8 29,4 42,9 18,5 17,3 36,2 0,55–0,60 1,58 12,5 30,8 52,5 18,4 19,4 36,6

Badania wytrzymałości na ścinanie ... 45 Tabela 1 cd. Table 1 cont. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Obojno Gosp. wiosna spring 0,25–0,30 1,52 15,3 23,3 24,8 17,6 24,8 18,8 0,35–0,40 1,64 12,8 22,2 41,9 15,3 23,0 40,6 0,45–0,50 1,56 14,2 22,9 34,7 17,5 20,0 30,5 0,55–0,60 1,52 13,0 24,4 24,7 16,1 27,8 8,7 jesień / autumn 0,25–0,30 1,51 14,7 25,3 30,0 19,4 18,2 17,7 0,35–0,40 1,55 12,9 19,3 39,8 16,7 21,4 20,3 0,45–0,50 1,48 11,4 21,5 36,1 22,5 15,5 17,1 0,55–0,60 1,49 7,28 27,4 38,8 21,9 20,5 9,7 Obojno wiosna spring 0,25–0,30 1,47 20,4 31,8 36,4 23,7 16,8 41,0 0,35–0,40 1,41 21,9 26,8 44,0 24,6 14,8 57,2 0,45–0,50 1,39 28,3 22,0 43,1 26,3 11,4 50,2 0,55–0,60 1,36 26,5 21,8 26,3 26,7 17,2 29,8 jesień autumn 0,25–0,30 1,42 23,0 13,0 65,3 23,8 7,1 65,0 0,35–0,40 1,40 22,4 22,0 45,0 23,7 16,9 40,6 0,45–0,50 1,40 24,4 15,2 59,1 25,6 10,4 57,1 0,55–0,60 1,39 24,2 25,6 33,6 26,9 8,4 59,5 D ębica wiosna spring 0,25–0,30 1,59 16,3 23,5 29,7 17,7 21,0 31,0 0,35–0,40 1,56 17,7 22,2 26,7 19,1 23,5 20,0 0,45–0,50 1,51 17,9 22,6 26,5 22,3 21,3 22,0 0,55–0,60 1,56 19,4 19,4 39,5 20,4 20,1 35,0 jesień autumn 0,25–0,30 1,57 13,0 34,9 27,9 18,4 21,5 25,4 0,35–0,40 1,52 12,3 30,8 24,6 20,0 21,7 22,9 0,45–0,50 1,51 10,7 35,7 36,4 22,2 20,6 25,0 0,55–0,60 1,57 7,4 36,6 33,6 18,2 18,8 31,0

Natomiast w odniesieniu do wszystkich obiektów stwierdzono, że próchnica ma do-datni wpływ na spójność a ujemny na kąt tarcia wewnętrznego gleby. Zaś wzrost zawar-tości ilu koloidalnego (<0,002 mm) zwiększał wartość spójności oraz zmniejszał kąt tarcia wewnętrznego.

Analiza wykazała również, że stabilizacja wilgotności przy pF2 spowodowała zni-welowanie różnic w wartościach wyznaczanych parametrów wytrzymałościowych w obrębie poszczególnych obiektów pomiędzy okresami wiosennym i jesiennym. W tym przypadku maksymalne różnice wartości badanych parametrów, stwierdzone dla obiek-tu Obojno, wynosiły 9,1o i 29,7 kPa. Jednak w odniesieniu do wszystkich badanych gleb zaobserwowano, że wartości kąta tarcia wewnętrznego i spójności były znacznie zróż-nicowane – podobnie jak w polu i wahały się odpowiednio w przedziałach: 7,1–27,8^o i 8,7–65 kPa.

PODSUMOWANIE

Uzyskane dane stanowią unikalny zbiór informacji o stanie wytrzymałościowym podornej warstwy badanej gleby i stanowią swoisty punkt odniesienia dla badań, które były lub będą prowadzone na obiektach o podobnym składzie granulometrycznym. Umożliwiają jednocześnie dokonywanie stosownych obliczeń na użytek projektowania i eksploatacji głęboko pracujących narzędzi uprawowych. Należy przy tym pamiętać, że w warunkach rzeczywistych mamy do czynienia z układem dynamicznym. W prezen-towanych badaniach w okresie wiosennym kąt tarcia wewnętrznego i spójność, przy wilgotności zbliżonej do pF2, są stabilne w warstwie 25–60 cm. Natomiast w okresie jesiennym, gdy zawartość wody maleje w głąb profilu glebowego, wartości parametrów wytrzymałościowych wyraźnie wzrastają z głębokością. Po standaryzacji warunków wilgotnościowych przy pF2 wytrzymałość próbek pobranych jesienią stabilizuje się na zbliżonym poziomie.

PIŚMIENNICTWO

Domżał H.: 1971. Zależność spójności od uwilgotnienia w glebach wytworzonych z różnych skał macierzystych. Annales Universitatis Marie Curie-Skłodowska, Lublin, Vol. XXVI, 10, 238–251.

Horn R., Fleige H.: 2003. A method for assessing the impact of load on mechanical stability and on physical properties of soils. Soil & Tillage Research 73, 89–99.

Turski R., Domżał H., Słowińska A.: 1972. Zależność tarcia wewnętrznego od wilgotności gleb wytworzonych z różnych skał macierzystych. Rocz. Gleb. T. XXIII, z. 1., Warszawa, 15–26.

Turski R., Domżał H., Słowińska-Jurkiewicz A.: 1975. Zmiany tarcia wewnętrznego w glebach wytworzonych z lessu w aspekcie ich podatności na erozję wodną. Annales Universitatis Marie Curie-Skłodowska, Lublin, Vol. XXX, 10, 97–105.

Turski R., Domżał H., Słowińska-Jurkiewicz A.: 1979. Zmiany oporów ścinania gleby lessowej w zależności od jej zagęszczenia i wilgotności. Rocz. Gleb. T. XXX, z. 2., Warszawa, 199–211.

Van den Akker J.J.H., Canarache A.: 2000. Concerted Actions on Subsoil Compaction in Western European Countries and on Subsoil Compaction in Central and Eastern European Coun-tries. In: Experience with the impact and prevention of subsoil compaction in the Europe-an Community. Proceedings of the 3rd workshop of the Concerted Action “Experience with the impact of subsoil compaction on soil, crop growth and environment and ways to prevent subsoil compaction”, 14–16 June 2000, Uppsala, 7–19.

PN–R–04033. 1998. Gleby i utwory mineralne: Podział na frakcje i grupy granulometryczne, s. 5. PN-88/B-04481. Grunty budowlane. Badania próbek gruntu.

Badania wytrzymałości na ścinanie ... 47 INVESTIGATIONS OF THE SHEAR STRENGTH OF SOIL

IN THE SUBSOIL OF THE BLACK SOILS OF THE SZCZECIN LOWLAND