Физико-химическая механика дисперсных пористых материалов – новый подход к оценке механической устойчивости глинистых грунтов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Приводятся данные о несоответствии теоретических расчетов и экспериментальных результатов оценки прочности тонкодисперсных образований, к которым относятся глинистые породы. Рассматриваются физико-химические процессы на поверхности дисперсных частиц при взаимодействии воды и образование пленок адсорбированной воды, проявляющих расклинивающее давление. Наличие пленок и их расклинивающее действие обусловливают формирование в ходе литогенеза различных типов контактов между частицами грунта: коагуляционных, переходных, фазовых. Образующиеся контакты являются важнейшими факторами поведения глинистых пород. В работе рассматриваются влияние типов контактов на состояние, деформируемость и устойчивость глинистых пород при внешних воздействиях. Сделан вывод, что оценка поведения глинистых пород должна базироваться на физико-химической механике, закономерностях контактных взаимодействий в дисперсных грунтах и статистическом анализе экспериментальных определений показателей механических свойств глинистых грунтов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. И. Осипов

Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: osipov@geoenv.ru
Россия, Уланский пер. 13, стр.2, Москва, 101000

В. Н. Соколов

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: sokolov@geol.msu.ru

Geological Faculty

Россия, Ленинские горы 1, Москва, 119991

Ф. С. Карпенко

Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева Российской академии наук

Email: kafs08@bk.ru
Россия, Уланский пер. 13, стр.2, Москва, 101000

Список литературы

  1. Вода в дисперсных системах / Под ред. Б.В. Дерягина, Н.В. Чураева, Ф.Д. Овчаренко и др. М.: Химия, 1989. 288 с.
  2. Дерягин Б.В. Теория устойчивости коллоидов и тонких плёнок. М.: Наука, 1986. 205 с.
  3. Дерягин Б.В., Кусаков М.М. Свойства тонких слоев жидкости // Изв. АН СССР, сер. хим., 1936. № 5. С. 741–753.
  4. Дерягин Б.В., Обухов Е.В. Аномальные свойства тонких слоев жидкости. Ультрамикроскопические исследования лиосфер (сольватных оболочек) и элементарного акта набухания // Коллоидный журнал. 1935. Т. 1. Вып. 5. С. 385–398.
  5. Дерягин Б.В., Чураев Н.В. Изотерма расклинивающего давления пленок воды на поверхности кварца // Докл. АН СССР. 1972. Т. 207. № 3. С. 572–575.
  6. Дерягин Б.В., Чураев Н.В. Смачивающие пленки. М.: Наука, 1984. 137 с.
  7. Зорин З.М., Соболев В.Д., Чураев Н.В. Изменение капиллярного давления поверхностного натяжения и вязкости жидкости в кварцевых микрокапиллярах // Поверхностные силы в тонких пленках и дисперсных системах. М.: Наука, 1972. С. 214–221.
  8. Карпенко Ф.С. Физико-химическая природа прочности глинистых грунтов // Геоэкология. 2019. № 5. С. 48–60.
  9. Карпенко Ф.С., Кутергин В.Н., Кальбергенов Р.Г. Влияние расклинивающего действия гидратных пленок на прочностные свойства глинистых грунтов // Геоэкология. 2018. № 4. С. 68–74.
  10. Квилидзе В.И., Краснушкин А.В., Злочевская Р.И. Свойства поверхностных пленок и слоев воды // Поверхностные пленки воды в дисперсных структурах. М.: Изд-во МГУ, 1988. С. 48–67.
  11. Краснушкин А.В., Квилидзе В.И., Ядынина И.В. К вопросу о растворяющей способности связанной воды // Связанная вода в дисперсных системах. М.: Изд-во МГУ, 1980. № 5. С. 99–104.
  12. Ломтадзе В.Д. Изменение состава, структуры, плотности и связности глин при уплотнении их большими нагрузками // Тр. Лаборатории гидрогеологических проблем АН СССР. 1955. Т. 12.
  13. Осипов В.И. Нанопленки адсорбированной воды в глинах, механизм их образования и свойства // Геоэкология. 2011. № 4. С. 291–305.
  14. Осипов В.И. Физико-химическая теория эффективных напряжений в грунтах. М.: ИФЗ РАН, 2012. 72 с.
  15. Осипов В.И., Карпенко Ф.С., Румянцева Н.А. Активная пористость и ее влияние на физико-химические свойства глинистых грунтов // Геоэкология. 2014. № 3. С. 262–269.
  16. Осипов В.И., Соколов В.Н. Глины и их свойства. М.: ГЕОС, 2013. 575 с.
  17. Осипов В.И., Соколов В.Н., Румянцева Н.А. Микроструктура глинистых пород. М.: Недра, 1979. 211 с.
  18. Поверхностные пленки воды в дисперсных структурах / Под ред. Е.Д. Щукина. М.: МГУ, 1988. 279 с.
  19. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. М.: Знание, 1958. 64 с.
  20. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика дисперсных структур // Сб. статей “Физико-химическая механика дисперсных структур”. М.: Наука, 1966. С. 3–16.
  21. Связанная вода в дисперсных системах. М.: МГУ, Вып. 4. 1977.
  22. Сергеев Е.М. К вопросу о механической прочности дисперсных грунтов // Учен. Зап. МГУ. 1949. № 10.
  23. Соколов В.Н. Физико-химические аспекты механического поведения глинистых грунтов // Инженерная геология. 1985. № 4. С. 28–41.
  24. Соколов В.Н. Модели микроструктур глинистых грунтов // Инженерная геология. 1991. № 6. С. 32–40.
  25. Соколов В.Н., Осипов В.И. Влияние различных категорий связанной воды на прочность глин // Связанная вода в дисперсных системах. М.: МГУ, 1977. Вып. 4. С. 4–15.
  26. Филатов М.М. Основы дорожного строительства. М-Л.: Госстройиздат. 1936. 538 с.
  27. Физико-химическая механика природных дисперсных систем / Под ред. Е.Д. Щукина, Н.В. Перцева, В.И. Осипова, Р.И. Злочевской. М.: МГУ, 1985. 263 с.
  28. Щукин Е.Д., Перцев А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: МГУ, 1982. 352
  29. Яминский В.В., Пчелин В.А., Амелина Е.А., Щукин Е.Д. Коагуляционные контакты в дисперсных системах. М.: Химия, 1982. 185 с.
  30. Fukue M., Minato T., Taya N., Chida T. Thickness of adsorbed water layers for clay particles. Clay science for Engineering, Adachi&Fukue (eds), 2001, Balkama. Rotterdam. ISBN905809 175g.
  31. Ravina J., Lоw P.F. Relation between swelling, water properties and b-dimension in montmorillonite – water systems // Clays and clay minerals. 1972. V. 20. https://doi.org/10.1346/CCMN.1972.0200302
  32. Read A.D., Kitchiner J.A. Wetting films of silica // J. Colloid and Interface Sci. 1969. V. 30. № 3. P. 391–398.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Диаграмма сдвига, построенная в соответствии с теорией Мора-Кулона, для песчаного грунта (а) и полученная по экспериментальным данным для глин (б, красная линия).

Скачать (21KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Пленка адсорбированной воды в глинах: 1 – поверхность минерала, 2 – пленка адсорбированной воды, 3 – поровое пространство, заполненное свободной водой.

Скачать (18KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Строение пленки адсорбированной воды на поверхности частиц глинистых минералов: 1 – поверхность минерала, 2 – структурно ориентированная адсорбированная вода, 3 – диффузная адсорбированная вода.

Скачать (10KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость относительной вязкости воды (пунктир) и неполярной жидкости ССl4 (сплошная линия) от радиуса кварцевых капилляров [7].

Скачать (9KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость толщины пленки (h) адсорбированной воды: а – на кварце от температуры [6]; б – незамерзшей воды от температуры (T, °K), на поверхности Са-каолинита (1) и Na-монтмориллонита (2) [3].

Скачать (18KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Образование сил отталкивания между твердыми частицами при перекрытии пленок адсорбированной воды: 1 – зона перекрытия пленок (расклинивающее давление), 2 – адсорбированная вода, 3 – частица.

Скачать (9KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Пузырьковый метод получения изотермы расклинивающего давления гидратной пленки связанной воды: 1 – твердое тело, 2 – адсорбированная вода, 3 – свободная вода, 4 – пузырек воздуха.

Скачать (12KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Интегральная изотерма расклинивающего давления пленки [3].

Скачать (7KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Типы контактов: коагуляционные (а), смешанные (б) и фазовые (в). 1, 2 – частицы, 3 – пленка адсорбированной воды. Участки контактов: ас(С) – коагуляционных, ас(S) – фазовых.

Скачать (74KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».