Показатели консистенции глинистых пород

17.06.2018
Показатель консистенции, или «индекс текучести» (liquidity index), глинистых пород определяется как отношение разности естественной влажности и нижнего предела пластичности к числу пластичности. Этот показатель связывает естественную влажность глин или глинистых грунтов с их пределами пластичности. Если естественная влажность равна верхнему пределу пластичности, то показатель консистенции составляет 1. При естественной влажности, большей или меньшей верхнего предела пластичности, показатель консистенции будет больше или меньше 1.

На основании представлений о пределах пластичности можно предположить, что натрий и литий, присутствующие в качестве обменных катионов, повышают показатели консистенции. Монтмориллонит, аллофан и глинистые минералы, представленные частицами удлиненной формы, например аттапульгит и, возможно, галлуазит, обусловливают высокие показатели консистенции. Кроме того, большие показатели консистенции, вероятно, имеют глинистые грунты независимо от состава, сложенные преимущественно алевритовыми частицами, или рыхлые грунты с большим количеством мелких пор, какие могут возникать в глинах, осадившихся при флоккуляции.

На фиг. 5-6 приведены кривые, показывающие уменьшение показателя консистенции по мере возрастания давления вышележащих толщ только для группы глинистых грунтов, сложенных иллитом. Для каолинитовых и хлоритовых глин вероятна такая же зависимость, тогда как для монтмориллонитовых и ат-тапульгитовых глин кривые будут круче, поскольку эти глины имеют большие емкости адсорбции воды. Можно полагать, что характер изменения показателя консистенции галлуазитовых глин по мере увеличения горного давления сильно колеблется в зависимости от степени гидратации галлуазита.

На фиг. 5-7 приведена кривая, показывающая типичное изменение показателя консистенции в зависимости от глубины захоронения нормально уплотненных осадков, которые в приповерхностной зоне подвергаются высушиванию. Здесь видно, что высушивание в приповерхностной зоне снижает показатель консистенции; с глубиной он увеличивается до тех пор, пока не приобретает постоянного значения, которое сохраняется в некотором интервале (в зоне 2). Ниже этой зоны по мере углубления показатель консистенции уменьшается. Постоянство показателя консистенции в зоне 2 отражает равновесное содержание воды, которое является устойчивым в широком диапазоне давления вышележащих пород. Только при давлении большем, чем то, которое имеет место в основании зоны 2, нарушается равновесие воды, в результате чего и происходит уменьшение естественной влажности. У автора нет данных для объяснения зоны постоянного показателя консистенции ниже земной поверхности, равно как нельзя установить зависимость характера этой зоны от состава глинистых минералов. Можно предполагать, что глинистые грунты, содержащие некоторое количество монтмориллонита, будут особенно благоприятны для развития этой зоны вследствие их высокой емкости адсорбции воды. Однако такие факторы, как текстура глинистых грунтов и наличие органического вещества, могут подавить влияние состава глинистых минералов.

Терцаги отмечал, что показатель консистенции верхнем части слоя свежеотложенных глин обычно близок к 1; при отложении осадки обычно приобретают влажность, равную их верхнему пределу пластичности. Это вполне понятно на основании тех соображений, что верхний предел пластичности соответствует такому содержанию воды, при котором адсорбирующие поверхности покрыты пленкой связанной воды, имеющей максимальную толщину, часть воды содержится в порах. Обычно этот вывод неприменим в тех случаях, когда преобладающий адсорбированный катион — натрий; при некоторых условиях осадконакопления показатели консистенции, видимо, больше единицы.

Глинистые частицы при осаждении в воде непосредственно соприкасаются между собой, видимо, до тех пор, пока они не покрываются пленкой адсорбированной связанной воды. В осадках, отлагавшихся относительно быстро, эта пленка воды покрывает частицы только на некоторых участках, и в результате этого в порах будет много воды, а показатель консистенции таких осадков, возможно, будет больше, чем у осадков, отлагавшихся медленнее. При медленном осаждении частицы располагают временем для плотной упаковки, и поэтому пористость таких осадков будет меньше.