ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА СТРУКТУРНЫХ КОНТАКТОВ В ДИСПЕРСНЫХ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТАХ

© 2021 г. Ф. С. Карпенко^1,*, К. Н. Абросимов^2,**, О. В. Сереброва¹

¹Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН,
Уланский пер., д. 13, стр. 2, Москва,101000 Россия

²Почвенный институт им. В.В. Докучаева,
Пыжевский пер., д. 7, стр. 2, Москва, 119017 Россия

*E-mail: kafs08@bk.ru
 **E-mail: kv2@bk.ru

Поступила в редакцию 7.06.2021 г.
После доработки 2.07.2021 г.
Принята к публикации 2.07.2021 г.

Рассматриваются приемы и способы определения числа структурных контактов в глинистых грунтах – важной физико-химической характеристики их структурного строения. Проведенные исследования методом компьютерной рентгеновской томографии (X-ray mCT) подтвердили возможность применения данного метода не только для исследования микроструктурного строения глинистых грунтов, но и для прямого определения числа контактов между минеральными частицами в них. На основании результатов исследований было уточнено количество контактов различного преобладающего типа в разновидностях дисперсных глинистых грунтов и получены эмпирические зависимости количества контактов в глинах от их гранулометрического состава. Полученные данные подтверждают разработанные В.Н. Соколовым модели микроструктурного строения разновидностей глинистых грунтов – "бидисперсную" и "перекашивающегося карточного домика".

Ключевые слова: глинистые грунты, структурные контакты, тип контакта, количество контактов, структурное строение, mCT, компьютерная томография

DOI: 10.31857/S0869780921050064

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абросимов К.Н., Макеев А.О., Багрова С.М. Микроструктура и поровое пространство лессовых отложений нижней Волги // Экология и палеоэкология почв и палеопочв. Новосибирск: Издательский дом ООО «Окарина», 2017. С. 7–12.
2. Амелина Е.А., Щукин Е.Д. Изучение некоторых закономерностей формирования контактов в пористых дисперсных структурах // Коллоидн. журнал. 1970. Т. 32. № 6. С. 795–800.
3. Бабак В.Г. Прочность пористых твердых тел // Автореф. дисс. … канд. физ.-мат. наук.  М.: МГУ. 1974. 20 с.
4. Карпенко Ф.С. Физико-химическая природа пределов пластичности глинистых грунтов // Геоэкология. 2018. № 5. С. 66-72. DOI: 10.1134/S86978031804004X
5. Карпенко Ф.С. Физико-химическая природа прочности глинистых грунтов // Геоэкология. 2019. № 5. С. 48-60. DOI: 10.31857/S869-78092019548-60
6. Осипов В.И., Соколов В.Н., Румянцева Н.А. Микроструктура глинистых пород / Под ред. Е.М. Сергеева. М.: Недра, 1989. 210 с.
7. Осипов В.И. Физико-химическая теория эффективных напряжений в грунтах. М.: ИГЭ РАН, 2012. 74 с.
8. Осипов В.И., Соколов В.Н. Глины и их свойства. Состав, строение и формирование свойств - М.: ГЕОС, 2013. 576 с.
9. Ребиндер П.А., Щукин Е.Д., Марголис Л.Я. О механической прочности пористых дисперсных тел // ДАН. 1964. Т. 154. № 3. С. 695–698.
10. Сергеев Е.М., Голодковская Г.А., Зиангиров Р.С. и др. Грунтоведение (Изд. 4). М.: Изд-во МГУ, 1983. 386 с.
11. Соколов В.Н. Физико-химические аспекты механического поведения глинистых грунтов // Инженерная геология. 1985. № 4. С. 28 – 41. 
12. Соколов В.Н. Модели микроструктур глинистых грунтов // Инженерная геология. 1991. № 6. С. 32–40. 
13. Шлыков В.Г. Рентгеновский анализ минерального состава дисперсных грунтов. М.: ГЕОС. 2006. 176 с.
14. Abrosimov K. N., Gerke K.M., Semenkov I.N., Korost D.V. Otsu’s algorithm in the segmentation of pore space in soils based on tomographic data // Eurasian Soil Science. 2021. V. 54, N 4. P. 560-571. DOI: 10.1134/S1064229321040037
15. Chiang Martin Y.M., Landis F.A., Xianfeng Wang, Smith J.R., Cicerone M.T., Dunkers J., Luo Yanfeng. Local Thickness and Anisotropy Approaches to Characterize Pore Size Distribution of Three-Dimensional Porous Networks. Tissue Eng. Part C: Methods. 2009. P. 65-76. http://doi.org/10.189/ten.tec.208.0298
16. Field W.G. Towards the statistical definition of a granular mass // Proc. 4th Australia-New Zealand conf. on solid mechanics, 1963. P. 143-148.
17. Gray W.A. The packing of solid particles. Chapman and Yall Ltd., 1968. 236 p.
18. Lavrukhin E. V., Gerke K.M., Romanenko K. A., Abrosimov K. N., Karsanina M. V. Assessing the fidelity of neural network-based segmentation of soil xct images based on pore-scale modelling of saturated flow properties // Soil and Tillage Research. 2021. V. 209. P. 104942.
19. Osipov V.I., Karpenko F.S., Rumyantseva N.A. Active porosity and its effect on the physical mechanical properties of clay // Water Resources. 2015. V. 42. N 7. P. 951-957.
20. Romanis, T., Sedov, S., Lev, S., et al. // Landscape change and occupation history in the Central Russian Upland from Upper Palaeolithic to medieval: Paleopedological record from Zaraysk Kremlin, CATENA, 2021. V. 196: 104873, https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104873.
21. Sorokin A. S., Abrosimov K. N., Lebedeva M. P., Kust G. S. Composition and structure of aggregates from compacted soil horizons in the southern steppe zone of European Russia // Eurasian Soil Science. 2016. V. 49. N 3. P. 326–337.  DOI: 10.1134/S106422931603018
22. Yudina A.V., Romanenko K.A. Mechanistic Understanding of Soil Hierarchical Structure, EGU General Assembly 2019. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.26167.16809
23. Skvortsova E.B., Shein E.V., Abrosimov K.N., Gerke K.M., Korost D.V., Romanenko K.A., Belokhin V.S., Dembovetskii A.V. Tomography in soil science // Bulleten Pochvennogo instituta im. V.V. Dokuchaeva. 2016. V. 86. pp. 28–34.
24. Vogel H.-J. Morphological determination of pore connectivity as a function of pore size using serial sections // European J. of Soil Sc. 1997. 48. P. 365–377. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.1997.tb00203.x