Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [ 20 ] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148

Таблица 6

Распределение влажности в мерзлом подмосковном суглинке (средняя влажность 1общ=58,37о) после одностороннего длительного

охлаждения

Приведенные результаты с несомненностью доказывают, что даже в переходной области фазовых превращений воды в лед, где изменение содержания незамерзшей воды не столь значительно, в дисперсных мерзлых грунтах при отрицательной температуре имеет место миграция незамерзигей воды под действием температурного градиента. Последнее подтверждается данными опытов и по электроосмосу в мерзлых грунтах (А. А. Ананян, 1952, Хекстра и Чемберлен, 1963). Установленный факт важен как в теоретическом, так и в практическом отношении; так можно предполагать, что влажность вечномерзлых толщ меняется (хотя и очень медленно) с изменением температурного режима их верхних слоев, а следовательно, при промерзании грунтов в естественных условиях происходит дальнейшее увлажнение верхних, уже замерзших слоев. В этом отношении показательны также наблюдаемые повсеместно в области вечномерзлых грунтов большие значения влажности и льдистости верхних слоев мерзлых грунтов до глубины 10-15 м и значительное уменьшение их с дальнейшей глубиной.

Подробный разбор зарубежных исследований миграции влаги в промерзающих грунтах и выводы из них сделаны 3. А. Нерсесовой *.

Подводя итоги обзора зарубежной литературы по миграции влаги в промерзающих грунтах, 3. А. Нерсесова констатирует: «В мировой литературе накоплен большой фактический материал, характеризующий влияние дисперсности, минералогического состава, обменных оснований и капиллярности (последняя, однако, по проф. Юмикусу, имеет весьма ограниченное значение, так как в его специальных опытах по замораживанию водонасыщенных грунтов капиллярных менисков не было обнаружено. Н. Ц.) на миграцию воды в промерзающих грунтах, на льдовыделение в них и их пучение, но не принимаются во внимание (в должной мере) работы,

*И. А. Тютюнов, 3. А. Нерсесова. Природа миграции воды в грунтах при промерзании и основы физико-химических приемов борьбы с пучением. Изд-во АН СССР, 1963.

3-1362 65

трактующие процессы взаимодействия воды и поверхности алюмо-силикатных систем на основании кристалло-химических представлений и физики твердого тела».

На основе последних представлений И. А. Тютюновым * предложена новая теория химического потенциала, в основном базирующаяся на исследовании взаимодействия поверхности минеральных частиц грунтов с поровой водой.

В настоящее время теория миграций влаги в грунтах развивается на основе молекулярно-кинетических представлений о структурных особенностях воды в тонких пленках (А. А. Ананян, 1959 г.) ** и кристаллохимии силикатов (Г. Б. Бокий, 1961 г.)

Выяснению роли физико-химических особенностей поверхности грунтов на процессы миграции влаги я льдовыделения посвящена работа 3. А. Нерсесовой в лаборатории Института мерзлотоведения им. В. А. Обручева АН СССР, начатая под руководством автора

Изучались процессы миграции врды, льдовыделения н пучения при промерзании в условиях открытой системы в трех суглинках и в двух мономинеральных глинах в естественном состоянии и при насыщении различными обменными катионами:

А1+, Fe, Са-, Н Na" и К""

Были исследованы: каолинитовая глина - глуховецкий каолин; монтмориллонитовая глина - аскангель, и суглинки - подмосковный с глубины 80-100 см, воркутский (пылеватый) с глубины 50 см и якутский (район «Трубки Мира») с глубины 50 см.

Во всех случаях было установлено значительное влияние состава обменных катионов на процесс миграции воды при промерзании. Так на рис. 27 показан вертикальный разрез образцов глухо-вецкого каолина при насыщении их катионами

Fe, Са, Н, Na+,

Из рис. 27 и 28 - графиков изменения весовой влажности образцов каолина после их промораживания видно, что наиболее интенсивная миграция воды при промерзании, льдовыделение и пучение наблюдаются у Fe-каолина (69,3 7о от начальной высоты образца) и Са-каолина (70,7%), причем в начале опыта Fe-каолин показал несколько большее пучение по сравнению с Са-каолином; минимальная же миграция воды, льдовыделение и пучение (до 8%) имели место у К-каолина.

*И. А. Тютюнов, 3. А. Нерсесова. Природа хмиграции воды в грунтах при промерзании и основы физико-химических приемов борьбы с пучением. Изд-во АН СССР, гл. II, 1963.

** А. А. А н а н я н. «Доклады высшей школы», 1959, № 2. *** Г. Б. Б о к и й. Кристалло-химические соображения о поведении воды в мерзлых глинистых грунтах. Вестник МГУ. «Геология», 1961, № 1.

**** 3. А. Нерсесова. Влияние обменных катионов. «Лабораторные исследования по физике и механике мерзлых грунтов», сб. 4. Изд-во АН СССР, 1961.

Опыты с промораживанием аскангеля монтмориллонитовой глины показали, что наибольшая миграция воды при промерзании и пучение наблюдались при насыщении аскангеля многовалентными катионами (для АР+ до 91 7о), а наименьшие у аскангеля, насыщенного одновалентными катионами: Na и К (до 8-10%) (рис. 29).

" На основании результатов вышеупомянутых опытов 3. А. Нерсесова приходит к выводу, что монтмориллонитовая глина становится весьма морозоопасной при замене одновалентных поглощенных оснований на многовалентные.

Опыты с тяжелым подмосковным суглинком подтвердили положение о существенном значении природы обменных катионов для суглинков, но для подмосковного суглинка значительное льдовыделение наблюдалось только у Fe-суглинка.

Рис. 27. Образцы каолина с различным составом обменных катионов (после

промерзания)

3. А. Нерсесовой были проделаны также весьма интересные опыты с отдельными мелкими фракциями чистого кварцевого песка (частицы от 0,1 до 0,005 и менее 0,001 жж), которые показали, что в тонкодисперсных фракциях песка (размером менее 0,001 мм) при наличии подтока воды (рис. 30) также имела место миграция влаги при промерзании, т. е. и для дисперсного кварцевого песка в случае резкого увеличения поверхности его минеральных частиц и, следовательно, большей поверхностной энергии, а также увеличения капиллярности при промерзании имеет место, как и у глинистых грунтов, миграция воды по направлению к фронту промерзания.

Приведенные весьма интересные с научной и практической точек зрения выводы имеют существенное значение не только для создания общей физико-химической теории миграции влаги в промерзающих грунтах и льдовыделении, но и для разработки практических методов физико-химической борьбы с морозным пучением дисперсных грунтов.