МИКРОМИР   ГЛИНИСТЫХ  ПОРОД

Типы микроструктур глинистых пород

    Изучение в РЭМ образцов глинистых пород позволило ученым рассмотреть тончайшие детали строения с размерами менее 1 мкм. Исследователи увидели многие особенности микроструктуры, которые до этого были неизвестны. Работами В.И. Осипова и В.Н. Соколова     [4, 6] было установлено, что среди большого многообразия глинистых пород можно выделить пять основных типов микроструктур - ячеистую, скелетную, матричную, турбулентную и ламинарную. При этом убедительно показано, что особенности микроструктуры глинистых пород тесно связаны со многими их свойствами. Рассмотрим подробнее эти микроструктуры.

Ячеистая микроструктура

Рис. 2. РЭМ-фотография образца глинистого осадка (ила) со дна Черного моря с ячеистой микроструктурой; увеличение 2000*.

    В качестве примера породы с ячеистой микроструктурой возьмем образец современного морского глинистого осадка (глинистого ила), отобранного со дна Черного моря. На рис. 2 приведена его РЭМ-фотография. На этой фотографии зафиксирована микроструктура глинистой породы на самой начальной стадии формирования (на стадии седиментогенеза). Это типичная ячеистая микроструктура, образовавшаяся после коагуляции (от лат. coagulatio - затвердевание) и осаждения частиц глинистых минералов в морской воде. Ее главной морфологической особенностью является присутствие изометричных открытых ячеек. Стенки ячеек сложены листообразными микроагрегатами глинистых частиц, контактирующих между собой по типу плоскость - торец и торец - торец через водные пленки. Такие контакты называются коагуляционными. Их прочность невелика, так как она обусловлена слабыми дальнодействующими молекулярными и ионно-электростатическими силами.          Характерной особенностью таких контактов является обратимое разрушение, то есть разрушение под нагрузкой и восстановление после ее снятия. Помимо однородной структурной сетки, в породах с ячеистой микроструктурой встречаются также и более крупные песчаные и пылеватые зерна, которые равномерно распределены по всему объему образца и не имеют непосредственных контактов друг с другом. Характерно присутствие значительного количества различных органических остатков и обломков микрофауны.
    Породы с ячеистой микроструктурой отличаются высокой пористостью (до 80%) и влажностью (до 300%). Естественно, что глинистые осадки со столь рыхлой микроструктурой обладают очень низкой прочностью и высокой сжимаемостью даже под очень малыми нагрузками. Они проявляют ярко выраженные тиксотропные свойства (греч. thixis - прикосновение, trope - поворот), то есть способность разжижаться даже при незначительных вибрациях и толчках, а в состоянии покоя восстанавливать свою структуру. Такое специфическое поведение молодых глинистых осадков и слабо уплотненных глин целиком определяется присутствием в них обратимых коагуляционных контактов, что уже отмечалось выше. При строительстве инженерных сооружений на подобных породах необходимо помнить об их коварных свойствах и принимать соответствующие меры по защите или упрочнению слабых пород основания.
    В истории известен классический пример, когда присутствие слабых пород в основании сооружения не было учтено, - Пизанская башня в Италии, которая на протяжении последних 800 лет постепенно наклоняется и сейчас уже отклонилась от вертикали более чем на 4 м. В настоящее время южная часть фундамента башни ушла на 170 см глубже северной. По существу Пизанская башня является прекрасным памятником строительной ошибки. Дело в том, что под одной из сторон основания башни оказалась очень слабая водонасыщенная молодая глина, что и привело к неравномерной осадке фундамента, послужив причиной наклона. Необходимо сказать, что Пизанская башня является самым известным, но отнюдь не единственным примером подобных сооружений. Всего таких башен, в основании которых строители не учли присутствия слабых глинистых пород, более 40. Есть наклоненные башни и в России - в Таганроге, Казани и других местах. Широко известна дозорная башня в Невьяновске. При высоте 60 м она отклонилась от вертикальной оси на 2 м.

Скелетная микроструктура

Рис. 3. РЭМ-фотография образца озерного суглинка со скелетной микроструктурой; увеличение 1500*.

    В том случае, если в водных бассейнах накапливаются не глинистые, а песчано-пылевато-глинистые частицы, возможно формирование скелетной микроструктуры (рис. 3). Глинистые породы с такой микроструктурой сложены в основном зернами первичных минералов, таких, как кварц, полевой шпат и другие, формирующих однородный "скелет". Глинистый материал распределен неравномерно и не создает сплошной матрицы. Глинистые частицы обычно скапливаются на поверхности зерен в виде сплошных "рубашек" или на контактах песчаных и пылеватых зерен. Именно такая микроструктура показана на рис. 3. Здесь в центре РЭМ-фотографии отчетливо видна пылеватая кварцевая частица, покрытая глинистой рубашкой и контактирующая с другими частицами через тонкие цепочки глинистых частиц - глинистые мостики, которые по своей природе также являются коагуляционными контактами. Такая специфическая особенность скелетной микроструктуры служит причиной чрезвычайно низкой динамической устойчивости: в условиях полного водонасыщения, после воздействия даже довольно слабой вибрации, возможно разрушение глинистых мостиков, связывающих пылеватые зерна, и разжижение всей породы. В таких случаях говорят, что глинистая порода (обычно это суглинки и супеси) проявляет плывунные свойства. Откосы, насыпи дорог, земляных плотин и дамб часто подвергаются подобным катастрофическим явлениям. Вдруг внезапно, а на самом деле после какого-то вибрационного воздействия, вызванного, например, прохождением транспорта или ударами волн, происходит обрушение откоса или оплывание насыпи, и они превращаются в кучу вязкой, жидкоподобной грязи. Читатели, вероятно, и по своему жизненному опыту знают, как тяжело бороться с плывунными породами при выкапывании траншей и котлованов. В данной ситуации надо быть предельно внимательными и использовать при строительстве специальные приспособления, например, устанавливать опережающую опалубку. Метростроевцы часто борются с плывунами при проходке тоннелей с помощью заморозки этих участков.

Назад| Следующая страница