Menu

Криогенные породы как гетерогенные поликристаллические среды

Рассмотренные в § 2—4 особенности процессов льдовыделения, формирования структурно-текстурных элементов и фазового состава криогенных пород позволяют сделать некоторые обобщения.

Криогенные породы представляют собой особую группу поликристаллических многофазных гетерогенных сред, отличающихся спецификой генезиса и эволюции пространственной кристаллизационной структуры, многообразием фазового состава и объемного распределения компонентов, .что требует специального изучения их свойств.

Главными особенностями криогенных пород как твердых тел являются: наличие пространственной криогенной кристаллизационной структуры (ледяной сетки), строение которой зависит от режима замерзания, характера начальной влажности породы, состава, концентрации и структуры замерзающего раствора; содержание незамерзшей жидкой фазы (порового раствора), распределенной в граничных межзерновых зонах, представляющих собой дефекты строения пространственной структуры; многообразие состояний и свойств порового- раствора в интервале температур растянутого фазового перехода лед — вода.

Таким образом, криогенные породы, как сложные гетерогенные среды, должны характеризоваться большим разнообразием и изменчивостью физических и других свойств. По существу криогенная порода одного и того же состава скелета и суммарной влажности при каждой из отрицательных температур представляет собой твердое тело с иной (изменившейся) пространственной криогенной кристаллизационной структурой, а следовательно, с иными свойствами.

Содержание и особенности распределения незамерзшей жидкой фазы, а также ее состояние и свойства определяют в первую очередь процессы деформирования породы и движения носителей зарядов (ионов и их комплексов), т. е. механические (упругость, прочность, вязкость, ползучесть) и электрические (электропроводность, диэлектрические проницаемость и потери) свойства. Следовательно, наибольшее многообразие реакций криогенных пород на внешнее воздействие должно иметь место в полях механических напряжений и в электромагнитном поле. Помимо изменчивости содержания и состояния жидкой фазы и, в целом, межзерновых граничных зон,, как дефектов пространственной структуры поликристаллических криогенных сред, определенное значение в формировании их физических свойств имеют льдистость, характер льдовыделения (криогенная текстура), а также состав и состояние зерен льда. Свойства дефектных (примесных) кристаллов льда также влияют на электрические и механические свойства породы, что особенно заметно при измерениях на высокой частоте переменного силового поля и при достаточно низких температурах, когда влияние жидкой фазы мало. Даже мономинеральный поликристаллический пресный лед представляет собой сложный материал, содержащий не-замерзшую жидкую фазу, поры и примеси в межзерновых граничных зонах. Только при температурах порядка —(10-М5)0С его можно с достаточным приближением считать гомогенным материалом, хотя граничные зоны между зернами (кристаллитами) и субграницы между кристаллами внутри зерен будут всегда отличаться по концентрации дефектов между собой и от самих кристаллов льда.

Соленые (морские льды) и мерзлые породы сохраняют значительную гетерогенность вплоть до температур практического завершения фазовых переходов вода — лед, т. е. до —(30-г-4-100)°С, в зависимости от состава и степени минерализации по-ровых растворов, а также от дисперсности (удельной поверхности) скелета грунта. Чем больше удельная поверхность межзерновых граничных зон, тем сильнее влияние межфазовых взаимодействий и гетерогенность криогенных образований, степень которой зависит от температуры в интервале растянутого фазового перехода.

По характеру структуры гетерогенной среды криогенные породы могут содержать как почти изолированные включения отдельных компонентов, так и взаимно-проникающее их распределение, т. е. обычно они характеризуются наиболее сложными комбинированными типами структуры. В связи с этим модельное представление криогенных структур и текстур затруднено.

Строго говоря, криогенные породы представляют собой среды, подверженные непрерывной динамике фазовых превращений и перераспределения фаз. Поэтому при изучении физических, физико-технических и других свойств криогенных пород необходимо обеспечивать квазиравновесное термодинамическое состояние породы при фиксированной температуре, когда интенсивность фазовых превращений настолько мала, 'что за интервал времени, необходимый для выполнения измерений (испытаний) > заметных макроизменений в породе не происходит. Для получения надежных и хорошо сопоставимых экспериментальных данных о свойствах криогенных пород время существования квазиравновесного состояния с фиксированной степенью гетерогенности породы должно превышать время измерений по крайней мере на порядок, что достигается специальными приемами (см. § 1 главы IV). Несоблюдение условия квазиравновесия может привести к ошибкам в оценке свойств криогенных пород.

Таким образом, гетерогенность является наиболее характерной чертой криогенных пород, которая определяет закономерности формирования и изменения многих их свойств. Поэтому необходимы исследования, позволяющие обосновать критерии оценки степени гетерогенности криогенной породы. Одним из путей в этом направлении является изучение их электрических и упругих свойств и характеристик процессов механической и электрической релаксации.

Оставьте свой комментарий

Оставить комментарий от имени гостя

0
  • Комментарии не найдены

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:2428 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:4953 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:2385 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Наши рекомендации

Еще материалы

Использование настольных клавишных машин…

Уравнивание нивелирных сетей может быть выполнено либо на ЭВМ, либо с помощью настольных вычислительных машин. 3. Вычисляют суммы величин, записанных в графах 4, 6 и 7, и выписывают их в соответствующих графах...

12-08-2010 Просмотров:7996 Постоянное планово-высотное съемочное обоснование

О коэффициентах устойчивости и сопоставл…

Так как во всех рассмотренных в этой главе задачах грунт считается находящимся в предельном напряженном состоянии, то все результаты расчетов соответствуют случаю, когда коэффициент запаса устойчивости к3 = 1. Для...

25-08-2013 Просмотров:2738 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Сведения по теории подобия и размерносте…

Сведения по теории подобия и размерностей Основой физического моделирования является теория подобия, опирающаяся на анализ размерностей. Модели конструкций или сооружений являются подобными натурным, если в сходственные моменты времени в сходственных точках значения...

19-03-2013 Просмотров:3067 Обследование и испытание сооружений