shear strength of surface soil as affected by soil bulk density and soil water content

10
Shear strength of surface soil as affected by soil bulk density and soil water content B. Zhang a,* , Q.G. Zhao a , R. Horn b,1 , T. Baumgartl b,2 a Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, P.O. Box 821, Nanjing 210008, PR China b Institute of Plant Nutrition and Soil Science, CAU, University of Kiel, Olshausenstr. 40, 24118 Kiel, Germany Received 6 June 2000; received in revised form 22 November 2000; accepted 3 December 2000 Abstract This paper proposes a new method to measure the soil strength parameters at soil surface in order to explain the processes of soil erosion and sealing formation. To simulate the interlocks between aggregates or particles within top 2 mm of the soil, a piece of sandpaper 30 particles cm 2 ) was stuck on the bottom face of a plastic box of diameter of 6.8 cm with stiffening glue and used as shear media. The soil strength for the soils from sandy loam to clayey loam was measured with penetrometer and the new shear device at soil surface at different bulk density and soil water content. The normal stresses of 2, 5, 8, 10 and 20 hPa were applied for the new shear device. The results indicated that signi®cant effect of bulk density on soil strength was detected in most cases though the difference in bulk density was small, ranging from 0.01 to 0.09 g cm 3 . It was also indicated that the measurement with the new shear device at soil surface was reproducible. The changes in soil shear strength parameters due to changes in bulk density and soil moisture were explainable with the Mohr±Coulomb's failure equation and the principles of the effective stress for the unsaturated soils. The implications of the method were later discussed. # 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved. Keywords: Shear test at soil surface; Shear strength parameters; Penetrometer 1. Introduction Soil erosion and surface sealing are among the most deleterious processes to agriculture and environment Sumner, 1995). During rainfall, raindrop compaction and soil suspension movement by water result in high shear stresses, leading to an intensive local deforma- tion in soil erosion Ghadiri and Payne, 1986; Rose et al., 1990). As a concomitant process the soil surface transfers into a layer, ranging from 1 to 10 mm, and results in higher bulk density, lower porosity and lower hydraulic conductivity Moore, 1981) and in an increase in soil strength Bradford et al., 1992). Con- sequently, shear strength of surface soil can be pro- posed as a measure of soil resistance to water erosion. Soil strength was linked to soil erosion Torri et al., 1987), soil aggregate detachment Nearing and Brad- ford, 1985; Torri et al., 1987) and seal formation Bradford et al., 1992). Tensile strength of soils has been reported to decrease with decreasing bulk density and increasing water content. Nearing et al. 1991) found that the tensile strength ranged between 0.93 and 3.23 kPa at small bulk density and high water content, which was much higher than typical shear Soil & Tillage Research 59 2001) 97±106 * Corresponding author. Fax: 86-25-335-3590. E-mail addresses: [email protected] B. Zhang), [email protected] R. Horn), [email protected] T. Baumgartl). 1 Tel.: 49-431-880-3190; fax: 49-431-880-2940. 2 Tel.: 49-431-880-3190; fax: 49-431-880-2940. 0167-1987/01/$ ± see front matter # 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved. PII:S0167-198701)00163-5

Upload: b-zhang

Post on 02-Jul-2016

215 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Shear strength of surface soil as affected by soil bulk density and soil water content

����� ������� � ����� � ��� �� ���� ��� �� ��� ����������� ��� ��� ����� �����

�� �������� ���� ����� �� ������� �� ��� ������!

���������� � ��� ������ ������� ������� � ������� ���� ��� ��� ������� �� � �! ��������������� � ����� ���"����� ��� ��� ������ ��# #��$�"���� � %��� �����������"� & �&��� %��� '�"����

�� ��"�� # $��� !%%%& �� ��"�� �� ��"���� �� !! '"� ��� !%%%& � �(��� ) *� � ��� !%%%

��������

���� (�(�� (�(��� � ��� ���� � ������ ��� ��� ������� (��� ����� �� ��� ����� � �� ���� � �+(���� ��� (� ����� �

��� ����� ��� ������ �� ����� � �� ����� ��� ������ �� ������� ������� � (���� ��� ������ �( ! � ��� ���� �

(�� � � ����(�(�� ,)% (���� ��� �!- ��� ��� � � ��� ��� �� � � � (����� �+ � ��� ���� � #�. ���� ��������� ������ ���� �� ����� ����� ��� ��� ������� �� ��� ���� �� ����� �� � ����� �� ��� ������� ���� (����� ���� ���

��� ��� ����� ��"� � �� ��� ����� � �� ��������� ���� ������� ��� ��� ����� ������ ��� �� �� �������� � !� /� .� �% ���

!% �0� ���� �((���� �� ��� ��� ����� ��"� �� ��� ������� ���� ���� ���� ����1 ��� ���� � � ���� ������� � ��� ������� ���

���� ��� �� �� ���� ���� ��� �������� � �� ���� ������� ��� � ���� ����� �� %�%� � %�%2 �)� 3� ��� ��� ���� �������� ��� ������ ��� ���� ��� ��� ����� ��"� � �� ��� ����� � ��� ��(��� ����� ��� ����� �� ��� ����� ������� (��� �����

��� � ����� �� ���� ������� ��� ��� ������ ���� �+(�������� ���� ��� 4��56�� �7� ������� �8����� ��� ���

(��� �(��� � ��� ���� ��"� ������ �� ��� ����������� ����� ��� � (�� ����� � ��� ���� ���� ����� ��� ������� !%%� 9���"���

� ��� � ��:� ;�� ����� �����"���

%��(�"��) ����� ���� �� ��� ����� �& ����� ������� (��� �����& 0����� ����

� ���� ������

��� ����� ��� ����� � ������ ��� � � ��� ��

���������� (� ����� � ��� ������ ��� ��"��� ���

,�� ���� �22/-� *���� ��������� ������( (� ���

��� ��� ���(����� "� ��� �� ����� ������ �� ���

����� ��������� ������ � �� �������"� � �� ���� �<

��� �� ��� ����� ,������� ��� 0����� �2.#& ���

�� ���� �22%-� ;� � � ����� (� ��� ��� ��� ����� �

��������� ��� � ������ ����� �� � � �% � ���

������� �� ����� ���� �������� ���� (����� ��� ����

�������� ��� ��"��� ,4��� �2.�- ��� �� ��

�� ����� �� ��� ������� ,������� �� ���� �22!-� 6�<

��8������� ����� ������� � ����� � ��� �� �� (�<

(��� �� � ������ � ��� �������� � � ����� ������

��� ������� ��� ������ � ��� ����� ,���� �� ����

�2.=-� ��� ������ ���� � ��� ,'����� ��� ����<

���� �2./& ���� �� ���� �2.=- ��� ���� �� ����

,������� �� ���� �22!-� ������� ������� � ���� ���

���� ��(���� � �� ����� ���� �� ������ ���� �������

��� �� ������ ����� ������ '����� �� ��� ,�22�-

���� ���� ��� ������� ������� ����� ������� %�2)

��� )�!) �0� �� � ��� ���� ������� ��� ��� �����

������ ��� � ��� � � ����� ���� ��(� �� �����

��� > ������ ������ � /2 ,!%%�- 2=5�%#

� 6����(���� ������ ?�+@ �.#<!/<))/<)/2%�*+���� ���"�����@ �A���B������� � � ,�� ����-�

����B��������<������� ,�� ���-� ���� ����B����������������

,�� ��� ����-�� ����@ �C2<C)�<..%<)�2%& ��+@ �C2<C)�<..%<!2C%�! ����@ �C2<C)�<..%<)�2%& ��+@ �C2<C)�<..%<!2C%�

%�#=<�2.=D%�DE 5 ��� ���� ����� � !%%� 9���"��� � ��� � ��:� ;�� ����� �����"���

033@ � % � # = < � 2 . = , % � - % % � # ) < /

Page 2: Shear strength of surface soil as affected by soil bulk density and soil water content

������ ,F/ 0�- �((���� �� ���� ������ �������� �� ���

,�22C- ������� ���� ��� ������ �� �� �������

(���� ��� �� ��� ���5����� ����� � ���� � � ������

���� ��� ������� �� �� �� ���� ���� ��� (���� ��� �� ���

������� � ��� �� �1���� �� ��� ��� (���� ��� ���

������ ��� ���� ���� ����� ��� ��� (���� ��� ��� ���� �

����� ��� (������ �"�� ���(����� �������� �� � �����

����� �� �� ������� ��G� ��� (���� ���� 6�"��<

����� ����� � ����� ���� ��� ������� �� ����

�� (����� ����� ����� "���� ������� ������+�

���� � ����� ����� ���"��� ����� ����� ����

������ ��� (�(������ �� � ��� ����� � ���� ��8�����

�������� ��� ��� (��� ����� ���� �� ���1 ���� �

�+(���� ��� � ���� �� ���� � � ����� ��� �����

������

H��� ��� 1��� ���� (� � ������ ��� ������� �

����� � ���� 6����<���� �� ��� ,�22)- ��(���� �

����� (���� ����� ���� ���� ��� 8�� �� ���+(��<

��"� ��� ��� ������� ���� ����� ��(��� ����� ��<

�"��� ��� ������� (���� ��� �� ������ ��1��� �� ���

����� ���� ���� ���� ��� ���� ��� � ��� �������

���� ���1 ���� 3� �������� �� ��� � � ������ �� � ���

��� ��"�<���� ������� ����� � �� ��� ���� � ��� �8����

����� (�����

��� �G� ��"� � ���� (�(�� ��� � (�"��� � ���

���� � ������ ����� ������� �� ��� ����� � �� �

���� � �� �� �� �������� ��� �����(��� ��� (���<

����� ����"�� �� ��� ����� ����� �� ���� ��� ��

��������� ������� ���� �������� ��� ����� ����� ���

���� 0��������� �������� � ��� ��� ������� � �� �

(��� ��� �1� ��� ���� �� � ��� �������

���� ��� �� ��� ��� ��"� � �� ����

� ��������� �� ����� �

���� ��� ,"�,�"�����

��� �� (��� ���� "���� ��� ��� (����� ��������

� 8��������� ��� ��� ,�-� �������� ,�-� ������ ,�-

��� (��(�� ������ ,0-� ���� �( ��� � �����

(����� �������� �� �����(� �� 6����� ��� ��� �� <

(��� ���� ����� �� ��� �( ����� ,%5�/ -� 6 <

(���� ��� (�(������ ����� ���� ���� ������ �����

,3��;�� �2=.- ���� ��(���� ��������� ,���� ���

���� !%%�-� ��� ���� ��� (���� �� (�(������ ��� �"��

�� ����� �� ��� ���� ��(�� ��(������ ��� ���� ����� ����

�� ����"����� ( �� (����� ������� ��� � �� �����<

���� ���� ���� ��� �(���� (��� ����� 9+ �(� ���

����"���� ��� �� ������ ,0 -� ��� � ��� � �<

���� ������� ��� �������� ��� ���� � ������ ����

���������

;��<����� �� (��� ���� ������ ��� (�����

����� ! ���� �� ����� ��������� ����� ��

1�� �(��� ����� ����� ������� ��� ���� ���� ����

������ �( � � ������ ����� ����� ,����� !-� � ��

��� �8�������� � ��� ����� ������ ��� ������ ����

���� ��(� �� (����� ��� �� ����� �� ! ����� �����

���� ����� ; ������ ��� ��� 1���� ��� � ��������

�% �� ��� ���� ��� ) �� ������ ��� (� ���

���� � I��<�� � (���� � ��� ������� ���� ���������

,����� !-� ;���� ��� (��(������ � ��� ���� (���<

������ �������� � ��� ����� �������� �� ��� ����� �

���� � �������� ������� ���� ��� �����

��� ����� ����� ����� ������ ���� ���� �� ��<

����� �� �� ��� �� � ��� ����� ������ �����������

����� �

��� ���� ��� ����� ���� ��� (���� �� (�(������

���� 0����� ������� ��� ��+���� 6������� ���� ����� ,J- ����� ,J- 6��� ,J- �K6� , ���- (� ,�!K-

� ������� ���"���� ����� �� ��(� 0��������� /%�= )%�/ �.�. /�!C /�/)

�� ������� ����� �� ��(� 0��������� #%�% !2�C �%�# #�#. C�/.

0 0��(�� ������ ����� ��� ��(��8��(�� )�� C.�= C.�! �/��C =�!�

0( ���� �� ��(��8��(�� �/�2 #C�. �2�) ��C= =�#�

� ���������� ��� ��� 6��� ��(� 0���������� !%�# ))�# C/�. 2�%# C�/2

�( 6��� ��(� 0���������� �2�) )=�/ C)�! ��#. C�#=

�� 6��� ��(� 0���������� �2�/ C%�% C%�/ )�2C C�#!

�� �������� ����� �� ��(� ��(������� /#�# !#�� �=�) !�.C /��.

� !5%�%/ �� %�%/5%�%%! � F%�%%! �� ��� ���� �����

2. �� -���� �� ��� . ��� / 0������ !����"�� 12 3� �4 256� 7

Page 3: Shear strength of surface soil as affected by soil bulk density and soil water content

��� ��� ��� ���� ��������� �� � ��� ��� ���� (�� ��

� � �����+ �� / ���� �� � �� ��� � )% �0� ,�8���

� ��� ��� ���� (������� � �)% �0�-� ����� ��� ��� ���� ���� ���� � ������ (��������� �����<

��� � ��� ����� �������� �� ��� ����� �� ����� �� ��

������ ���� ���� �� ������� �� ��� �� � �� ���

���� (�������� ��� ������� ��� ����� ����� ���

���� ���� ���� �� ��� ��� ���� (������� ��)% �0�,����� !-�

���� 8����"����� � ���� ��"�����

������ �����"�����"

0��������� �������� � ��� ������� ���� � ������

���� � I�� ��( �� ���� � �"�� ������ ��� � ���

� �<������ � ��� ��� ����� � ,���� �� ���� !%%�-�

��� ������ ��� �� ��� ��� ���� � ��) ��� � �����

��� ���� � ��% � ��� (����� ���� ��� �����

� � �� �� ��� � ������ �� ���� "� ��� ���<

����� ��� �(������ ��� ��� �� ��� (�� �� � ��

��� ���� ������ ����� � ���� � �������� � %�� ��

���� � ����� ��� ��� �� � ������ � (��������� ���

�+� � ������ � ��� ��� (���� � � �� �

,- ��� ������� �� ���� ����� ��� (���������

������ � � �% ��� � ��� ��� 9� � "���� ���

�"����� ��� � �� � ,'-� 4�+� � (���������

�������� �� � �+ ,�0�- ��� ���� ���� ���� �� ���

��1������ ��� �� � ��"���� �� ��� ���� � (��� �����

?� �� � ��� �� �� ������� � �+� � (������<

��� �� � ���� �� �����

������ ���" ��$��� �� ���� ��"���

?�� � ���� ��� ��� ����� ��"� � �� ��� ��<

���� ��� � ��� ������� �� � ��� �� �� ��������� �

�� ����� ��� ������ �� ������� ������� � (����<

��� ��� ����� 1� ���� ���(����� � (���� ���� �

(�� � � ����(�(�� ,)% ���� �!- ��� ��� � � ������ �� � � � (����� �+ � � ��� ���� � #�.

���� ��������� ���� :���� �� ��� ��� ����� �� ���

(����� �+ ��� ��� "���� �� ������� � ��� ��"���� ��

��� ���� � ��� (����� �+7� ��� � ��� ������� ��

1"� ��"���� ���� !� /� .� �% ��� !% �0�� ; ���A����

�� � ��� ������ �((���� ����� � �( � ����� "��

�� ���� ������ �� ����� ����� ��� � ������

��� � ��� ��� ��� ���� ��� �(� ��� ����� �

��� � (�� ����� ��� �8��� � ���� � � ����� 9 ,-

� ��� ���� ���� � ��� ���� ����� ,?�� �-� ;���<

��� � ����� ��� ������� � �� ����� ��� ���

����� �� ��G����� ��� ����� � ��� ����� ��((��

����� H��� ��� (����� �+ ����� ������ "���� �� ���

"�� �� �% � ��� "��"� ��� ���� � ��( ���

����� ��((��� H���� �� ��� ����� ��� ������� ���

����� ������ ����� ��� �((���� "���� �� ��� ���

�� ������ �� ��� ����� � ����� �� ��� �����

��"���� �� ��� ���� � ��� ��� � ��� (�����

�+� ; ��8��� � � �� �� �������� !� . ���

!% �0� ��� �((���� � �� ��� �� ��� ������

��8��� � � / ��� �% �0� ��� �((���� � ������ ���

���� ;� �� � ��8��� � � �� �� �������� ��� ���

��� ���� ���� �� ���� �� ��(�� ����� ;� ��

������ ���� �"�� ���� ������� ��� ��� �����

����� !

��� ����� ����� ,�-� ������ ��� ����� ��� ���� ��� ���� ���������

���� ��� ����� ����� , ���- ,�)% �0�- 4H*� , - ���� ������� , �)-

3������ �<��� �<�� �<�� �<��

� �2)�C !).�� !C!�) ��#) ,%�%C-� ��!# ,%�%!-� ��!� ,%�%!-�

�� �#=�% !!!�) !!.�= ���= ,%�%/- ��)! ,%�%%- ��!= ,%�%%-

0 !!/�) C�#�. C!/�) ��C/ ,%�%#- ��)% ,%�%!- ��!� ,%�%%-

0( !%/�! !2.�. )%/�! ��.C ,%�%C- ��)% ,%�%%- ��!/ ,%�%%-

� !%)�� !.#�� %�.= ,%�%)- ���. ,%�%!-

�( !�2�) ))!�� )C!�= %�.% ,%�%�- ��!C ,%�%%- ���= ,%�%%-

�� !%��. )#2�2 )=#�) %�#/ ,%�%�- ���. ,%�%!- ���C ,%�%!-

�� �=%�! !#)�. !=%�! ���! ,%�%)- ��!C ,%�%�- ��!) ,%�%�-

� 4��� ����� ��� ������ ��� ���� �������� � ��� ���� ��������� :����� �� ��� ���� ��� �������� ��"������

�� -���� �� ��� . ��� / 0������ !����"�� 12 3� �4 256� 7 22

Page 4: Shear strength of surface soil as affected by soil bulk density and soil water content

������ ���� ��� ��� ���� ���� � ������ �����

������ �� ��� 1"� ��"��� � �� �� �������� � �� �

���� � 4��56�� �7� ������� ����� ���� ��� �

��� �A� ��� �� ��� � ��� ��� � �� (��(���� ���

��� ��I��� � ������� ��� ������ �����

� ������

��� � �(��� ����� ������� �8����� �� ���������

���� �� ��� ������ ��� ��� � ���� ��"� ������ �� �"�� ��

��� 4��56�� �7� �8�����

� � �� � ��� ��� ����� ,�-

����� � �� ��� ����� �������� �� ��� ���� ��"� ������� ��� ���� ������� �� ��� (�� ����� (������� ��� �� ������� ��"� ���� � ������� �������� ��

����� ������� �8����� �� ����������� ���� ���

��"��(�� �� ��� � � �� ����(������ ������ "��������

,?������� �� ���� �2=.-@

� � �� � ��� � ��� ����: � ��� ��� ����� ,!-

����� �� �� �� ��� ��� �� �� ������� �: ��� ����

� ������� �������� � ���� ���(� � � ���� �� ���

��� ��� �� ��� (�� ��� ��� ����� (��������� ���(� <

��"���� ��� ����� �� �� ����� � �� ��"��

�� (����& �� ��� � (���� �� � �� ������

�� ��� ��� ���� ��� � ���� �� ����

��� � ��� ����:� ; ������� ��� ���� �� ��� �� ��

����(� ��(� � ������ �� �� ��� ��������� ������������ � ����������� ��� �� �� �((�+� ����

���� 98� ,�-�

3� ���� ����� ��� �����<������ (���� ��� �������

��� ����(�(�� ��� � ���� �� �� ������ ���� *��������

(��� ����� ���� ����� ����� �� �((���� � ��1��

�8����� � �� ����� ��� ����� �������� �@

� � �� � �� ��� � ,)-

����� �� �� ��� ������� ������� ����(�(�� ��� ����

�� ��� �� �� ������ �((���� � ��� ��� ����� �� � ���������� ����� � ���� � ��� ���� �� ��� � (��� ����� � ���� � �� ������� � �� � ����� ��� ���� �

�������� ��� ��� � (����� ������ ��� �� 98�� ,�-

��� ,!-�

?�� �� L������� ���<�� �� ����� ���� ����� ������� � ����� � ��� �� ���� � ����� � ����� ��"� ��

�%% �� -���� �� ��� . ��� / 0������ !����"�� 12 3� �4 256� 7

Page 5: Shear strength of surface soil as affected by soil bulk density and soil water content

; ���� � ���� ��"� ������ � �(�� ��� ���� ��"�

������� �� �� �"�� �� ��������� ��� ��

�� � �� �� ,C-

����� � �� ��� �� �� ������ ��� �� ��� (�� �����

(��������

��� ���� ��"� ������� �� �� �"�� �� ����������� �����

�� � ��� ��� � ���� � ��� ,/-

����� � �� � �� �� ��� � ��(���� � ��� ����� ���������� � ���� � � � �� ��������� ����� � � % �� ������� ��� ���� ;��� �� ���� ��� ��� ��� �� ������ ��

�� �(���� (�������� ��� (�� ����� (������� � ���

���� (������� �� ���� ��� ����� �� ���� ��

� �������

&��� �����"����� "���������

��� ��� ��� ����� � �������� "������� � ����

������� �� ������� ��� �� (��� ,����� !-� ?�� !

����� ��� ������� � (��������� �������� � � ���

���� �� ��������� ���� ������� �� ��� �� � ����

(������� ��� �� ��� �� � ����� ������ ��� ���� �

� ���� ������� � (��������� �������� � ��� ����1<

��� �� ��� ������ ����� ��(� ����� �� ��� �� � �����

����� ������ ��� �������� � � ���� ������� ���

� ���� ����� �� %�%� � %�%2 �) ,����� !-�?� � �"�� ���� ��� ����� ��� ���� ������� ���

����� ��� (��������� �������� � ���� ��� ���� (����<

� ����� ;� ��� �� � ���� (������� ,�)% �0�- �������1 ��� ���� � � ���� ������� � (��������� �����<

��� � ��� �� ���� ��� �� �� ��� ��� ��� � ��� ���

���� ������ ��� ��� ����� �������� � �� ���� ���<

����� 0��������� �������� � � ��� ���� � ����(��<

�� ���� ������� ��� � ����� �� ��� �� � ��� ����

(������� ���� �� ��� �� � ������� ����� ������

&��� ���" ��"����� ,�"�����" �� ���� ��"���

?��� ) ��� C ���� ��� ����� ������ �� � ��� ��� �

�� �� ������ ������� ���� ��� ��� ����� ��"� ��

��� ������� ���� ���� ��(��� ���� �� ��� ������ ����

�� ���� ���� �� � ��� �������� ��"����� � ��� ����

� ��� ����� ��������� �� �������� ��"����� ���

������� �� ��� ����� �� �� ������� ���� �� !% �0��

��� ����1 ��� ���� � � ���� ������� � ����� ������

��� �� ���� ��� �� �� � �� ��"��,�- � �� ��

?�� !� 0��������� �������� � � ��� ���� �� ��������� ���� ������� ��� ��� ����� ������@ ,�- �� ��� �� � ���� (������� ,�)% �0�-& ,�- ����� �� � ��� ����� ������ ��� ���� ��� ������ ���� �� ������ ��� ������ �<��� ��� ���� �������& �<��� � ��� ���� ��������

�� -���� �� ��� . ��� / 0������ !����"�� 12 3� �4 256� 7 �%�

Page 6: Shear strength of surface soil as affected by soil bulk density and soil water content

?�� )� ����� ������ �� � ��� ��� � �� �� ������ �� ��� ���� �� ��� ,<�- ��� � ��� ,<�- ���� ��������� �� ��� �� � ��� ���� (������� �

�)% �0� ,<)%-� ���� ��� �������� ��"����� � ��� ���� � ��� ����"�� ����& ��� ����1 ��� �������� � ,�� F/J- �� ��� ��"�� � �� �� �����������

�%! �� -���� �� ��� . ��� / 0������ !����"�� 12 3� �4 256� 7

Page 7: Shear strength of surface soil as affected by soil bulk density and soil water content

?�� C� ����� ������ �� � ��� ��� � �� �� ������ �� ��� ���� �� ��� ,<�- ��� � ��� ,<�- ���� ��������� �� ��� �� � ������� ����� ����� ,<H-�

���� ��� �������� ��"����� � ��� ���� � ��� ����"�� ����& ��� ����1 ��� �������� � ,�� F/J- �� ��� ��"�� � �� �� ������ �����

�� -���� �� ��� . ��� / 0������ !����"�� 12 3� �4 256� 7 �%)

Page 8: Shear strength of surface soil as affected by soil bulk density and soil water content

�������� �� ��� ����� ���� ��� �( ��� 0( �� ��� �� �

���� (������� ,�)% �0�- ,?�� )-� 3� ��� �� ������ ��� ����� ����� � ��� ��� ��� ��� ������� ����

0 � �� ��� �� � ������� ����� ����� ������ ,?�� C-� ���

����1 ��� �������� � ��� ���� ���� �� ��� �� ��

������ ��"�� � !% �0� �� ��� �� � ��� ���� (�������

,?�� )- ��� �� ��� �� �� ������ ��"�� � / � �% �0� ��

��� �� ������ ����� ,?�� C-� ;� � �"�� ���� ��������

����� ������ �� ��� �� � �� �� ������ ��� ����1 �����

����� �� ��� ��� ���� (������� � �)% �0� ���� ����� �� � ����� ����� �� ��� ���� �+ �(� 0( ��� �

����� ����1 ����� ���� ����� �������

?����� � ��� ������ �8����� ,)-� ����� ������ ���

���� ������� � ��� �((���� �� �� ������ "�� ��� ������

���� ���� �������"� �8���� ��1 ���� ����� ��

%�2C � ��%%� ?�� / ���� ��� ����� ������� (���<

������ ��� ������� ����� � ���� � ��� ��� ,�- ����������� ��� � ���� ���� ��� �� ���� �������� ���

����� ����� ��� ��� ��(�� ��� ��� ��(��� � ���

���� � � ���� ������� � ��� (��� ����� � ����� �

����� ������� �� ��� �1��� � ��� ���� ��� � ���

����1 ��� �������� �� �� ����� ������� � ��� �����

������� ����� �� ?��� ) ��� C�

��� "����� � � ����� �� C!�= � /��.�� ������� "����� ���� ���� �� ��� ���� � ����� ����

������� �� ��� �� � ���� (������� ,�)% �0�-� ��������� ���� ����� �� ��� �� � ��� ����� ������ ;� �

�������� ��� ���� � ����� ���� ������� ��� ����

������� �� ��� �� � ����� ����� �+ �(� ���� ��� ���

0( �� ������ �������� ����� ���� ��� ����� ����<

��� �� ��� �� ������ ���� (������� ,�)% �0�-� ������� �� � ����� ���� ������� �+ �(� ��� ���� �� ���

(��(�� ������ ,0( ��� 0 - ��� ����� �������

����� � ���� �� ��� �� � ���� (������� ,�)% �0�-���� �� ��� �� � ����� ������ ����� ��� ���� �+ �(�

�� � � ��� ���� ������� ��� 0( � ��� ���� �������

��� ����� ��������

� ����������

��� ������� ��(���� �� ��� � ��� ��� ���

������� ������ ��� ��� � ��� ���� � ��<

���� ��� ������ ,������� �� ���� �22!-� 0����� ���� ��

���� � ����� ��� �� "����� ��� ������� ������ ��� �

��� �% ��(�� �� ���� ������ ��� ��� ����� ��"� � ��

���� �� ����� � ��� � ����� ��� ��� (��� ����� � ���

����� �������� ���� ��� �� (������ �� ���� ���

(���� �� (�(������ � ��� ������� ��� "�� � � ����

���� ��������� ��� ��� (��� ����� ����"�� �� �����

����� ��"� ��������� (���� �� ������ 3� ����

������ ��� (����� ���� ��� ���� � ���� � ��� ���� �

� ���� ������� � ��� ������� ��� ����� � � �������

��� ������ ��� �� ��� ��� ��"� �� ��� �� ���� ��� �

(��� ��� ������� ������� ������� 3� ���� ��� ���

����� �������� ��1��� ��� ���� � � ���� ��������

��� ����� ����� ��� ��� � ��� ������� �� �� �

��� ����� ��� ��� ����� ��"� � �� ��� ����� � ��� ���

������ ��"������ �� ������� ����� �������

(��� ������ ��� ��"� � �� "��� �� (��� ���( ��� ����

� ���� 3� �� ��(��� ���� �� � ���� � � ��� �� ��

�������� �� ������ ��� �������� ����� � ���������

;� ��� �� � �� ���� ��� ���� � ����� ���� �������

�� ��"� � ���� ��������� ����� � ��� � ���� �

�� ���� ���� � ��� � �� �� �� 98� ,/- ,K���� ������������ �22/& ��� �� ���� �22/-� K� ��� ���� �����

��� �� ����� �� � �� �� ����� ��� ��� � (����

������� ����(�(�� ��� ��� ������� ������� �� �

?�� /� ������� ����� � ���� � ��� ��� ,�- ��� ������� � �������� � ����"�� ���� ����� � ����� ��"� � �� ��� ���� �� ��� ,<�-

��� � ��� ,<�- ���� ��������� ��� �� ��� �� � ����� ����� ,<H-

��� �� ��� �� � ���� (������� � �)% �0� ,<)%-� ��� ����1 �� �,�� F/J- �� ���� ��� � ��� ���� ��������

�%C �� -���� �� ��� . ��� / 0������ !����"�� 12 3� �4 256� 7

Page 9: Shear strength of surface soil as affected by soil bulk density and soil water content

��� ��� ����� � ����� ����� 1� ��� � ��� �����

����� ��� ����� �� ��� ���� � ���� ���� �������

,����� !- �������� �� � ���� ����� � ������� ����

,?�� /-� ��� ���� � ��� ���� ������� ��"� ������"���

� ����� ��� ���� � ���� ��"� �(������ ��� �����

��� � ���� �� ��� �� � �� ���� K� ��� ��� ����

������ ��A�� ����� � ����(�(��� ��� � ����� ���

��� ���� � ��� �(������� ��� ��� ��"�� ����� �� ���

�� �� (��� ��� ��������� ��� ���� ��"�� ��� ����

������� �������� �� ����� ������� ,?�� /-� ���������

��� ������� ��� ���� �� ��� ���� � ���� �� ��

������ �� ��� ���� � ���� ���� �������� ��� �����

�� ��� ���� � ����� �� �� ������� �� ��� �� �

�� ����

������� ���� �� ��� �� � ��"�������� ����� �<

����� ��� ���� � ����� ���� ������� �+��� �����

���� (������� � � ����� ��� ����� �� ���� ��������

�� � �� ����� �� ���� ��"� ������ ,98� ,/-- ��� � �� �����

�� ������� �� ����� ���"��� ��� ��� ���� �������

����� �� 1�� (��� ��� ���� �� ��� � (����

������� ����(�(�� ��� ��� ������� ������� �� ��

��� ����� �� ��� � �� ������ ��� ������� ����� �

����� ���� �+(����� ��� ��� ��� ������� ��� �����

�� ����� ���� � �� �� ������ ��� � ����� �� ����

���� �� ��� ��� � ����� ���� ������� �� ��� �� �

����� ������

;� ��� ������ � ��� �� � ����� ������ ���

����� � ����(�(�� ��� ��� ������� �� ��� ����� �

��� �� �� ��� ��� �� ����� 1� ��� � ��� �����

����� ��� ������"��� ��� ��������� ��� ����� �� <

��� ������� ��� ����(�(�� ��� ��� ������� �� ��

"��� � ���� ���"��� �� ��� �� � �� ���� ��� �����

����� ��� ��� ��� ����� �+���� ���� ����� �������

������� �� ��� ����� �� ��� ����� ��� �������

�� �� ��� ��� ����� ����� 1� � �������� ��

����� �� ��� ��� �� ��� � ����� ���������

� ����� ������� "����� ��� ����� � ������� �����

��� ��� 0( ��� ��� ������� ��� ����� ��� ����

,����� !-� ����� ��� �� (��� ���� ��� ���� � ���

��� ����� �� ��� �((����� �� (��� �� ������ ���

��� � ����D(���� ������� ��� ����(�(�� ��� ��� ���

������� �"�� ���� �� �� ��� � �)% �0�� ������ 0 ��� � ������� ���� ;���� ��������� ��� ����

��<��������� �� �� ��� � )% �0�� ��� ���� ���� �

����� � ��� �� ��"� ������

;� ��� ����� ��"� �� �� �"��� ���� ��� ����"��

(��� ����� � ��� ����� �������� ������� ��� ����� �

������� ���� ������� ����(�(�� ��� ����� � ����

��(��� � ��� (�(������ � ��� ��� ���� ������� � �

����(�(�� �� � �� ���� ��A� ��� ���� ������� � ���

����(�(��� ���"��� ��� ���� ��� � ������ ����(�<

(�� � ���� ������� ���� ���� ��� �� ��������

������� �� ����� ��� �G� ��"� � ��� ����� ��� �

����� ������� ������ � ���������A� ��� ���� ��

(�� �� �� ���� �� ����� ������� ��� � �"������� ���

���� ��� � ����(�(�� � ��� ���������"��� ��� ��A� ���

�������� ����(�(�� � 1��� ���� ��� � � �� (�����<

����� ;����� ���� ���� �� �� ������ ���� ��(�<

����� �� � �<������ ���� �� � ��� �������� ��� ���

� ��� (���� �� "� ��� �� ����� � ������� ���

���� ������ ����� ���� �� ��� ������ �����

����������� 3� �� ��� ����1� � ��� "��� � ��� ��A�

� ��� ���� (���� ��� � ��� �� ��� ����� "��� ���� ���

�������� �� � � �<������ ������� �� �� �"��

���� ���� ���"��� �� ��� �� ���1 ��� � �� ����<

������ ������ ��� ����� �� ���� ��� � �� � (�<

���� � �+(���� ��� ���8��� �� �� ��� (��� ����� �

��� ���� ��"� ������ �8������

� ����������

��� ��� ����� ��"� � �� ������ ��� � ��� �����

������� �� ��� ����� � �� "��� �� (��� ���( ��� ����

� ���� 3� �� ��(��� ���� �� � ���� � � ��� �� ��

�������� ��� ��� ���� �� � ���� �������� ��� �����

����� ��� ��� ��(� � ��� ����� ������� ����

���� ��� �� �� ���� ���� ��� �������� � �� ����

������� ��� � ���� ����� �� %�%� � %�%2 �)���� "����� � ����� � ������� ���� ���� ���� ��

��� ���� � ����� ���� ������� �� ��� �� � ����

(������� ,�)% �0�-� ����� ���� ���� ����� �� ����� � ��� ����� ������ ��� ���� � ����� ����

������� ��� ���� ������� �� ��� �� � ����� �����

�+ �(� ���� ��� ��� 0( �� ������ �������� ����� ����

��� ����� ������� �� ��� �� ������ ���� (�������

,�)% �0�-� ��� ���� �� � ����� ���� ������� �+ �(� ������� �� ��� (��(�� ������ ,0( ��� 0 - ��� �����

������� ����� � ���� �� ��� �� � ���� (�������

,�)% �0�- ���� �� ��� �� � ����� ������ ����� ������� �+ �(� �� � � ��� ���� ������� ��� 0( � ���

���� ������� ��� ����� �������� ����� ������� �� ��

�+(������ �� ��� 4��56�� �7� ������� �8�����

��� ��� (��� �(��� � ��� ���� ��"� ������� 3� �� ���

���� ���� ���� ��� ���� ���� � ����(�(�� ��I��� �

��� ������� ��� �� ��� ��� � � � ���� ��� �

�� -���� �� ��� . ��� / 0������ !����"�� 12 3� �4 256� 7 �%/

Page 10: Shear strength of surface soil as affected by soil bulk density and soil water content

(�(�� ����(�(�� � ���������"�� ����� ��� ���� ��

� �� � �������� �����

����� �� !������

H� ����� ��� ;��+����� "� �� ���� ?�������

�� ��� ��������( (�"���� � *�� ���� ��� ��� ���

'������ ?������� � � ��� �� �� 6���� ,'�?6-

,����� '�� C2=%�%%. ��� C%%=�%CC- �� ��� ������

������ � (�G� �� H� ����� 4�� $� L��� �� �������

��� (����� ���� ��� ��� ����� ��"� ��

��"�������

�������� $�4�� ��� ��� 6�6�� ����� 6�� �22!� 6 (����� �

����� ������� � �������� � � ��� ����� � ����� � ������(

�(����� ��� �� ���� /� C=5/#�

6����<����� '�� 0����((�� 9�� �� ��� 9�� 4��������� ��� �22)�

0���� ����� ��(�� � � ��� ���� �� ����� ���� ��� �����

������� � � ��� ����� �@ ��� ����� (���� ����� ;���� $� ���

���� )�� /)25/C.�

?�������� *���� 4��������� '���� H����� ��;�� �2=.� ���

����� ������� � ����������� ����� 6��� ���� �� $� �#�

�!�5�)2�

�������� ��� 0����� *�� �2.#� ��� ���� � ���"�� ��� ��� ����� �

��(��� ��� ������ ������ ����� ��� ����� ���� .� ��25�)%�

���� ��� ��� ����� ��� M������ ��� ���� �� ��� �22/� 9��� � �

������ ������� � ������� ��� ������ ����������� ��

���� ����� ����� 3�@ ������ M���� �������� ��;� ,9���-�

;�"�� �� �� ��� � ��� �@ ��� ���� ����� ��� *�"��( ���

��� ?�� ���� 6�6 0����� � � ����� ((� )�5/!�

3��;�� �2=.� ��� 0���� �� ��� 6�� � �� ;�������� �������

� ��� � ��� �� ���� 0����� �������� /)! ((�

4��� 3�*�� �2.�� 9��� � � ����� � ������ � ��1�������� ������

;�;9 !C� �/C#5�//!�

'������ 4�;�� �������� $�4�� �2./� ����� �������( �(����

���� � ��� ��� � ���� �� (�(������ � ����� ��� � �� � �

; � $� C2� /C=5//!�

'������ 4�;�� �������� $�4�� 0������ ��6�� �22�� ��� ���� � ���

�� ������ I� �� �� ��(�� ��� � �� � � ; � $� //� ))25)CC�

K����� ;�<L�� ��������� ��� �22/� ; ������� �((�� � � ���

����� ������ � ��� ����� ������� (��� ����� � �����������

����� 3�@ ;���� 9�9�� *����� 0� ,9���-� N���������� �����

;�;� ����� �� ������� � '����������� ((� �/�5�/.�

���� 6�H�� ��������� 0���� 0��1��� ;�0���� 4����� ��M�� �22%�

3����(����� ��� ��� � ��� ������� �� ����� (� ���� 6�����

�= ,��((��-� �/)5�#/�

��������� 3�� L�I��� $�4�� �������� $�4�� '���� L�*�� �22C�

�������� I� ��� ����� 8������ ���� ������� � �� ���� ������

��� � �� � � ; � $� /.� �%%=5�%�!�

�� ���� 4�9�� �22/� ��� ������@ �� � �� ��� (���� ��

(� ������ ��� "��� ������ �� ������ �22�� 3�@ ��

����� � ���� ��*�� ������ ����� � ������ ��4�� L �� ��$�

,9���-� ������� 6������ ��� ���������� ����@ 0��� ��"���

��� 6����"����� ;���3 ���������� ���� �� �����������

((� �5�C�

����� *�� �������� 4�� 6��� �� ��� �2.=� �������� ������� ��

�� �(���� ������� 6����� . ,��((��-� 2=5�%/�

����� ��� ���� ��� !%%�� 4� ����� � � ������ �������A����

� ������� �� �����(� �� 6����� ����� � 22� �!)5�C/�

����� ��� ���� ��� ��� ����� ��� !%%�� 6����� �� (���������

�������� � � ������� �� ������� 6���� �� ���� ��� ��

�������� ��� ����� ���� /2� �2)5!%!�

�%# �� -���� �� ��� . ��� / 0������ !����"�� 12 3� �4 256� 7