Структурные связи химической природы

Структурные связи в грунтах

Структурные связи в грунтах – связи между частицами грунта (минеральные зёрна, обломки горных пород и пр.). Именно структурные связи во многом определяют физико-механические свойства грунта.

Структурные связи формируются в результате сложных физико-химических процессов (уплотнение, старение и синерезис, конденсация содержащихся в природе соединений, адсорбция, кристаллизация и т.д.). Образование структурных связей — это длительный исторический процесс, развивающийся на протяжении всей «геологической жизни» грунта.

По прочности структурные связи могут быть самыми различными: от слабых, едва проявляющихся в обычных условиях и оказывающих слабое влияние на свойства пород, до очень прочных, соизмеримых с прочностью самих кристаллических зерен. Такое разнообразие прочности структурных связей объясняется характером взаимодействий, возникающих на контактах частиц и зерен. По своей природе эти взаимодействия подразделяются на несколько видов:

1. Химические (ковалентные, ионные).

2. Физические и физико-химические (молекулярные, электроста­тические, магнитные, ионно-электростатические, капиллярные).

3. Механические (зацепления).

В разных петрогенетических типах грунтов преобладают структурные связи определенной природы: в магматических, метаморфических и осадочных сцементированных грунтах — в основном химические связи; в осадочных связных дисперсных грунтах — физические и физико-химические связи; в дисперсных несвязных грунтах — механические связи.

Энергия и прочность структурных связей уменьшается в ряду:

химическая > физико-химическая > физическая > механическая связь

На разных стадиях литогенеза формируются определенные структурные связи: в ходе прогрессивного литогенеза происходит постепенная смена ме­нее прочных на более прочные структурные связи; в ходе регрессивного литогенеза, как правило, наоборот — смена более прочных на менее прочные связи [1,2].

Структурные связи химической природы

По своей природе химическая связь между частицами грунта представляет силы электромагнитного характера. Химическая связь — это взаимное притяжение атомов, приводящее к образованию молекул и кристаллов. Она осуществляется валентными электронами атомов. Чаще всего связь между основными породообразующими минералами осуществляется с помощью двух типов химической связи: ковалентной и ионной.

Такая связь может возникать:

– в процессе кристаллизации и затвердевания магматического расплава (магматические породы);

– при перекристаллизации материнской породы (метаморфические породы);

- при заполнении пространства между зернами прочным цементирующим веществом, которое скрепляется за счет химических связей с наружными плоскими сетками кристаллических решеток цементируемых зерен [1, 2].

Рис. 1. Химические связи между частицами в скальных грунтах (преимущественно ковалентная – слева, ионная – справа): Слева: дунит, сложенный изометричными или полигональными зернами оливина, часто с двойниковым сложением, и отдельными мелкими зернами хромита, Камчатская область, Корякский автономный округ, верхний мел, Ник. + [3]. Справа: Доломит микрозернистый, цианобионтный, частично микритизированный, с зональными зернами (бурое) и пойкилитовым гипсовым цементом (радужное), Татарстан, Наб. Моркваши, нижняя пермь. Ник. + (по данным Ф.А. Муравьёва).

Общими признаками и характерными чертами для всех химических структурных связей в грунтах являются:

· близкодействующий характер: они проявляются лишь на относительно небольших расстояниях между взаимодействующими структурными элемен­тами порядка 0,5—3,5 Å;

· образование химических связей в грунтах возможно лишь при непосредственном контакте твердых частиц (зерен, кристаллов, обломков и др.) и действии высокого давления и температуры или при выпадении на контакте частиц кристаллических или аморфных новообразований из порового раствора;

· высокая прочность и энергия связи (до 300 ккал/моль, или 1200 кДж/моль), сопоставимые с прочностью кристаллических решеток минералов;

· необратимый характер разрушения; самопроизвольное восстановление нарушенных химических связей в грунте возможно лишь за длительный пери­од литогенеза или при изменении термодинамических условий среды [1,2].

Таким образом, наличие химических структурных связей придает грунту большую прочность и устойчивость к выветриванию, обусловливает меньшую деформируемость под внешними нагрузками.

Далее

Дата добавления: 2015-07-08