R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T . X X X , N R 2, W A R S Z A W A 1979
R Y SZ A R D T U R SK I, H E N R Y K DOM ŻAŁ, A N N A SŁ O W IŃ SK A -JU R K IE W IC Z
ZM IANY OPORÓW ŚCIN A N IA GLEBY L E SSO W E J W ZA LEŻNOŚCI OD J E J ZA G ĘSZCZEN IA I W IL G O T N O Ś C I1
I n sty tu t G leb o zn a w stw a i C h em ii R oln ej A k a d em ii R oln iczej w L u b lin ie
N ak ład y en ergetyczne, k tó re pociąga za sobą u p raw a gleby, zw iąza n e są ściśle z jej oporem ścinania. O pór ścin ania będący sum ą spójn o ści i ta rc ia w ew nętrznego gleb y uzależniony je st od zaw artości w ody
w glebie, jej sk ład u m echanicznego, s tr u k tu ry i zaw artości su b stan cji organicznej [1, 2, 9, 11]. D y n am ik a zm ienności ty c h czynników oraz ich w ielkość są zróżnicow ane w poszczególnych ty p ach i rodzajach gleb. N ajbard ziej zm iennym i czynnikam i są w ilgotność i sta n zagęszczenia gleby, będący efektem działan ia narzędzi upraw ow ych, kół m aszyn i ciągników o raz jej osiadania. N iniejsza p raca dotyczy zm ian oporu ści n an ia gleby b ru n a tn e j w ytw orzonej z lessu w zależności od z aw ar tości w ody, działającego n a glebę nacisku i jej gęstości. J e st to k o n ty n u a c ja w cześniejszych badań pośw ięconych tarc iu w ew n ętrzn em u i spój ności (4, 5, 12, 13].
M E TO D Y K A B A D A Ń
B adania zm ian opo ru ścinan ia gleb y o b ejm ow ały część połow ą i część lab o rato ry jn ą.
B a d a n i a p o l o w e . Prow adzono je n a glebie b ru n a tn e j w y tw o rzonej z lessu o składzie g ran u lo m etry czn ym : l°/o piasku, 55% pyłu, 44% części sp ław ialn y ch i 1,15% zaw artości próchnicy, pod up raw ą ko niczyny czerw onej, pszenicy ozim ej, owsa, k u k u ry d z y i b u rak ó w cu krow ych. P o b ieran ie p ró bek z g leby spod u p ra w różnych ro ślin m iało głów nie na celu uzyskanie m ate ria łu rep rezen tu jąceg o m ożliw ie szero ki zak res w artości sam oistnie ukształto w anej gęstości gleby. P róbki gleby do an alizy pobierano w stan ie n ie n aru szo n y m do m etalow ych
R. Turski à in.
cylindrów pojem ności 100 cm 8 (wysokość 5,1 cm, śred nica 5,0 cm) z w arstw y 5-10 cm , w d w u n astu pow tórzeniach, w okresie od początku czerw ca do początku października 1976 r. w odstępach dziesięciodnio wych. Po przyw iezieniu próbek d o lab o rato riu m ważono je w celu ob li czenia w ilgotności a k tu a ln e j. N astępnie każdą serię dzielono na połowę, 30 prób ek (po 6 z każdego pola) ścinano n aty ch m iast, a pozostałe 30 doprow adzano za pomocą bloku pyłow o-kaolinow ego do w ilgotności od pow iadającej sile ssącej pF 2*7, czyli b lisk iej op ty m aln ej w ilgotności upraw ow ej. P ró b k i po zdjęciu z bloku rów nież ścinano. Po p rzep row a dzeniu 'każdego pom iaru z pow ierzchni ścięcia pobierano próbkę do oz naczenia w ilgotności gleby.
Ścinanie prow adzono za pom ocą a p a ra tu do b adania właściwości
w ytrzym ałościow ych m as form iersk ich ty p u LRu, w yprodukow anego przez Z akłady D ośw iadczalne In s ty tu tu O dlew nictw a w K rakow ie. A p arat działa n a zasadzie u k ład u dźwigniow ego jed n o ram ien n ej w agi o stałym punk cie ob ro tu , w y w ierającej nacisk n a badane próbki w jed n o osiowej, pionow ej płaszczyźnie. Z aletą a p a ra tu je st m ożliwość dostoso w ania go do stan d ard o w y ch pró bek o podanych w ym iarach.
W c z ę ś c i l a b o r a t o r y j n e j bad ań pobrano próbkę tej sa m ej g leby ö naru szo nej s tru k tu rz e . W lab o rato riu m doprow adzono gle bę do n a stę p u jąc y c h poziom ów w ilgotności: 10, 12,5, 15, 17,5, 20, 22,5, 26% . T ak przygotow aną glebę um ieszczano w id entyczn ych cy lin drach, jak ie stosow ano do pobierania p ró b ek w polu, a n a stę p n ie za pomocą p rasy śrubow ej z czujnikiem dynam om etry czn y m w yw ierano n acisk n a glebę w cylindrze. A żeby objętość gleby w cylind rze po zagęszczeniu b y ła rów na objętości cylindra, stosow ano pfzy u g n iatan iu zespół dw u cylindrów . N adm iar gleby z n a jd u jąc y się w g órnym cylin drze odcinano.
Stosow ano n a stę p u jąc e naciski: 0,5, 0,75, 1,0, 2,0, 5,0, 10,0, 15,0
kG /cm 2 w ośm iu pow tórzeniach. Po zagęszczeniu połowę sporządzo
n y ch pró bek (po 4 dla każdego nacisku) n a ty c h m ia st ścinano, a pozo stałe nasycano i doprow adzano, analogicznie ja k w części p o lo w e j,,d o w ilgotności odpow iadającej pF 2,7. Te prób k i rów nież ścinano i z po w ierzchni ścięcia pobierano próbkę do oznaczania w ilgotności gleby.
O znaczenia uzu pełn iające w ykonano n a stę p u jąc y m i m etodam i: — w ilgotność g leby — m etodą suszarkow ą,
— gęstość fazy stałej (ciężar w łaściw y rzeczyw isty) — m etodą pikno- m etryczną,
— gęstość gleby (ciężar objętościow y gleby) — w cylindrach m eta low ych o pojem ności 100 cm8,
— sk ład m echaniczny — m etodą Bouyoucosa w m odyfikacji Casa- g ra n d e ’a i Prószyńskiego.
W yniki uzyskane z pró b ek z zachow aną s tr u k tu rą pob ieran ych z pól u p raw n y ch przedstaw iono w form ie n astę p u jąc y c h zależności:
Opór ścinania gleby lessowej jako funkcja obciążenia 201
— zależność o poru ścinania gleby od jej gęstości przy w ilgotności a k tu a ln e j i odpow iadającej p F 2,7,
— zależność o poru ścinania od w ilgotności a k tu a ln e j i odp ow iad ają cej pF 2,7 dla dw u g ru p gęstości gleby: S 0 < 1,30 g/cm 8 i S0 > 1,30 g/cm 8. Obliczono rów nież w spółczynniki k o relacji m iędzy oporem ścinania a gęstością dla w ilgotności a k tu a ln e j i odpow iadającej pF 2,7 oraz m ię d zy oporem ścinania a w ilgotnością a k tu a ln ą d la dw u g ru p gęstości.
W yniki uzyskane w części lab o ra to ry jn e j b adań analizow ano w celu określenia:
— zależności o poru ścinania od n acisk u i gęstości gleby przy po szczególnych w ilgotnościach a k tu a ln y ch i o dpow iadających pF 2,7.
— zależności oporu ścinan ia od w ilgotności w m om encie zagęszcze nia i w m om encie ścięcia.
W ram a ch an alizy staty sty czn ej obliczono w spółczynniki korelacji m iędzy oporem ścinania a n aciskiem jednostkow ym i gęstością gleby.
P o d an e n a w y kresach w artości w spółczynników korelacji dotyczą k orelacji p rostych m iędzy b adanym i cecham i. W porów naniach, w k tó ry c h k orelacje by ły sta ty sty c z n ie isto tn e, obliczono p rzy zastosow aniu m eto d y n a jm n ie jszy c h k w a d ra tó w w spółczynniki re g re sji oraz w y k re ś lono przebieg krzy w y ch reg resji. W większości p rzyp adk ów okazało się, że badane zależności lepiej o pisuje ró w n anie drugiego stopnia niż ró w n an ie prostej.
OM ÓW IENIE W Y NIK Ó W
B a d a n i a p o l o w e . Gęstość pró b ek pob ieranych z pól pod róż nym i roślinam i w o kresie od czerw ca do października w ahała się od 1,12 do 1,55 g/cm 8.
P ierw szą gru p ę rep rezen to w ały próbki o gęstości < 1,30 g/cm 8 po b ra n e z pól:
— pod u p raw ą b u rak ó w cukrow ych i ow sa do m om entu zbioru, — pod u p raw ą k u k u ry d zy w całym o k resie badań.
D rugą g ru pę stano w iły próbki o gęstości > 1,30 g/cm 8 pobrane z pól: — pod u p raw ą bu rak ó w cu kro w ych i ow sa po zbiorze,
— pod u p raw ą koniczyny czerw onej i pszenicy ozim ej w całym o k resie badań.
W ilgotność g leb y w o kresie pobieran ia pró bek w ahała się w g ra nicach od około 8 do około 24%.
Zależność oporu ścin ania gleby od jej gęstości zarów no przy w ilgot ności a k tu a ln e j, ja k i odpow iadającej pF 2,7 (18-34% ) m a c h a ra k te r p rostoliniow y (rys. 1). O trzym ane w spółczynniki korelacji są isto tn e i dość w ysokie (0,619 p rzy w ilgotności a k tu a ln e j, 0,743 p rzy w ilg o t ności odpow iadającej pF 2,7). N ajw yższym i w artościam i oporu ścinania
202 R. Turski d in.
R ys. 1. Z ależn ość op oru ścin a n ia g le b y od jej g ęsto ści przy w ilg o tn o ści a — a k t u a ln e j 10-26*/#, b — o d p o w ia d a ją c e j p F 2,7 (18-34*/«); p r ó b k i p o b r a n o z p o la : I — k o n ic z y n y c z e r w o n e j, 2 — p s z e n ic y o z im e j, 3 — k u k u r y d z y , 4 — o w s a , 5 — b u r a k ó w c u k
r o w y c h
D ep en d en ce of sh ear stren g th o f soil on its d e n sity a t th e m oistu re
a — a c t u a l 10-26*7«, b — c o r r e s p o n d in g w it h p F 2.7 (18-34*/«); s a m p le s w e r e t a k e n i n f ie ld fr o m u n d e r : l — r e d c lo v e r , 2 — w in t e r w h e a t , 3 — m a iz e , 4 — o a ts , 5 — s u g e r b e e t s
R ys. 2. Z ależn ość op oru ścin a n ia od w ilg o tn o śc i ak tu aln ej g leb y d la stan u zagęszczen ia
a — < 1,30 g /c m 3, b — > 1,30 g /c m a
D ep en d en ce o f sh ea r stren g th on a c tu a l m o istu re o f so il for its con d en sation degree:
a — < 1.30 g/cm », b — > 1.30 g/cm *
(0,31-0,50 k G /cm 2) odznaczają się n a jsiln ie j zagęszczone próbki spod koniczyny czerw onej, n ato m ia st lu źn a gleba spod bu rak ó w cukrow y ch w yraźnie w ykazu je n a jm n ie jszy opór (0,10-0,20 kG /cm 2). Zw iązane je st to oczywiście z przeprow adzaniem zabiegów pielęg nacyjnych w b u ra kach, a ty m sam ym sp u lch n ian iem gleby, co w konsekw encji pow odu je n aru sz e n ie więzi m iędzy cząstkam i g leb y i spadek oporu ścinania. U zyskane p u n k ty tw orzą bow iem jed e n zbiór w ram ach tego sam ego ty p u zależności analizow anych cech.
zacho-Opór ścinania gleby lessowej jako funkcja obciążenia 203
R ys. 3. Z ależn ość oporu ścin a n ia od w ilg o tn o śc i g leb y od p o w ia d a ją cej pF 2,7 dla stan u zagęszczen ia
a — < 1,30 g/cm *, b — > 1,30 g/cm *
D ep en d en ce of sh ear stren g th on so il h u m id ity corresp on d in g w ith pF 2.7 for th e co m p a ctio n d egree
a — < 1.30 g/cm », b — > 1.30 g/cm *
w anej s tru k tu rz e jest bardzo słaba, o czym św iadczą niskie, a w przy padku próbek gleby zagęszczonej — nieisto tn e w spółczynniki korelacji. W zrost w ilgotności pow oduje jed y n ie niew ielki spadek oporu ścinania gleby lessowej (rys. 2 i 3).
B a d a n i a l a b o r a t o r y j n e . W ilgotność gleby a k tu a ln a (w m o m encie -zagęszczenia) w ynosiła 10, 12,5 15, 17,5, 20, 22,5 i 26% . W il gotność odpow iadająca pF 2,7 w ahała się o d 13% do 33%, zależnie od w artości w ilgotności w m om encie zagęszczenia oraz od w ielkości sto sow anego obciążenia. Różnice w ilgotności odpow iadające p F 2,7 w y n i k a ją stąd, że w m iarę w zrostu zagęszczenia p rób ek glebow ych zm niej szała się ich pojem ność w odna w agow a przy stosow anej w arto ści siły ssącej. T en d en cja ta jest zgodna z w yn ik am i in n y ch bad ań {6]. W p rzy p adku przedstaw ionych obecnie w yników zm niejszenie pojem ności w od nej w agow ej je s t w yjątk ow o silne, a m ak sy m aln e zm iany dochodzą do 20% w ilgotności w agow ej. W ynika to stąd, że zakres w ilgotności, w ja kim zagęszczano glebę, i zakres obciążeń jednostkow ych b y ły szerokie i sp rz y ja ły m ak sy m aln em u zróżnicow aniu zagęszczenia próbek, a w kon sekw encji i zm ianom pojem ności w odnej.
Gęstość gleby w ahała się w zależności od w yw artego n acisk u i w il gotności podczas zagęszczania od 1,12 do 1,70 g/cm 8. P rzedział te n je s t znacznie szerszy niż uzyskany w części polowej badań. »Górna granica gęstości o trzy m an a przez sztuczne zagęszczanie (1,70 g/cm 3) je st w yższa aiiż górna g ranica gęstości próbek n a tu ra ln y c h (1,55 g/cm 3).. N ajw yższe w artości gęstośai uzyskano zagęszczając glebę o w ilgotności 17,5 i 22,5% z siłą 15 kG /cm 2.
W zrost zaw artości w ody w glebie w m om encie zagęszczenia w pływ a n a 'zwiększenie oporu ścinan ia (rys. 4). Dla obu g ru p gęstości gleby
204 К. Turski -i in.
R ys. 4. Z ależn ość oporu ścin a n ia od w ilg o tn o śc i g leb y w m o m en cie zagęszczen ia i ścin a n ia d la stan u zagęszczen ia
a — < 1,30 g/cm », b — > 1,30 g/cm »
D ep en d en ce o f shear stren g th on so il h u m id ity at the m om en t of com p action and sh ea rin g fo r th e com p action sta te
a — < 1.30 g/cm », b — > 1.30 g/cm »
(S o < 1,30 g/cm 3 ■ w spółczynnik ko relacji 0,284; S 0 > 1,30 g/cm 3 -r-
w spółczynnik k o relacji 0,215).
W zrost o poru ścin an ia m ożna tłum aczyć tym , że w m iarę w zrostu w ilgotności, przy k tó rej zagęszczano glebę, w ykazyw ała ona coraz w ięk szą podatność n a ugniatanie, co pociągało za sobą podw yższenie ciężaru objętościow ego, sk le ja n ie cząstek o raz ag reg ató w glebow ych, a w efekcie większą w ytrzym ałość n a ścinanie. N ależy jed n a k zauw ażyć, że ścinanie w ykonano p rzy tej sam ej w ilgotności co zagęszczanie, a więc w ilgot ność przy ścin aniu rów nież w zrastała. W zrost zaw artości wody w p ró b ce w m om encie ścięcia w yw ołuje w glebie lessowej n iew ielkie obniże n ie w ytrzym ałości n a ścinanie. U zyskane w opisyw anym dośw iadczeniu w artości opo ru ścinania n ależy w ięc trak to w ać jako w ypadkow ą dw óch ró żnok ieru n k o w ych procesów zw iązanych z działaniem wody — z je d n ej stro n y u łatw ia ona zagęszczenie gleby, z drugiej stro n y zm niejsza opór staw ian y przez glebę p rzy ścinaniu. W przypadku gleby lessow ej zw iększenie oporu ścinania w yw ołane w zrostem zaw artości w ody w m o m encie w y w ieran ia nacisk u je st silniejsze niż zm niejszenie opo ru ści n a n ia w y n ik ające ze w zro stu w ilgotności w m om encie ścięcia.
S ta b iliz u jąc p o ten cjał wody w p ró b kach zagęszczonych z różną siłą przy ró żny ch w ilgotnościach początkow ych uzyskano obszerny m ateriał pozw alający n a przeanalizow anie w pływ u w ilgotności w m om encie ścięcia na opór ścinania gleby u g n iatan ej p rzy różnej w ilgotności. A n a lizie poddano próbki o gęstości > 1,30 g/cm 8, poniew aż tw orzą one zbiory pu n k tó w d ostatecznej liczebności (rys. 5 i 6). O trzym ane w yniki m ożna podzielić n a dw ie w y raźn ie różniące się grupy. G rupę pierw szą tw orzą zbiory p u n k tó w uzyskanych d la próbek zagęszczanych przy niższych w ilgotnościach (10, 12,5 i 15%), d rugą — uzyskanych d la próbek za gęszczanych p rzy w yższych w ilgotnościach (17,5, 20, 22,5, 26%). G rup a
O pór ścin a n ia g le b y le s so w e j jak o fu n k cja ob ciążen ia 205
R ys. 5. Z ależn ość oporu ścin a n ia od w ilg o tn o śc i g leb y od p ow iad ającej pF 2,7 dla sta n u zagęszczen ia > 1,30 g/om8
1 — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z e n iu IO*/«, 2 — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z e n iu 12,5*/», 3 — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z e n iu 15'/«
D ep en d en ce of sh ea r stren gth on soil h u m id ity corresp on d in g w ith pF 2.7 for th e co m p a ctio n d egree > 1.30 g /cm8
I — m o is tu r e a t c o m p a c t io n 10*/e; 2 — m o is tu r e a t c o m p a c tio n o f 12,5*/®; 3 — m o is tu r e a t c o m p a c tio n o f 15°/«
pierw sza odznacza się w y ra ź n ą u jem n ą zależnością oporu ścinania od w ilgotności w m om encie ścięcia, g ru p a d ru g a — 'zależnością słabszą (w ilgotność 17,5%) lub b rak ie m zależności (w ilgotność 20, 22,5, 26%). U gniatan ie g leby lessow ej o wyższej zaw artości w ody prow adzi w ięc do likw idow ania zw iązku m iędzy oporem ścinania a w ilgotnością, p rzy k tó re j ścinanie je st przeprow adzane.
W p racach dotyczących w p ły w u u g n iatan ia n a w ytrzym ałość .m echa niczną gleby sp o tyka się w y n ik i b a d ań św iadczących o tym , że nacisk w y w ieran y n a glebę w czasie p rzejazdu kół zw iększa 'zwięzłość i opory p rac y narzędzi [7, 10]. P o tw ie rd z a ją to w yniki badań lab o ra to ry jn y c h [3]. R ów nież obserw acje w ykonyw ane w w a ru n k a ch polow ych w sk a zują, że sp u lch n ien ie gleby w pasach p rzejazdu ciągników i m aszyn, a zw łaszcza w silnie ugniecionych koleinach, je s t u tru d n io n e [8]. W y n ik a to ze w zrostu spoistości ugniecionej gleby. N iekorzystne sk u tk i
zagęszczania są różne w zależności od sk ład u m echanicznego i s tru k - tu raln o ści gleby, a także od jej w ilgotności. U zyskany przez n a s m a te ria ł pozw ala n a ocenę tego e fe k tu w glebie lessow ej. W pływ n acisku je d nostkow ego n a opór ścinania gleb y lessowej je s t w y raźn y (rys. 7). W b adan y m m ate ria le p rzy ro sty op o ru ścinania w zakresie obciążeń 0,5-15,0 kG /cm 2 w ynoszą 0,2-0,4 k G /cm 2. W glebie zagęszczonej p rzy w ilgotności 10-15% w zrost oporu ścin an ia w y n ik a ją c y ze zw iększania n acisku jednostkow ego m a c h a ra k te r zbliżony do prostoliniow ego, o czym św iadczą w ysokie w spółczynniki k o relacji liniow ej (0,82-0,96). P rz y
206 R. Turski û tin.
R ys. 6. Z ależność oporu ścin a n ia od w ilg o tn o ści g le b y od p ow iad ającej pF 2,7 dla gęsto ści g le b y > 1,30 g /c m3
a. — w ilg o tn o ś ć p r z y z a g ę s z c z e n iu 17%, b — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z e n iu 20%, с — w i l g o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z e n iu 22,5%, cl — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z e n iu 26%
D ep en d en ce o f shear stren gth on so il h u m id ity corresp on d in g w ith pF 2.7 for the com p action d egree > 1.30 g /c m8
1 — m o is tu r e a t c o m p a c t io n o f 17%, 2 — m o is t u r e o f c o m p a c tio n o f 20%, с — m o is tu r e a t c o m p a c t io n o f 22.5%, d — m o is tu r e a t c o m p a c tio n o f 26%
w ilgotności w yjściow ej 17,5% zależność oporu ścinania od nacisk u na c h a ra k te r w yraźnie paraboliczny z m aksim um w pobliżu nacisk u około 10 kG /cm 2. W zrost o poru ścinania w fu n k cji nacisku dla gleby ug nia tanej przy dużej zaw artości w ody przebiega n iem al prostoliniow o (rys. 7). N ależy zw rócić uw agę, że zróżnicow any c h a ra k te r zależności oporu ścinania od nacisk u w próbkach o różnej w ilgotności w m om encie u g n ia tan ia je st tru d n y do w y jaśn ien ia i m ogłoby się w ydaw ać, że zależności te są przypadkow e. Jed n ak że zestaw ienie w yników uzyskanych dla tej sam ej w ilgotności w czasie zagęszczania i różnej w ilgotności przy ścięciu w skazuje, że przebieg krzy w y ch op isu jący ch b ad an e zjaw isko je st b a r dzo podobny. Św iadczy to, że praw idłow ości te są rzeczyw iste oraz że w ilgotność w m om encie ścięcia w y w iera w glebie lessowej znacznie m n iejszy w pływ n a opór ścin an ia niż w ilgotność w m om encie w y w ie ra n ia nacisk u n a glebę. Z auw ażony i opisan y w p ływ w ilgotności w m
o-Opór ścinania gleby lessowej jako funkcja obciążenia 207
R ys. 7. Z ależn ość oporu ścin an ia od n acisk u jed n o stk o w eg o w y w ie r a n e g o podczas zagęszczania g leb y
a: 1 — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z e n iu 10°/e, w ilg o t n o ś ć p r z y ś c in a n iu o d p o w ia d a ją c a p F 2,7 (27-330/«), 2 — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z a n iu i ś c in a n iu 10%; b : 1 — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z a n iu 15*/#, w ilg o t n o ś ć p r z y ś c in a n iu o d p o w ia d a ją c a p F 2,7 (26-33e/e), 2 — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z a n iu i ś c in a n iu 15°/o; с: 1 — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z a n iu 17,5®/#, w ilg o t n o ś ć p r z y ś c in a n iu o d p o w ia d a j ą c a p F 2,7 (16-23*/o), 2 — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z a n iu i ś c in a n iu 17,5°/o; d: 1 — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z a n iu 26%, w ilg o t n o ś ć p r z y ś c in a n iu o d p o w ia d a ją c a p F 2,7
(23-25% ), 2 — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z a n iu i ś c in a n iu 26°/o
D ep en d en ce of shear stren gth on u n it p ressu re actin g du rin g th e soil com p action a: 1 — m o is tu r e a t c o m p a c t io n o f 10°/e, m o is t u r e a t s h e a r in g c o r r e s p o n d in g w it h p F 2.7 (27-33% ), 2 — m o is t u r e a t c o m p a c t io n a n d s h e a r in g 10%; b: 1 — m o is tu r e a t c o m p a c tio n o f 15%, m o is tu r e a t s h e a r in g c o r r e s p o n d in g w it h p F 2.7 (26-33% ), 2 — m o is tu r e a t c o m p a c tio n a n d s h e a r in g 15%; c: 1 — m o is t u r e a t c o m p a c t io n o f 17.5%, m o is tu r e a t s h e a r in g c o r r e s p o n d in g w it h p F 2.7 (16-23% ), 2 — m o is tu r e a t c o m p a c tio n a n d s h e a r in g 17.5%; d : 1 — m o is tu r e a t c o m p a c t io n o f 26%, m o is t u r e a t s h e a r in g c o r r e s p o n d in g w i t h p F 2.7 (23-25% ), 2 — m o is t u r e a t c o m p a c tio n a n d s h e a r in g 26%
men-cie zagęszczania n a opór ścinania dowodzi konieczności u w zględ n ian ia tego efek tu p rzy planow aniu b ad ań m odelow ych w ty m zakresie i porów n yw an iu uzyskanych w yników .
208 H. T u rsk i i in .
Rys. 8. Z ależność oporu ścin a n ia od g ęsto ści gleb y; w ilg o tn o ść przy zagęszczen iu i ścin a n iu
a — 10°/#, Ъ — 12,5•/•, с — 15*/*
D ep en d en ce o f sh ear stren g th on so il d en sity ; m oistu re at co m p a ctio n and sh earin g a — 10*/«, b — 12.5е/», C — 15*/e
pow oduje zw iększenie jej oporu ścinania. Zaznaczył się rów nież w pływ w ilgotności w yjściow ej n a w y n ik i pom iarów oporu ścinania. W pró b kach u g n iatan y ch p rzy w ilgotności 10-15% opór ścinania zaczyna szybko w zrastać, gdy gęstość gleby p rzekracza w artość 1,25-1,30 g/cm 3 (rys. 8). N atom iast gdy w ilgotność w m om encie zagęszczania była wyższa, po dobna praw idłow ość n ie w y stęp u je (rys. 9). Z bliżony ty p zależności oporu ścinania od gęstości gleby w y stęp u je w p rzy p ad k u prób ek o stabilizo w anym potencjale w ody w m om encie ścięcia (rys. 10).
O trzy m a n e w yniki w skazują, że opór ścinania gleby lessowej jest uzależniony silniej od gęstości niż od w ilgotności w m om encie ścięcia. Z ty ch w zględów w ilgotność, p rzy któ rej n a stę p u je u g n iatan ie gleby, ta k silnie w pływ a na w ielkość oporu ścinania. D ecyduje ona bow iem o sto p n iu zagęszczenia pow stałego w w y n ik u w y w ieran ia nacisku.
W N IO SK I
1. O pór ścinania gleby b ru n a tn e j w ytw orzonej z lessu je st uzależ
n io ny przede w szystkim od jej gęstości, działającego n a n ią nacisku oraz zaw arto ści w ody w m om encie zagęszczania.
R. T u rsk i i in . 209*
Rys. 9. Z ależność oporu ścin an ia od g ęsto ści gleb y; w ilg o tn o ść iprzy zagęszczeniu? i ścin an iu
a — 17,5%, b — 20°/o, с — 22,5°/#
D ep en d en ce o f shear stren gth o n soil d en sity ; m oistu re at com p action and shearing:. a — 17.5°/o, Ъ — 20е/«, с — 22.5°/o
ii 2. W ilgotność gleby w m om encie ścięcia o dg ryw a d ru g o rzęd n ą rolę w kształto w an iu w artości oporu ścinania gleby lessow ej.
3. Zw iązek op oru ścinania z w ilgotnością w m om encie ścięcia zm ie n ia się zależnie od zaw artości w ody w glebie podczas w y w ieran ia n a cisku. G leba zagęszczana przy m niejszej zaw artości w ody (10-15% ) odznacza się silniejszą zależnością o poru ścinania od w ilgotności w m o m encie ścinania niż gleba zagęszczana p rzy w iększej zaw artości w ody (17,5-26% ).
4. W zrost w ilgotności p rzy zagęszczaniu gleby lessowej pow oduje zw iększenie oporu ścinania w sk u tek w iększej podatności m ate ria łu gle bowego n a działanie nacisku. P oniew aż w pływ wilgotności- gleb y przy zagęszczaniu n a opór ścinania jest silniejszy niż w pływ w zrastającej w ilgotności ścięcia, jednoczesne zw iększenie obu w ilgotności powoduje* w efekcie podw yższenie oporu ścinania.
2 1 0 R. Turski »i ôn.
R ys. 1 0. Z ależn ość oporu ścin a n ia od g ęsto ści g leb y
a — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z e n iu 10%, w ilg o t n o ś ć p r z y ś c in a n iu o d p o w ia d a ją c a p F 2,7 (27-33%); b — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z e n iu 12,5%, w ilg o t n o ś ć p r z y ś c in a n iu o d p o w ia d a ją c a p F 2,7 (25-32%); с — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z e n iu 15%, w ilg o t n o ś ć p r z y ś c in a n iu o d p o w ia d a ją c a p F 2,7 (26-33%); d — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z e n iu 17,5%, w ilg o t n o ś ć p r z y ś c in a n iu o d p o w ia d a ją c a p F 2,7 (16-23%); e — w ilg o t n o ś ć p r z y z a g ę s z c z e n iu 22,5%, w ilg o t n o ś ć p r z y ś c in a n iu o d p o w ia d a ją c a p F 2,7 (19-21%)
D ep en d en ce of shear stren gth o n soil d e n sity
a — m o is tu r e a t c o m p a c tio n o f 10%, m o is tu r e a t s h e a r in g c o r r e s p o n d in g w it h p F 2.7 (27-33%), b — m o is t u r e a t c o m p a c t io n o f 12.5%, m o is tu r e at s h e a r in g c o r r e s p o n d in g w ith p F 2.7 (25-32%), с — m o is tu r e a t c o m p a c t io n o f 15%, m o is tu r e a t s h e a r in g c o r r e s p o n d in g w ith p F 2.7* (26-33%), d — m o is t u r e a t c o m p a c tio n o f 17.5%, m o is tu r e a t s h e a r in g c o r r e s p o n d in g w it h p F 2.7 (16-23%), e — m o is t u r e a t c o m p a c tio n o f 22.5%, m o is t u r e a t s h e a r in g - c o r r e s p o n d in g w it h p F 2.7 (19-21%)
Opór ścin a n ia g le b y le sso w e j jako fu n k cja ob ciążen ia 211
L IT E R A T U R A
[1] B a c h t i n iP. U. , N i k o ł a j e w a I. N. , W o ł o c k a j a W. I.: S o p r o tiw le n ije sd w ig u , k o e ffic ie n t trien ija i sc e p le n ije tiem n o -k a szta n o w y ch p oczw i jużnogo czern oziem a. P o czw o w ied . 1963, 11, 68-78.
£2] B a c h t i n P . U.: Issle d o w a n ije fizik o -m iech a n iczesk ich i tiech n o ło g iczesk ich s w o js tw o sn o w y ch tip o w p o czw S SSR . Izd. K o ło s, 1969.
[3] B a i l e y A. C.: C om paction an d sh ear in com p acted soils. T rans. A SA E, (14, 1971, 2, 201-206.
[4] D o m ż a ł H.: Z ależność sp ójn ości od u w ilg o tn ie n ia w g leb a ch w y tw o rzo n y ch z różnych sk ał m acierzy sty ch . A n n a les U M CS Sec. E, 26, 1971, 237-253. £5] D o m ż a ł H., S ł o w i ń s k a A.: Z m iany sp ójn ości glefoy jako fu n k cja w y
w ie r a n y c h na n ią obciążeń. Mat. X I X O góln op olsk iego Zjazdu. N auk. PTG „O chrona środ ow isk a g le b o w e g o ”, 1974, 81-^94.
[6] D o m ż a ł H.: W p ływ c z y n n ik ó w g leb o w y ch na w ielk o ść zm ian pojem n ości w o d n y ch zach od zących w rezu lta cie w zro stu zagęszczen ia gleb y. Rocz. glebozn. w druku.
[7] D o n e w D. W.: Izm ien ien ije na n jak oi a g ro fiziczn i sw o jstw a na poczw ata w sle d itie ot k o lela ta n a traktor B ela ru s M ZT-50 <pri o tg leżd a n e n a carew ica. S elesk o sto p . T ech. 12, 1975, 5, 47-53.
[8] К l ü g e ! H.: S a a tb ea rb eitu n g m it den rich tig en G eräten. M itt. dt. L a n d w .- G es., 89, 40/41, 1974, s. 1190, 1192, 1194.
[9] K u i p e r s H. , K r o e s b e r g e n B.: T he sig n ific a n c e of m oistu re con ten t, pore space, m eth od o f sa m p le prep aration and typ e o f shear a n n u lu s used in lab oratory torsion al sh ear te stin g of so ils. Journ. of T erram ech an ics 3, 1966, 4, 17-28.
110] S ł o w i k K.: W p ływ u g n iatającego d zia ła n ia m a szy n na w ła śc iw o ś c i fizy czn e g leb i w zrost jabłoni. I. Z m ian y w ła śc iw o ś c i fizy czn y ch g leb pod w p ły w e m u gn iatającego d ziałan ia m aszyn. Pr. In st. Sad. 14, 1970, 105-124.
[11] S ö h n e W.: R eib u n g und K oh äsion b e i A ckerböden. G m n d l. d. L andtechn. 1953, 5, 64-81.
[12] T u r s k i R., D o m ż a ł H. , S ł o w i ń s k a A.: Z ależność tarcia w ew n ętrzn eg o od w ilg o tn o śc i g lëb w y tw o rzo n y ch z różnych sk a ł m acierzystych . Rocz. gleb ozn . 23, 1972, 1, 15-28.
[13] T u r s k i R., D o m ż a ł H., S ł o w i ń s k a - J u г к i e w i с z A.: Z m iany w s p ó ł czyn n ik a tarcia w ew n ętrzn eg o w gleb ach w y tw o rzo n y ch z lessu w a sp ek cie ich p od atn ości na erozję w od n ą. A nn. U M C S Sec. E., 30, 1975, 10, 97-105.
Р . Т У Р С К И , Г. Д О М Ж А Л , А . С Л О В И Н Б С К А -Ю Р К Е В И Ч И ЗМ ЕН ЕН И Е С О П РО ТИ ВЛ ЕН И Я К С РЕ ЗУ ЛЕССОВОЙ П О Ч В Ы В ЗА ВИ С И М О С ТИ ОТ ЕЕ У П ЛО ТН ЕН И Я И В Л А Ж Н О С Т И И н ститут п очв оведен и я и агрохим ии, С ельск охозяй ствен н ая академ ия в Л ю блине Р е з ю м е П роводились полевы е и лабораторн ы е испы тания и зм ен ен и й сопротивления к ср езу бурой почвы обр азованной и з лесса, в зависим ости от со д ер ж а н и я в л а ги, действую щ его на почву давлени я и ее объем ного веса. П олевы е и ссл едов а ния проводились на п ол я х н а х о д я щ и х ся п о д к ул ь тур ой к л ев ер а красного, т л е
-212 Turski i in. ницы озим ой, овса, к у к у р у зы и сахар н ой свек лы . Отбор образц ов и з п о д к у л ь туры р а зн ы х раютений им ел в в и д у п о л у ч ен и е субстрагшв р еп р езен ти р у ю щ их п о ^возм ож ности ш ирокий п р ед ел велич ин сам обы тно сф орм ированн ой объ ем н ой массы почвы. О бразцы почвы дл я а н а л и за отбирали в н ен а р у ш енном состоянии с помощ ью м еталл и ч еск и х цилиндров вместим остью 100 куб. см (высота 5,1 см, диам етр 5,0 см) и з 5-10 см сл о я в дв ен адц ати пов торн остя х, в п ер и оде от начала ию ня до начала октября .1976 г„ в 10-дн ев н ы х ин тер вал ах. В л абораторн ой части испы таний т у - ж е почв у с нен аруш ен н ой струк турой уплотняли искусствен ны м п утем в точно т а к и х -ж е ц и л и н др ах при разли чн ом со д ер ж а н и и воды в п оч в е (10%, 12,5°/о, 15%, 20%, 22,5%, 26%). П ри м еняли с л е дую щ и е величины давлени я: 0,5, 0,75, 1,0, 2,0, 5,0, 10,0, 15,0 кГ/см2 в восьми п овторностях. З аодн о к а к пробы отбираем ы е в поле, т ак и уп л отн ен н ы е и ск у с ственны м путем п одв ергали затем с р е зу при помощ и аппарата употребляем ого в и спы таниях устойчивости ф орм овочн ы х масс, п родуцированного Опытным отделен и ем Л итейного института в К ракове. П оловину обр азц ов ср еза л и в со стоянии и х ак туал ьн ой в л а ж н о ст и (в м омент отбора либо уп лотнения) и п ол о вину при ув л аж н ен и и эквивалентном п отен ц и ал у почвенной влаги pF 2,7. П о л ученны е данны е подвергались м атем атической обработк е дл я вы числения к о эф ф и ц и ен т о в к оррел я ц и и и к оэф ф и ц и ен тов регрессии. П роведенны е и ссл ед о вания даю т обоснование ф ор м ули р ов к е сл ед у ю щ и х закон ом ерностей : 1. С опротивление к ср е зу бур ой почвы образов анной и з л есса ок азы в ает зависимость п р е ж д е всего от ее объ ем ного веса, за т ем от величины д ей ст в ую щ его на почву давлени я и от со д ер ж а н и я влаги в момент уплотнения. 2. В л аж н ость почвы в момент ср еза играет второстепенную роль в ф о р м и ровании зн ач ен и й сопротивлени я к с р е зу л ессовой почвы . 3. Связь сопротивлени я к с р е зу с ув л а ж н ен и ем в момент с р еза м еняется в зависим ости от со д ер ж а н и я воды в почве во время давлени я (наж им а). Почва уплотняем ая при меньш ем со д ер ж а н и и воды (10-15%) х а р а к т ер и зу ет ся бол ее сильной зависим остью сопротивлени я к ср езу от в л аж н ост и в момент ср еза, чем почва уплотняем ая при со д ер ж а н и и воды 17,5-26%. 4. П овы ш ение вл аж н ости при уп л отн ен и и лессовой почвы приводит к р о сту сопротивления к с р е з у в следстви е больш ей податли вости почвенного су б страта на действие наж им а. В ли ян и е в л аж н ости почвы при уплотн ен и и на с о противляем ость к ср езу было сильнее, чем влияние в л аж н ост и в момент среза; одноврем енное повы ш ение эти х видов в л аж н ости п риводит к повы ш ению зн а чений сопротивлени я к с р е зу л ессовой почвы . R. T U R S K I, Н . D O M Ż A Ł , A . S Ł O W IttS K A -J U R K IE W IC Z SH EA R ST R E N G T H C H A N G ES IN LO E SS SO IL D E P E N D IN G ON ITS D E N SIT Y A N D H U M ID IT Y
D ep artm en t of S o il S cien ce and A g ricu ltu ra l C h em istry, A g ricu ltu ra l U n iv e r sity o f L u b lin
S u m m a r y
F ield and lab oratory in v estig a tio n s on sh ear stren gth ch an ges in b row n soil d ev elo p ed from loess, d ep en d in g on the m oistu re co n ten t, press e ffe c t o n so il and b ulk d en sity, w ere carried out. F ield in v estig a tio n s carried o u t on fie ld s under red clover, w in te r w h ea t, oats, m a ize and sugar beets. T ak in g soil sam p les from
O,pór ścin an ia g le b y le s so w e j jako fu n k cja ob ciążen ia 213
under v a rio u s crops w a s aim ed a t g ettin g th e m aterial rep resen tin g p o ssib ly w id e ran ge o f v a lu e s of in d ep en d en tly form ed b u lk d e n sity o f soil. S o il sa m p les for th e a n a ly sis w e r e tak en in u n d istu rb ed sta te into m eta llic c y lin d ers of 100 cm8 cap acity (h eig h t 5.1 cm , d ia m eter 5.0 cm ) from th e 5-10 cm la y e r o f so il, in tw e lv e rep lica tio n s. T h e sa m p lin g w a s carried o u t in th e p eriod from th e first d ays of J u n e ito th e fir st days of O ctober 1976, a t 10-day in terv a ls. For th e la b o ratory a n a ly se s th e sam e so il w ith d istu rb ed stru ctu re w a s com p acted a r tific ia lly in id en tica l c y lin d ers, a t d iffe r e n t m oistu re co n te n t in so il <10, 12.5, 16, 17.5, 20, 22.5, 26%). T he fo llo w in g p ressu res w e r e ap p lied : 0.5, 0.75, 1.0, 2.0, 5.0, 10.0, 15.0 k G /c m2 in eig h t rep lica tio n s. S a m p les, b oth tak en in fie ld and a r tific ia lly com pacted, w e r e th en sh orn b y m ean s o f th e ap p aratu s for te s tin g stren gth prqperties of sa n d m ix o f the LR u type, produced b y th e E x p erim en t W orks of th e F ou n d ary R esearch In stitu te in C racow . A h a lf of th e sa m p les w ere shorn at the a ctu a l h u m id ity (at th e m om en t of sa m p lin g or con d en sin g), and an oth er h a lf — a t th e h u m id ity corresp on d in g w ith th e m oistu re p o ten tia l o f p F 2.7. T h e r esu lts obtained w e r e a n a ly zed s ta tis tic a lly to c a lc u la te correlation and reg ressio n co efficien ts.
T h e in v e stig a tio n s a llo w to d ra w th e fo llo w in g con slu sion s:
1. S h ear stren gth of b row n so il d e v e lo p e d from lo e s s d ep en d s, fir s t o f all, on its den sity, p ressu re a ctin g on it and m o istu re c o n te n t a t th e m o m en t of com paction.
2. S o il m oistu re a t th e m o m en t o f sh earin g p la y s a secon d ary r o le in form in g the v a lu e of shear stren g th o f lo ess soil.
3. T he rela tio n sh ip b etw en sh ear stren g th an d m oistu re a t th e m o m en t of sh earin g ch an ges d ep en d in g on th e m oistu re con ten t in soil d u rin g th e p ressu re action . S o il com pacted a t lo w e r m oistu re co n te n t (10-15% ) ch a ra cterizes itse lf w ith g reater d ep en d en ce o f sh ear stren gth on humidity* o f sh earin g th an soil con d en sed at h igh er m o istu re le v e l (17.5-26% ).
4. M oisture co n ten t in crea se at th e lo e ss so il com p action causas its sh ear stren gth in crea se d u e to a greater su sc e p tib ility of th e so il m aterial to th e p ressure action. S in c e th e soil m o istu re in flu e n c e o n so il shear stren g th is stron ger than th at of m oistu re o f sh earin g, a sim u lta n eo u s in crea se of eith er m oistu re k in d lead s to a shear stren g th grow th.
P r o /, d r R y s z a r d T u r s k i I n s t y t u t G l e b o z n a w s t w a i C h e m i i R o l n e j A R L u b l i n , ul. L e s z c z y ń s k i e g o 7
