2. Структурные связи и типы контактов в мерзлых породах
В ходе промерзания и в мерзлом состоянии в породах за счет сложных процессов структурообразования формируются специфические тины кон гам он и структурные связи. В скальных и части осадочных сцементированных пород преобладают связи химической природы, а тонкодисперсных льдистых порода связь между отдельными ее элементами осуществляется чаще всего за счет молекулярных и ионно-электростатических взаимодействий (или водно коллоидными связями).
Образование структурных связей в такой многофазной я многокомпонентной дисперсной системе, как мерзлая порода, всегда происходи) не только между грунтовыми поверхностями , но и поверхностями льда и грунтовых частиц. Формирование структурных связей идет обычно не по всей поверхности слагающих породу элементов, а только в местах их сближения, т.е. на контактах. Число и характер (природа) таких разнородных индивидуальных контактов во многом предопределяют микростроение к свойства мерзлых пород. Каждый тип или разновидность контакта характеризуется своим механизмом образования и природой взаимодействующих сил, геометрией и величиной контактного взаимодействия.
В первом приближении все разнообразия контактов в дисперсных породах, находящихся при отрицательной температуре и содержащих в своем составе лед, можно подразделить на точечные, площадные и объемные, характеризующиеся различной площадью контактного взаимодействия органо-минеральных частиц и льда, и на агрегационные, коагуляционные и сухие контакты, различающиеся по энергии взаимодействия и расстоянию между контактирующими ледяными и грунтовыми частицами (рис. 2.1.).
Разделение контактов по энергии их взаимодействия в значительной мере определяется расстоянием между взаимодействующими грунтовыми частицами. Так, в случае прямого взаимодействия двух грунтовых частиц образуются наиболее прочные сухие контакты. Они характеризуются валентным и ионно-электростатическим взаимодействием, а также непосредственным соприкосновением элементов мерзлой породы.
Сухие минеральные контакты обычно возникают при диагенетическом
преобразовании пород, за счет повышения давления с глубиной и дегидратации глинистых осадков.
Минерально-цементационные контакты формируются при перекристаллизации и выделении из поровых растворов новой фазы. Это связано с пересыщением поровых растворов в ходе диагенеза (в том числе и промерзании пород, что повышает концентрацию этих растворов) и выделением из них цементирующих веществ, которые создают прочные «мостики» между грунтовыми частицами, образуя жесткую пористую структуру минеральной компоненты.
При сильном понижении отрицательной температуры дисперсной породы (ниже -100 - 150 С) могут возникать минерально-ледовые контакты. Это происходит, когда практически вся связанная вода вымерзает или мигрирует в другие участки породы и образуются близкие к сухим контакты «минерал-лед). Они являются обратимыми при оттаивании и наименее прочными среди других видов сухих контактов.
Характерной особенностью водных контактов является наличие между взаимодействующими элементами мерзлой породы пленок незамерзшей, (связанной) воды. Коагулягщонные контакты определяются в основном действием молекулярных и ионно-электростатических сил. Агрегаи,ионные контакты формируются преимущественно в результате дальнодействующих молекулярных сил, а в некоторых случаях - за счет магнитных и дипольных (кулоновских) взаимодействий. Агрегационные контакты присущи суглинистым, супесчаным и песчаным породам в диапазоне высоких отрицательных температур (0 - 5°С).
Анализ характера структурных связей и контактов в породах позволяет объяснить и факт резкого возрастания прочности пород при переходе их из талого состояния в мерзлое. В зависимости от характера, размера и формы грунтовых и ледовых частиц, степени влагонасыщения, наличия отрица-тельной температуры и условий промерзания в дисперсных породах между частицами может возникать большое разнообразие типов и видов контактов, которые в результате внешних воздействий способны переходить из одних в другие, определяя структурные связи между элементами мерзлой породы.
