Субаквальные условия

Усадка может происходить вследствии коллоидно-химических процессов, протекающих как в подводных, так и в континентальных условиях.

Одним из видов таких процессов является синерезис: самопроизвольное удаление поровой воды из коллоидно-дисперсной системы в результате уменьшения ее потенциальной энергии. Происходит сжатие системы, изменение связей, перекристаллизация. Синергетическое уплотнение трудно отделить от осмотического, связанного с различием концентраций солей в растворе. Изменение природных условий на дне водоема приводит к изменению солености и осмотическому уплотнению.

Параллельно идет гравитационное уплотнение.

Экспериментально доказано, что при изменении концентрации порового раствора даже в подводном состоянии образуются трещины, глубина которых и ширина зависит от минерального состава осадков, наличия коллоидов, химического состава и концентрации порового раствора.

Показателями усадочности являются:

1) относительная линейная δ_у и 2) объемная δ_у^о усадки

δ_у=(h₁-h₂)/h₁-? δ_у^о = (v₁-v₂)/v₁, где

h1 и v1 – начальные высота и объем образца,

h₂ и v₂ - после усадки.

Ориентировочно δ_у^о ≈ 3 δ_у .

Влияние свойств твердого компонента.

Величина усадки зависит от минерального состава, который обуславливает дисперсность, кристаллохимические особенности поверхности минеральных частиц, кристаллическую структуру минералов ( подвижная или нет кристаллическая решетка и пр.). Наибольшее δ_у, δ_у^о имеют монтмориллонитовые, палыгорскитовые, каолиновые и гидрослюдистые – наименьший.

Структурное строение. У глин, состоящих из частиц трубчатого габитуса, характерна большая усадка, что объясняется рыхлой упаковкой таких частиц в образце.

Прочность структурных связей

Усадка паст, как правило в несколько раз выше, чем образцов с естественными структурными связями при одинаковых «W» и «n». Например, для лессовидных суглинков в 3.6-5.8. Естественные структурные связи препятствуют уплотнению грунта при усадке, тогда как в пасте частицы могут еще относительно свободно перемещаться относительно друг друга.

Для молодых глинистых отложений влияние структурных связей на усадку при отсутствии прочного цемента может быть и несущественным. У глин с ориентированной микротекстурой величина усадки на 5-10% больше по сравнению с глинами с хаотичным расположением частиц.

Слоистые глины характеризуются анизотропией усадочности. Например, относительная линейная усадка хвалынских глин параллельно слоистости, по данным Я.С.Метерского, равна 1.5-5.2% ( в среднем 4%), а перпендикулярно ей – 2.7-14.0% (в среднем 8%).

Состав раствора.

Существенное влияние на усадочность оказывает состав порового раствора: состав обменных катионов, концентрация солей. Монтмориллонитовые гидрослюдистые глины, насыщенные ионом Na+ или Li+, дают наибольшую усадку, т.к. для них характерна высокая гидрофильность и высокая начальная W. Содержание Са++, К+ и еще > трехвалентных катионов понижают усадку.

Условия.

Существенное влияние оказывает режим сушки. Обычно чем быстрее, тем меньше усадка, т.к. ей мешают внутренние, еще не высохшие слои.

Высыхание ведет к росту внутренних сжимающих напряжений сил (в случае палыгорскитовых глин до 10 МПа).

Интересно, что если сушить грунт до влажности W и объемной массы γ и сжимать грунт до тех же W и γ, то прочность первых будет значительно больше.

Это происходит из-за структурных связей между частицами, возникающих при сушке в результате кристаллизации солей, проявления молекулярных и электростатических связей.

В процессе сушки обычно образуются трещины, появляющиеся из-за развития напряжений, превышающих прочность структурных связей между частицами и агрегатами, возникающих из-за неравномерного распределения W и t. В центре тела возникают сжимающие, а на поверхности – растягивающие. Если усадка происходит под действием медленного изменения t и W, разрывов сплошности не происходит.

В естественных условиях мы наблюдаем усадку в виде шелушения глин, образования полигональной сети.