ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXIII, Z. 1, WARSZAWA 1972
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
ZALEŻNOŚĆ TARCIA W EW NĘTRZNEGO OD W ILGOTNOŚCI GLEB W YTWORZONYCH Z RÓŻNYCH SKAŁ M ACIERZYSTYCH
K atedra G leb ozn aw stw a W SR w L u b linie, k iero w n ik — doc. dr hab. R. T urski
Rozwój m echanizacji rolnictw a jest głów nym czynnikiem w y w ołu ją cym coraz w iększe zainteresow anie fizykom echanicznym i w łaściw ościa mi gleb. W iąże się to ściśle z potrzebą u stalen ia optym alnego do up raw y stan u gleby, pozw alającego na uzyskanie najlepszych efektów pracy m a szyn przy najm niejszych nakładach energii i czasu [7, 8]. Rów nież odpo w iednia k o n stru k cja m aszyn i narzędzi rolniczych zależy od dokładnego określenia w szystkich w arunków , w k tó rych m aszyny te będą pracow ać [2, 13].
W prow adzonych na świecie badaniach fizykom echanicznych w łaści wości gleb coraz w iększy nacisk kładzie się obecnie na poznanie takich param etrów , ja k spójność [1-4, 12], przylepność [3, 4], tarcie zew nętrzne [2, 3] i w ew nętrzne [1-4, 12, 13], które decydują o wielkości oporów sta w ianych przez glebę w procesie upraw y. W łaściwości te uzależnione są od w ielu czynników , jak w ilgotność [1, 3, 11, 12], skład m echaniczny [4, 8, 10], stru k tu ra [10, 11], zaw artość próchnicy i w ęglanów [4], te k stu ra itp. Zm ienność ty ch czynników i ich wielkość są uzależnione od ty p u i rodzaju gleby.
Tarcie w ew nętrzne uw ażane jest za jed n ą z podstaw ow ych w łaści wości fizykom echanicznych gleby [6, 10, 14]. W raz ze spójnością decy duje ono o oporności gleby, której pokonanie w ym aga w samej strefie ru ch u lem iesza zużycia 50-60% energii w ydatkow anej podczas orki [5].
Dotychczas problem aty k a tarcia w ew nętrznego rozp atry w an a była głów nie z p u n k tu w idzenia m echaniki g ru n tó w [9, 13], a ostatnio rów nież i dla celów agrotechnicznych [1-3]. Z badań ty ch w ynika, że po
16 R. T urski i in.
m iędzy tarciem w ew n ętrzn ym a w ilgotnością istnieje odw rotna, nieprosto- liniow a zależność. Okazało się jednak, że w przebiegu krzyw ych, obrazu jących zależność tarcia w ew nętrznego od w ilgotności gleby, w niektórych glebach w y stępuje podw ójne m aksim um i m inim um [12].
W polskim piśm iennictw ie gleboznaw czym b rak jest dotąd danych cha raktery zu jący ch w pływ wilgotności i innych czynników glebow ych na m e chaniczne właściwości gleby. P o djęta praca stanow i konty nu ację badań [4] zm ierzających do poznania zależności m iędzy fizycznym i, chem iczny mi i m echanicznym i cecham i gleby oraz do określenia optym alnych w a runków pracy narzędzi upraw ow ych w różnych glebach.
M ETO DY K A
Do badań pobrano próbki z n iek tó ry ch poziom ów genetycznych 8 p ro fi lów glebow ych w ojew ództw a lubelskiego. Oznaczenia w ykonano dla w szystkich poziomów A 1 analizow anych gleb. W celu porów nania w pływ u działania próchnicy n a tarcie w ew n ętrzn e przeprow adzono rów nież ozna
czenia w spółczynnika tarcia w niek tóry ch głębszych poziom ach badanych gleb.
Próbki pobrano z następ ujący ch gleb:
— gleba pseudobielicow a antropogeniczna, w ytw orzona z piasku luź nego (poziomy А г i C),
— gleba bielicow a w ytw orzona z piasku gliniastego lekkiego (pozio m y A h A 2, B),
— gleba pseudobielicow a pseudoglejow a, w ytw orzona z utw orów p y łow ych pochodzenia wodnego (poziomy А ъ A 3, B),
— gleba b ru n a tn a kw aśna, w ytw orzona z gliny ciężkiej (poziom Aj), — gleba b ru n a tn a w yługow ana, w ytw orzona z lessu głębokiego (po ziom y A x i C),
— czarnoziem zdegradow any, w ytw orzony z lessu głębokiego (pozio m y A 1 i С),
— rędzina próchniczna, w ytw orzona z utw orów kredow ych (pozio
m y i C),
— gleba m urszowa, w ytw orzona z to rfu niskiego (poziom М{).
B adania w ytrzym ałości gleby na ścinanie, na podstaw ie których w y znaczono w artości w spółczynnika tarcia w ew nętrznego, przeprow adzono w aparacie trójosiow ego ściskania. P om iary w ykonyw ano n a próbkach o zachow anej m ezo- i m ik ro stru k tu rze. Objętość próbek w ynosiła ok. 121,7 cm 3 (średnica 3,8 cm, wysokość 10,2 cm).
P róbki do oznaczeń przygotow yw ano przez podsuszanie lub naw ilża nie w celu o trzym ania m ożliw ie dużej liczby w yników w jak najszerszym przedziale wilgotności. Do rozpoczęcia pom iarów próbki przechow yw ano
T arcie w ew n ętrzn e gleb a ich w ilg o tn o ść 17
Rys. 1. Z ależność w sp ó łczy n n ik a tarcia w ew n ętrzn eg o gleb y od w ilgotn ości. G leba p seu d o b ielico w a w ytw orzon a z p iask u lu źn ego
a — m ak sy m aln a higroskopow ość
D ep en d en ce of th e in tern a l frictio n c o efficien t of soil on hu m id ity. P seu d op od zolic soil d evelop ed of loose sand
a — m ax im al h ig roscopicity
R ys. 2. Z ależność w sp ó łczy n n ik a tarcia w ew n ętrzn eg o gleb y od w ilg o tn o ści. G leba b ielico w a w ytw orzon a z piask u g lin ia steg o
a — m ak sy m aln a higroskopow ość, b — g ranica plastyczności, с — gran ic a płynności D ep en d en ce of th e in tern a l frictio n co efficien t of soil on hum id ity.
P odzolic so il d evelop ed of loam y sand
a — m axim al higroscopicity, b — plasticity lim it, с — liquidity lim it
przez 48 godz. w herm etycznie zam kniętych naczyniach ze w zględu na konieczność uzyskania jednolitej w ilgotności gleby. W każdej serii ozna czeń, obejm ującej jed en poziom genetyczny, w ykonano 10-25 pom iarów . Ścinanie przeprow adzono bez odsączania w ody z próbki. K ażdą próbkę, u b itą z siłą 0,2-0,3 kG /cm 2, ścinano p rzy czterech stanach naprężeń bocz nych: 0,5, 1,0, 1,5, 2,0 kG /cm 2, z prędkością 0,2-0,3 m m /sek.
y-T a b e l a 1 N ie k tó re w ła ś c iw o ś c i f iz y c z n e i chem iczne b ad an y ch g le b - Some p h y s i c a l and c h e m ic a l p r o p e r t i e s o f t h e s o i l s i n v e s t i g a t e d
Hr pro fi lu Pro fi le No. Po ziom gene- tycz-J 4 Gene tic hori zon llaksyinal- na higro- skopowość Uazimal higros- copicity Granica plastycz ności W Plasti city limit Wp Granica płynności W1 L i q u i d i t y limit wi Liczba plas ty с znoś-01Ь Plasti city in d e x b
Zawartość frakcji mechanicznych w % Content of mechanical fractions in %
Zawartość w % Content in % of 1 -0 ,1 0 , 1 -0 ,-0 5 0 ,0 5 -0 ,0 2 0 ,0 2 -0 ,0 0 5 0 ,0 0 5 -0 ,0 0 2 < 0 , 0 0 2 2 0 , 1 - 0 ,0 2 < 0 , 0 2 próch nicy humus CaCOj % mm 1 A1 1 ,2 7 _ _ 77 6 9 5 1 0 17 6 0 ,8 9 -С 0 ,2 3 - - - 90 5 1 3 1 0 6 4 0 ,0 0 -2 A1 1 ,3 3 _ _ 55 13 18 12 2 0 31 14 .1 .3 7 -k2 0 ,4 9 - - - 65 11 14 7 3 0 25 10 0 ,0 0 -Б 1 ,8 0 1 2 ,8 0 1 7 ,7 5 5 ,6 51 13 15 10 2 9 28 21 0 ,0 8 -3 A1 1 .1 7 • 41 22 23 10 3 1 45 14 0 ,4 1 -Аз 0 ,8 3 - - - 38 24 23 9 2 4 47 15 0 ,2 7 -В 0 ,8 1 - - - 53 18 18 6 0 5 36 11 0 ,1 9 -4 A1 7 ,5 1 2 0 ,2 3 4 0 ,9 0 2 0 ,7 25 11 11 10 3 40 22 53 1 ,0 4 -5 A1 3 ,7 9 2 3 ,0 9 2 9 ,5 0 5 ,6 1 22 42 23 5 7 64 35 2 ,2 0 -С 1 ,9 2 1 9 ,6 4 2 4 ,5 0 4 , 9 2 19 44 21 6 8 63 35 0 ,0 0 7 ,3 3 6 A1 4 ,5 3 2 4 ,9 9 3 3 ,5 0 8 ,5 3 21 41 19 8 8 62 35 2 ,8 5 -с 2 ,1 7 2 0 ,4 0 2 5 ,2 6 4 ,9 4 17 45 11 3 20 62 34 0 ,0 0 7 ,3 3 7 A1 9 ,5 3 3 4 ,1 1 52,00 1 7 ,9 16 4 10 17 15 38 14 70 3 ,5 2 9 ,5 6 с 5 ,5 4 3 9 ,8 2 6 3 ,8 0 2 4 ,0 2 6 8 19 22 43 14 84 0 ,0 0 6 6 ,7 9 Ô M1 2 4 ,2 9 * - - - - - - - - - - - 7 8 ,6 * *
-* Wynik podano w p r o c e n ta c h w ilg o t n e j masy The d a t a a re p r e s e n t e d i n % o f hum id s o i l b u lk
** V g l e b i e murszowe;) oznaczono z a w a rto ś ć s u b s t a n c j i o r g a n ic z n e j I n inuok s o i l o rg a n ie m a tte r c o n te n t was d e te rm in e d
Wilgotność % —Humidity °/o Wilgotność % - Humidity °/o
R ys. 3. Z ależność w sp ółczyn n ik a tarcia w ew n ętrzn eg o gleb y od w ilg o tn o ści. G leba p seu d ob ielicow a w ytw orzon a z u tw o ró w p y ło w y ch p ochodzenia w odnego
Oznaczenia jak na rys. 2
D ep en d en ce of th e in tern al friction c o efficien t of soil on hu m id ity. P seu d op od zolic so il d evelop ed of silty form ation s of a llu v ia l origin
D enotations — as in Fig. 2
Wilgotność % -Humidity %
Rys. 4. Z ależność w sp ó łczy n n ik a tarcia w ew n ętrzn eg o gleb y od w ilgotn ości. G leba b runatna w ytw orzon a z g lin y ciężkiej
O znaczenia jak n a rys. 2
D ep en d en ce of th e in tern al friction co e ffic ie n t of soil on hu m id ity. B row n so il d evelop ed of h ea v y loam
W sp ôf cz yn n ik to rc io w ew n ętr zn ego W sp óf cz yn m k ta rc ia w ew n ęt rz n eg o in te rn o i fr /c fio n co ef fic ie n t int ern at fn ct/o n co ef fi ci en t Wilgotność % - Humidity %
Wilgotność °/o -Humidity %
— —
R ys. 5. Z ależność w sp ółczyn n ik a tarcia w ew n ętrzn eg o gleb y od w ilg o tn o ści. G leba brunatna w y
tw orzona z lessu
O znaczenia jak na rys. 2
D ep en d en ce of the in tern al fr ic tion co efficien t of soil on h u m i dity. B row n soil d eveloped of
loess
D eno tatio n s — as in Fig. 2
R ys. 6. Z ależność w sp ółczyn n ik a tarcia w ew n ętrzn eg o gleb y od w ilg o tn o ści. C zarnoziem zd eg ra
d ow an y w ytw orzon y z lessu
O znaczenia jak na rys. 2
D ep en d en ce of the in tern al fr ic tion co efficien t of soil on h u m i dity. D egraded chernozem d e v e
loped of loess D enotations — as in Fig. 2 W sp ôf cz yn n ik ta rc ia wew nę trzn eg o W sp óf cz yn m k ta rc ia w ew n ęt rz n eg o intern at fr ic tio n co ef fic ie n t In te rn at fr ic tio n co ef fi ci en t. to о 6 12 18 24 30 Wilgotność % -Humidity %
Wilgotność °/o —Humidity °/o
T
urski
i
in
Wilgotność %- Humidity %
Wilgotność °/o -Humiditg %
R ys. 7. Z ależność w sp ółczyn n ik a tarcia w ew n ętrzn eg o gleb y od w ilg o tn o ści. R ędzina czarnoziem na w y tw o rzo n a z u tw o ró w k red ow ych
Oznaczenia ja k na rys. 2
D ep en d en ce of th e in tern a l frictio n co efficien t of soil on hu m id ity. C hernozem rendzina soil d evelop ed of calcareou s form ation s
D enotations — as in Fig. 2
0,60
Rys. 8. Z ależność w sp ó łczy n n ik a tarcia w ew n ętrzn eg o gleb y od w il gotności. G leba m u rszow a w y tw o
rzona z torfu n isk iego
O znaczenie ja k na rys. 1
D ep en d en ce o f th e in tern a l friction c o efficien t of so il on h u m id ity. M uck so il d evelop ed of lo w p eat
D enotation — as in Fig. 1 § 1 i t 1 1 0,40 t 0,20 Poziom M1- Horizon Mi 12 24- 36 48 60
Wilgotność % - Humidity °/o
2 2 R. T urski i in.
znaczono graficznie zgodnie z zasadą kół M ohra [10]. Pozostałe fizyczne i chem iczne właściwości badanych gleb oznaczono ogólnie stosow anym i m etodam i.
OM ÓW IENIE W YNIKÓW
Przeprow adzone badania w ykazały, że na ch a ra k te r przebiega k rzy wej, przedstaw iającej zależność w spółczynnika tarcia w ew nętrznego od wilgotności gleby, decydujący w pływ w yw ierają: skład m echaniczny i za w artość próchnicy.
Na podstaw ie uzyskanych w yników w yróżniono w badanych glebach dw a zasadnicze ty p y krzyw ych, obrazujących analizow aną zależność:
— krzyw e m ające jedno m aksim um i jedno m inim um ; w zrost za w a r tości wody pow oduje stałe zm niejszanie w artości w spółczynnika tarcia w ew nętrznego w całym badanym zakresie nasycenia gleby wodą,
— krzyw e m ające dw a m aksim a i dw a m inim a. W zrost zaw artości w ody pow oduje w pew nych zakresach nasycenia gleby w odą zm niejszenie w artości w spółczynnika tarcia, a w innych zakresach — zwiększenie.
P ierw szy typ krzyw ej jest ch arak tery sty czn y dla gleb o bardzo lekkim lub, przeciw nie, o bardzo ciężkim składzie m echanicznym (rys. 1 — po ziom y A± i C, rys. 4 — poziom A t) oraz, niezależnie od składu m echanicz nego, dla gleb o w ysokiej zaw artości próchnicy (rys. 6 — poziom A 1; rys. 7 — poziom А ъ rys. 8 — poziom Mj).
W glebach o lekkim składzie m echanicznym obserw uje się w zakresie nasycenia w odą od zera do 12-15% niew ielkie zm niejszenie w spółczynnika tarcia, a po przekroczeniu podanych granicznych stanów naw ilżenia — gw ałtow ny jego spadek (rys. 1). W glebach o dużej ilości iłu koloidalnego — do granicy plastyczności — n astęp uje bardzo szybkie obniżenie w spół czynnika, n atom iast powyżej tej granicy — m inim alne (rys. 4, 7).
W ydaje się, że o charakterze krzyw ej w większości gleb należących do opisanej grup y decyduje w łaśnie znaczna przew aga frakcji piasku albo iłu koloidalnego lub obecność próchnicy. W pływ tej ostatniej daje się szczególnie w yraźnie prześledzić przy porów naniu krzyw ych poziom u ak u m ulacyjnego i skały m acierzystej rędziny próchniczej (rys. 7).
W ystępow anie dodatkow ego m aksim um i m inim um w spółczynnika ta r cia w ew nętrznego obserw uje się w glebach zaw ierających powyżej 25% frakcji p y łu i poniżej 2,5% próchnicy (rys. 2 — poziom y A lt A 2 i B, rys. 3 — poziom y А ъ A 3 i B, rys. 5 — poziom y A t i C, rys. 6 — poziom C, tab.). Rów nież i w ty m p rzy p ad ku dał się zauw ażyć w y raźny w pływ próchnicy na c h a ra k te r krzyw ej.
Próchnica pow oduje w yrów nanie krzyw ej. Św iadczy o tym porów na nie przebiegu analizow anych k rzyw ych w poziom ach próchnicznych czarnoziem u i gleby b ru n atn e j oraz w ich lessow ych skałach m acierzy
T arcie w e w n ętrzn e gleb a ich w ilg o tn o ść 23
stych (rys. 5 i 6). Mimo że skład m echaniczny w ty ch w szystkich pozio m ach jest podobny, różnice w ilości próchnicy (tab.) spraw iają, że w po ziomie A t czarnoziem u o b serw uje się system atyczne zm niejszanie w spół czynnika tarcia w ew nętrznego przy zw iększeniu zaw artości wody, gdy tym czasem w obu skałach lessow ych w ystęp u je dodatkow e m inim um i m aksim um w spółczynnika w zakresie naw ilżenia od 8 do 18%. W po ziomie A t gleby b ru n atn e j działanie próchnicy zaznacza się także, nie jest ono jed n ak na tyle silne, żeby zupełnie zlikw idow ać załam ania k rzy wej.
W większości badanych gleb obserw uje się ścisły zw iązek m iędzy p rze biegiem k rzyw ych p rzedstaw iających zależność w spółczynnika tarcia w e w nętrznego od zaw artości wody. Szczególnie charaktery styczne są zm iany k ształtu k rzyw ych w stanach w ilgotności odpow iadających m aksym alnej higroskopowości i granicy plastyczności. W u tw o rach plastycznych o d u żej zaw artości części spław ialnych, a zwłaszcza koloidów, załam ania k rz y w ych w y stę p u ją najczęściej w łaśnie przy w ilgotności odpow iadającej m aksym alnej higroskopijności i granicy plastyczności (rys. 4, 7). Są to sta ny wilgotności, k tó rych przekroczenie pow oduje zasadniczą zm ianę sto sunku fazy gleby do wody, decydującego o wielkości w spółczynnika tarcia w ew nętrznego. Dotyczy to szczególnie takiego nasycenia wodą, które odpow iada granicy plastyczności gleby.
Rów nież w utw o rach nieplastycznych w pobliżu m aksym alnej higros kopowości następ u je załam anie krzyw ej (rys. 1, 2, 3).
W ystępow anie dodatkow ego m inim um i m aksim um w spółczynnika ta r cia w ew nętrznego w u tw orach pyłow ych i pylastych (rys. 2, 3, 5, 6) wiąże się praw dopodobnie także z pew nym i ch arak terystycznym i stopniam i na sycenia gleby wodą. Bardzo możliwe, że w yznaczenie krzyw ych pF dla b a danych gleb pozwoliłoby na w yjaśnienie tego interesującego zjaw iska.
Skład m echaniczny gleby i ilość próchnicy w y w ierają pow ażny w pływ na wielkość przedziału wilgotności, w k tó ry m w spółczynnik tarcia w e w nętrznego p rzy jm u je w artości w ym ierzalne za pom ocą stosow anej m eto dy. W zrost ilości części spław ialnych i próchnicy w pływ a na rozszerzenie tego zakresu nasycenia gleby w odą (rys. 5, 6), natom iast zw iększenie za w artości frak cji piasku pow oduje jego zwężenie (rys. 2, 3 i tab.). Zjaw isko to jest zw iązane z dużą pojem nością w odną gleb próchniczych i o cięż szym składzie m echanicznym .
W pływ składu m echanicznego na wielkość w spółczynnika tarcia zazna cza się we w szystkich b adanych poziomach. W glebach o lżejszym składzie m echnicznym (rys. 1, 2, 3) w zrost w spółczynnika tarcia w ew nętrznego wiąże się ze zw iększeniem ilości frakcji piasku, w glebach o średnim i ciężkim składzie m echanicznym (rys. 4-7) ze zw iększeniem ilości iłu ko loidalnego (tab.).
24 R. T u rsk i i in.
O ddziaływ anie frak cji piasku n a wielkość tarcia jest zupełnie zrozu m iałe; grube, ostrokraw ędziste z ia rn a zw iększają (bowiem opór ta rc ia w e w nętrznego [6]. N atom iast obecność dużej ilości koloidów pow oduje, zwłaszcza w glebie suchej, pow staw anie łatw o zazębiających się o siebie agregatów , k tóre nie uleg ają rozkruszeniu podczas ścinania, podw yższając znacznie opór tarc ia obrotowego. W glebie w ilgotnej agregaty ulegają zniszczeniu i w spółczynnik tarc ia w ew nętrznego obniża się (rys. 4,
7)-N ależy zaznaczyć, że w e w szystkich analizow anych glebach m aksym al ne w artości w spółczynnika tarc ia w ew nętrznego nie przekraczają 0,82. J e st to zgodne z w ynikam i b ad ań R a l c z e w a [12] oraz z pracam i z za k resu m echaniki g runtów [6, 10], odbiega n ato m iast od d any ch B a c h - t i n a [1, 2], k tó ry w glebie ciem nokasztanow ej uzyskał, przy n asyceniu gleby w odą do 3,2%, w artości w spółczynnika tarcia w ew nętrznego rów n e 3,0, a przy naw ilżeniu do 8,5% — 2,8.
Na w artości w spółczynnika ta rc ia w ew nętrznego znaczny w pływ w y w iera rów nież obecność próchnicy. P rzy ty m sam ym składzie m echanicz nym poziom y próchniczne gleb niespoistych w y k azują w całym zakresie naw ilżenia m niejsze w artości w spółczynnika tarcia niż poziom y położone głębiej. J e st to zapew ne spow odow ane tym , że obecność związków próch- nicznych u łatw ia grubszym ziarnom piasku poślizg przy ścinaniu.
Szczególnie interesu jąco p rzedstaw ia się zależność m iędzy zaw artością próchnicy a w artościam i przyjm ow anym i przez w spółczynnik tarcia w e w nętrznego w glebach lessowych. J a k to już poprzednio zaznaczono, próchnica w pływ a w poziom ie A t ty ch gleb na zm ianę c h a ra k te ru krzy- wej w p orów naniu ze skałą m acierzystą pow odując likw idow anie dodatko wego m in im um i m aksim um k rzyw ej. W yprostow aniu krzyw ej w pozio m ach próchnicznych tow arzyszy jednocześnie w zrost w spółczynnika ta r cia w pew nych zakresach nasycenia w odą (czarnoziem — 2-12%, gleba b ru n a tn a 0,5-15%). W yższe w artości w spółczynnika tarcia w ew nętrznego w poziom ie A 1 w porów naniu z poziom em С w iążą się zapew ne ze stru k tu - rotw órczym działaniem próchnicy, sprzyjającej pow staw aniu agregatów , któ rych obecność w pływ a w glebie suchej na zw iększenie tarcia. Podobne zjaw isko obserw uje się rów nież w poziomie A x rędziny czarnoziem nej, gdzie przy nasyceniu gleby w odą w granicach od 1 do 15% w spółczynnik tarcia osiąga w artości wyższe niż w kredow ej skale m acierzystej.
Zaobserw ow any zw iązek m iędzy zaw artością próchnicy a ch arak terem analizow anych krzyw ych dowodzi, że obok w ilgotności gleby i jej składu m echanicznego pow ażną rolę w k ształtow aniu w artości w spółczynnika ta r cia odgryw ają inne czynniki. W zw iązku z ty m w ydaje się potrzebne pro w adzenie dalszych dokładniejszych bad ań m echanicznych właściwości gleb mim o istniejących opracow ań dla celów geotechnicznych.
T arcie w ew n ę tr z n e gleb a ich w ilg o tn o ść 25
W N IO SK I
Na podstaw ie przeprow adzonych badań dadzą się sform ułow ać n astę pujące uogólnienia.
1. N ajw ażniejszym czynnikiem w pływ ającym na kształtow anie się w a r tości w spółczynnika tarc ia w ew nętrznego jest w ilgotność gleby. M aksy m alne w artości w spółczynnika obserw ow ane są przy w ilgotności bliskiej zera, m inim alne w pobliżu granicy płynności.
2. O w artościach p rzyjm ow anych przez w spółczynnik tarcia w e w nętrznego w całym badan y m zakresie naw ilżenia gleby decyduje jej skład m echaniczny, a zwłaszcza obecność frak cji piasku i iłu koloidalnego.
3. Próchnica w yw ołuje obniżenie w artości w spółczynnika tarcia w e w nętrznego w glebach niespoistych w całym badanym zakresie w ilgot ności. W glebach spoistych natom iast obniża ona w spółczynnik tarcia w e w nętrznego przy zaw artości w ody w iększej niż połow a granicy plastycz ności.
4. P rzy niskiej zaw artości w ody w glebach spoistych następstw em zw iększenia ilości próchnicy jest podw yższenie w artości w spółczynnika tarcia w ew nętrznego.
5. P rzebieg k rzyw ych obrazujących zależność w spółczynnika tarcia w ew nętrznego od w ilgotności jest w większości gleb ściśle zw iązany z m aksym alną higroskopijnością i granicą plastyczności- W pobliżu tych granic obserw uje się najczęściej załam ania krzyw ych.
6. O ch arak terze krzyw ej przedstaw iającej zależność w spółczynnika tarcia w ew nętrznego od w ilgotności decyduje skład m echaniczny gleby i zaw artość próchnicy.
LIT ER A TU R A
[1] В a c h t i n P. 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 ro tiw len ije sdw igu, k o efficie n t trien ija i sciep len ije tiem n o -k a szta n o w y ch p oczw i jużnego czernoziem a. P o czw o w ied ien ., 1 1, 1963.
[2] В a c h t i n P. U., N i к o ł a j e w а I. N., W o ł o c k a j a W. I.: F iz ik o -m ie c h a - n iczesk ije sw o jstw a d iern o w o -p o d zo listy ch p oczw C entralnoj M a szin n o -Isp y ta - tieln oj S ta n cji Sołn ieczn ogorsk ogo rajona M oskow skoj obłasti. P o czw o w ied ien ., 7, 1964.
[3] B a c h t i n P. U., K i r t b a j a J. K. , N i k o ł a j e w a I. N., W o ł o c k a j a W. I.: Izm ien ien ije so p ro tiw len ija n iekotorych poczw razliczn ym dieform acjam w za w isim o sti ot ich w ła żn o sti. P o czw o w ied ien ., 9, 1969.
[4] D o m ż a ł H.: P relim in a ry stu d ies of th e in flu en ce of m oistu re on p h y sico -m e- ch an ical properties of som e so ils w ith regard to estim a tio n of optim um w o r k in g con d ition s of in p lem en ts. P o lish J. of S o il Sei. t. 3, 1970, z. 1.
[5] D o ł g o w S. I.: A g ro fiziczesk ije m ieto d y issled o w a n ija poczw . Izd a tielstw o „N auka”, M oskw a 1966.
26 R. T u rsk i i in.
[6] J e s k e T., P r z e d e c k i T., R o s s i ń s k i В.: M echanika gruntów . PW N, W arszaw a-W rocław 1966.
[7] K a c z i ń s k i j N. A.: S w o jstw a p oczw как fak tor o p ried ielaju szczij u słow ija roboty sielsk o ch o zia jstw ien n y ch m aszin. P oczw ow ied ien ., nr 8, 1937.
[8] K o w a l i ń s k i S.: W pływ w ła śc iw o śc i fizyczn ych gleb na ich ciężkość. Zesz. nauk. W SR Wroc., 8, 1957.
[9] P a s z y c - S t ę p k o w s k a E.: P rzyp u szczaln y m ech an izm procesu ścin an ia n asycon ych p ęczn iejących iłów . A rchiw . H ydrot., t. 13, 1966, z. 3-4.
[10] P i ę t k o w s k i R., C z a r n o t a - B o j a r s k i R.: M echanika gruntów . A r k a dy, W arszaw a 1964.
I ll] P o t a p o w В. I . : O w lija n ii w łażn osti i u p łotn ien ija poczw na p ried ieln oje so p ro tiw len ije ich sdw igu. P o czw ow ied ien .. nr 4, 1966.
[12] R a l c z e w A.: K o effic ien ty na trijen ie na izłu żen czarn oziem -sm ołn ica ot Sofijsk o. P o czw o zn a n ije i agrochim ija, god. III, nr 5, S ofia 1968.
[13] S z w a j S.: P o d sta w o w e badania w zak resie m ech an ik i gru n tów w za sto so w a niu do m aszyn rolniczych. R ccz. N auk roi., 6 8-C -l, 1966.
[14] T a y l o r - D o n a l d W.: F un d am en tals of soil m echanics. N ew Y ork-L ondon 1954.
[15] W e r e s S.: W p ływ próchnicy na opory jed n o stk o w e gleb y. Rocz. N auk roi., 6 8-C -l, 1966. Р. ТУРСКИ, Г. ДОМЖАЛ, А. СЛОВИНБСКА ЗА ВИ С И М О СТЬ ВНУ ТРЕНН ЕГО ТРЕН И Я ОТ В Л А Ж Н О С Т И ПОЧВ, О Б Р А ЗО В А В Ш И Х С Я И З Р А З Н Ы Х М А ТЕ РИ Н С К И Х ПОРОД К аф ед р а П очвоведения В ы сш ей С ельскохозяйствен ной Ш колы в Люблине Р е з ю м е С восьми почв: — псев доп одзоли стой антропогенной (окультуренной), образов авш ейся из ры хлой супеси, — подзолистой, обр азовавш ейся из легкого суглинка, — п сев доп одзоли стой псевдоглеевой , образовавш ейся из пы леваты х обр а зований водного п р ои схож ден и я , — бурой кислой, образов авш ейся из т я ж ел ы х глин, — бурой вы щ елоченной, образов авш ейся из мощ ного лёсса, — чернозем а деградированного, образов авш егося из мощ ного леса, — р ен дзи н ы перегнойной меловой и — болотной почвы, обр азовавш ейся из низинного торф а, отбирались образцы дл я того, чтобы уточнить зависим ость к о эф ф и ц и ен та внутреннего трения от в л аж н ости и д р у ги х почвенны х ф акторов. И зм ерения вы полнялись с прим е нением аппарата тр ехосного сж атия. П олучен ны е р езультаты преддоставляю т возм ож ность сделать следую щ ие выводы; 1. Самым важ н ы м ф актором влияю щ им на ф орм ировани е велички к о э ф ф и ц и ен та внутренн его трения является вл аж н ость почвы. М аксим альны е з н а чения к о эф ф и ц ен т а обн аруж и в аю тся при в л аж н ости бл изкой нулю, м и н и мальны е — поблизости п р едел а текучести.
Tarcie w ew n ętrzn e gleb a ich w ilg o tn o ść 27 2. В ел и ч и н у зн ач ений к о эф ф и ц и ен та вн утреннего трения во в с е х и нтер в ал ах у в л аж н ен н ости обуславливает м ехан и ч еск и й состав почвы, а особенно наличие ф р ак ц и и песков и коллоидного ила. а) Р осту количеств ф р ак ц и и песка сопутствует повы ш ение зн ач ен и й к о э ф ф и ц и ен та вн утреннего трения, вы званное увелич ением сопротивления трения ск ользящ его и ш арнирного. б) В ы сокое со д ер ж а н и е коллоидного ила способствует ф орм ировани ю м но гочисленны х агрегатов, которы е увелич иваю т ш арнирн ое трение. 3. Н алич ие гум уса т о ж е зам етно ск азы в ается « а в ел и ч и н у к о эф ф и ц и ен та внутренн его трения. а) В мало ком пактны х п очв ах гум ус п он и ж ает зн ач ен и е к о эф ф и ц и ен та вн утреннего трения. б) В слитны х п оч в ах последствием обогащ енности гумусом является п о вы ш ен ие зн ач ен и й к о эф ф и ц и ен та вн утреннего трения при нев ы соких у р о в н я х влажности: 4. Х о д кривы х, и зо б р а ж а ю щ и х зависим ость к о эф ф и ц и ен та внутреннего трения от влаж н ости , у больш инства почв обн ар уж и в ает тесную связь с м а ксим альной гигроскопностью и пределом текучести. П облизости н азв ан н ы х границ чащ е всего н аблю дается перегиб кривы х. 5. Для ф орм ы кривой, и зобр аж аю щ ей зависим ость к о эф ф и ц ен т а в н утр ен него трения от в л аж н ости почвы, реш аю щ ее зн ач ен и е имеет её м еханич еский состав и со д ер ж а н и е гумуса. а) В почв ах с высоким содер ж ан и ем ф р ак ц и и песков, коллоидного ила или гум уса рост вл аж н ости вы зы вает во в сех ее и н тервалах п он и ж ен и е к о э ф ф и циента вн утренн его трения. б) В почв ах с о д ер ж а щ и х более 25% пы леваты х ф р ак ц и й и м енее 2,5% г у м уса увели ч ен и ю почвенной влаги сопутствует в н екоторы х и н тервалах в л а ж ности рост зн ач ен и й к о эф ф и ц и ен т а трения, что приводит к появлению д о б а вочны х пиков и деп реси й кривой. 6. В еличина (размер) интервала влаж н ости , в котором было в озм ож н о вы полнени е изм ерен ий к о эф ф и ц и ен т а вн утреннего трения, оказы вает зависим ость от м еханич еского состава и со дер ж ан и я гум уса. С ростом количества илисты х частиц и гум уса этот интервал расш иряется.
R. TURSKI, Н. DOMŻAŁ, A. SŁOWIŃSKA
DEPEN D EN C E OF IN T ER N A L FR IC TIO N ON H U M ID IT Y OF SO ILS DEV ELO PED OF D IFFE R EN T P A R E N T ROCKS
D ep artm en t of Soil Science. College of A griculture in Lublin
S u m m a r y
From eig h t soils, viz.:
— an trop ogen ic p seudopodzolic soil d evelop ed of loose sand; — podzolic so il d evelop ed of lig h t loam y sand;
— p seu d ogley p seudopodzolic soil d evelop ed of silty form ation s of a llu v ia l origin; — acid brow n soil d evelop ed of h ea v y loam ;
— leach ed brow n so il d evelop ed of deep loess; — degraded chernozem d evelop ed of deep loess;
28 R. T urski i in.
— hum ous calcareous ren d zin a soil; — m uck so il d evelop ed of lo w p ea t
sam p les w ere taken to d eterm in e d ep en d en ce of the in tern a l friction c o e ffic ie n t on so il h u m id ity and other so il factors.
The a n a ly sis w a s carried out u sin g the th r e e -a x ia l p ressure apparatus. On th e b asis of th e resu lts ob tain ed fo llo w in g con clu sion s can be draw n: 1. The m o st im p ortan t factor in flu en cin g v a lu es of the in tern a l friction c o e f fic ie n t is soil h u m id ity. M axim al v a lu es of th is co e ffic ie n t are observed at the h u m id ity ap p roxim atin g zero, w h ile m in im a l on es — near th e liq u id ity lim it.
2. T he v a lu es assu m ed by th e in tern a l friction c o e ffic ie n t w ith in th e w h o le m o isten in g range depend on m ech a n ica l com position of soil, p articu larly on p resen ce of sand and colloid al clay fractions.
a) Sand fraction in crease is accom panied by th e grow th of the in tern al friction c o e ffic ie n t v a lu es in con seq u en ce of in creased resista n ce of slid in g and rollin g friction.
b) H igh colloid al clay fraction con ten t lead s to th e form ation of num erous aggregates, w h ich in dry so il cause a sig n ific a n t rollin g frictio n increase.
3. T he p resen ce of hum us ex erts also a sig n ific a n t in flu e n c e on the in tern a l frictio n c o e ffic ie n t valu e.
a) In loose soils h u m u s cau ses a drop of th e in tern a l friction co efficien t valu e. b) In com pact soils hum us con ten t in crease cau ses a grow th of th e in tern a l friction co e ffic ie n t v a lu e at lo w h u m id ity lev els.
4. T he course of the curves illu stra tin g dep en d en ce of the in tern a l friction c o e ffic ie n t on so il h u m id ity is in m o st so ils clo sely connected w ith m a x im a l h ig ro - sco p icity and p la sticity lim it. N ear th ese lim its break of the cu rves is freq u en tly observed.
5. C haracter of the curve illu stra tin g d ep en d en ce of the in tern a l frictio n c o e f fic ie n t on so il h u m id ity depends on m ech a n ica l com position and hum us content.
a) In soils w ith high sand, colloid al clay or hum us co n ten t an in crea se of h u m id ity cau ses w ith in its w h o le range a drop of th e in tern al frictio n c o e ffic ie n t valu e.
b) In soils con tain in g s ilt fraction over 25% and hum us b e lo w 2.5% a m oistu re con ten t in crease is accom panied w ith in som e so il h u m id ity ran ges by th e in tern a l friction co e ffic ie n t v a lu e grow th, w h a t lead s to an occurrence of a d d ition al m a x i m um and m in im u m of the curve.
6. The m oistu re con ten t range rendering p ossib le th e in tern a l friction co efficien t m easu rem en ts, depends on m ech a n ica l com position and hum us content. A n in crease of clay particles and hum us resu lts in a w id en in g of th is range.
A d r e s W p ł y n ę ł o do P T G w lipcu 1970 r.
doc. dr hab. R y s z a r d T u r s k i K a t e d r a G l e b o z n a w s t w a W SR Lublin, L e s z c z y ń s k ie g o 9
