Influence of mineral composition, surface films and temperature of freezing on dispersity of model sandy soils due to cyclical freeze-thaw

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This article is dedicated to analysis of influence of cyclical freeze-thaw on dispersity of sandy soils. Effect of 120 freeze-thaw cycles on dispersity of water-saturated sands of different mineral composition, with surface films and after their removal, under different freezing temperatures is described. For this study quartz, feldspar and carbonate model sands were chosen as objects. To determine the influence of surface films a part of quartz sand sample was subjected to chemical treatment to remove them from the surface of grains. Granulometric composition of sand samples was determined using the sieving method. Changes in contents of separate fractions were analyzed as well as values of various parameters, in addition to this published data of the other researchers was used. Determining and describing changes in granulometric composition in polydisperse sands proved to be a challenge because of absence of parameters tailored to this task for such soils in contrast to monodisperse sands. According to the results it was found that in relation to mineral composition a decrease in intensity of cryogenic fragmentation was observed in a row: carbonate, feldspar, quartz sand (without surface films), which is explained by quartz’s high resilience to various processes in supergene zone. Quartz’s resilience to cryogenic fragmentation is strongly impacted by surface films on grains, with the increase in their specific surface area quartz’s intensity of cryogenic fragmentation increases due to higher physical – chemical activity of surface film matter. New parameter was proposed – coefficient of cryogenic grinding, reflecting increase in content of products of fragmentation of soil particles due to one freeze-thaw cycle. On the basis of this coefficient and method of analogy a way to forecast changes in granulometric composition due to freeze-thaw cycles was proposed and an example provided.

References

  1. Трофимов В. Т. Зональность инженерно-геологических условий континентов Земли. М.: Изд-во МГУ, 2002. 348 с.
  2. Teltayev Bagdat & Suppes E. A. Temperature in pavement and subgrade and its effect on moisture // Case Studies in Thermal Engineering. 2019. Vol. 13. Р. 1–11.
  3. Конищев В. Н. Формирование состава дисперсных пород в криолитосфере. Новосибирск: Изд-во Наука, 1981. 197 с.
  4. Основы Геокриологии. Ч. 1: Физико–химические основы геокриологии // Под ред. Ершова Э. Д. М.: Изд-во МГУ, 1995. 368 с.
  5. Zhang Ze, MA Wei, Feng Wenjie, Xiao Donghui, Hou Xin. Reconstruction of soil particle composition during freeze-thaw cycling: A review // Pedosphere. 2016. Vol. 26. № 2. Р. 167–179.
  6. Рогов В.В. Особенности морфологии частиц скелета криогенного элювия // Криосфера Земли. 2000. Т. IV. № 3. С. 67–73.
  7. Геокриология. Характеристики и использование вечной мерзлоты. В 2-х т. Т. I / под ред. Брушкова А. В.; пер. Сантаевой В. А. и Брушкова А. В. Москва, Берлин: Директ-Медиа, 2020. 437 с.
  8. Минервин А. В. Моделирование условий формирования крупнопылеватых частиц лессовых пород // Инженерная геология. 1980. № 1. С. 51–60.
  9. Konishchev V. N., Rogov V. V. Investigation of cryogenic weathering in Europe and northern asia // Permafrost and Periglacial Processes. 1993. Vol. 4. P. 49–64.
  10. Лыков А.В. Теория сушки. Москва: изд–во «Энергия», 1968. 426 с. с илл.
  11. Грунтоведение // Под ред. Трофимова В. Т. – 6–е изд., перераб. и дополн. (серия Классический университетский учебник) / В. Т. Трофимов, В. А. Королёв, Е. А. Вознесенский и др. М.: Изд-во МГУ и Наука, 2005. 1024 с.
  12. Старостин Е. Г., Лебедев М. П. Свойства связанной воды в дисперсных породах. Часть I. Вязкость, диэлектрическая проницаемость, плотность, теплоемкость, поверхностное натяжение // Криосфера Земли. 2014. Т. XVIII. № 3. С. 46–54.
  13. Winkler E. M. Frost damage to stone and concrete: Geological considerations // Engineering Geology. 1968. Vol. 2. № 5. Р. 315–323.
  14. Connell D. C., Tombs J. M. C. The crystallization pressure of ice – a simple experiment // Journal of Glaciology.1971. Vol. 10. № 59. Р. 312–315.
  15. Гречищев С.Е., Брушков А.В., Павлов А.В., Гречищева О.В. Экспериментальное изучение криогенного давления в промерзающих влагонасыщенных засоленных грунтах // Криосфера Земли. 2012. Т. XVI. № 1. С. 33–36.
  16. Гречищева Э. С., Гречищев С. Е., Павлов А. В. Экспериментальное изучение влияния влагонасыщения на криогенное давление в засоленных грунтах // Десятая Международная конференция по мерзлотоведению (TICOP): Ресурсы и риски регионов с вечной мерзлотой в меняющемся мире. Том 5. Расширенные тезисы на русском языке. Тюмень: Изд–во «Печатник», 2012. С. 81–82.
  17. Минервин А. В. Генезис и инженерно-геологическая характеристика покровных отложений долины р. Оби / Автореф. дисс. канд. геол.-мин. наук. М.: МГУ, 1959. 22 с.
  18. Чжан Цзе, Пендин В. В. Преобразование моренных суглинков при многократном промерзании–оттаивании // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 2010. № 2. С 58–63.
  19. Манухин И. В., Николаева С. К., Махлаев В. Д., Чернов М. С., Лобастов В. М. Влияние гипергенных процессов на изменение состава, строения и свойств моренных суглинков донского оледенения // Инженерная геология. 2023. Т. 18. № 3. С. 6–21. URL: https://doi.org/10.25296/1993-5056-2023-18-3-6-21.
  20. "em"Балыкова С. Д., Самарин Е. Н., Петрова А. К."/em" Влияние поверхностных пленок на физические и физико–механические свойства песчаных грунтов // Ломоносовские чтения 2024. Секция геологии. Подсекция инженерной и экологической геологии. Москва, 2024. С. 15–18.
  21. Шмелев Д.Г. Роль криогенеза в формировании состава позднечетвертичных мерзлых отложений оазисов Антарктиды и северо-востока Якутии // Криосфера Земли. 2015. Т. XIX. № 1. С. 41–57.
  22. Teltayev Bagdat. Temperature and moisture monitoring in pavement and subgrade in Kazakhstan // Smart Geotechnics for Smart Societies – 2023 – pp. 92–101.
  23. Песчаные грунты России: в 2 томах. Том 1 / Трофимов В. Т. и др. / Под ред. Трофимова В. Т. М.: Изд-во Московского ун-та, 2021. 394 с.
  24. Микростроение мерзлых пород / Под ред. Ершова Э.Д. – М.: Изд-во МГУ, 1988. – 183 с.: ил.
  25. Конищев В. Н. Криолитогенный метод оценки палеотемпературных условий формирования ледового комплекса и субаэральных перигляциальных отложений // Криосфера Земли. 1997. Т. 1. № 2. С. 23–28.
  26. Конищев В. Н. Лессовые породы: новые возможности изучения их генезиса // Инженерная геология. 2015. № 5. С. 22–37.
  27. Рекомендации по комплексному изучению и оценке строительных свойств песчаных грунтов / Под. ред. Зиангирова Р. С. М.: Изд-во Стройиздат, 1984. 212 с.
  28. Ларионова Н. А. Поверхностные пленки на песчаных зернах, их состав и условия образования // Инженерная геология. 2021. Т. 16. № 4. С. 6–17. URL: https://doi.org/10.25296/1993-5056-2021-16-4-6-17.
  29. Айлер Р. Химия кремнезема: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. Ч. 1. 416 с.
  30. Горшунова В. П., Хаустова М. М. Исследование сорбции аммиака силикагелями разной пористости // Вестник ВГТУ. 2010. Том 6, No. 11, 19–21.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).