Быстрая глина , также известная в Канаде как глина Леда и глина Шамплейнского моря , представляет собой одну из нескольких особо чувствительных гляциоморских глин, обнаруженных в Канаде, Норвегии, России, Швеции, Финляндии, США и других местах по всему миру. [1] [2] [3] Глина настолько нестабильна, что когда масса быстрой глины подвергается достаточному напряжению, поведение материала может резко измениться с поведения сыпучего материала на поведение водянистой жидкости. Оползни происходят из-за внезапного разжижения почвы , вызванного внешними воздействиями, такими как вибрации , вызванные землетрясением или сильными дождями . [1] [2] [3]
Быстрая глина встречается только в странах, близких к северному полюсу , например в России ; Канада ; Норвегия ; Швеция ; и Финляндия ; и на Аляске , США ; поскольку они были покрыты льдом в эпоху плейстоцена . В Канаде глина связана прежде всего с морем Шамплейн эпохи плейстоцена , в современной долине Оттавы , долине Святого Лаврентия и регионах реки Сагеней . [4]
Быстрая глина была основной причиной многих смертоносных оползней . Только в Канаде это связано с более чем 250 нанесенными на карту оползнями. Некоторые из них древние и, возможно, возникли в результате землетрясений. [5]
Быстросохнущая глина имеет прочность в повторном формовании, значительно меньшую, чем ее прочность при первоначальной нагрузке. Это вызвано его крайне нестабильной структурой глинистых частиц.
Быстрая глина изначально откладывается в морской среде. Частицы глинистых минералов всегда отрицательно заряжены из-за присутствия на их поверхности постоянных отрицательных зарядов и зарядов, зависящих от pH. Из-за необходимости соблюдать электронейтральность и нулевой баланс электрических зарядов, эти отрицательные электрические заряды всегда компенсируются положительными зарядами, создаваемыми катионами (такими как Na + ), адсорбированными на поверхности глины или присутствующими в глине. грунтовая вода. Обменные катионы присутствуют в прослоях глинистых минералов и на внешних базальных плоскостях глинистых пластинок. Катионы также компенсируют отрицательные заряды на краях частиц глины, вызванные протолизом силанольных и алюминольных групп ( заряды, зависящие от pH ). Итак, пластинки глины всегда окружены двойным электрическим слоем (EDS) или диффузным двойным слоем (DDL). [6] Толщина ДЭС зависит от солености воды. В соленых условиях (при высокой ионной силе ) EDL сжимается (или, как говорят, схлопывается). Это облегчает агрегацию пластинок глины, которые флокулируют и слипаются в более стабильную структуру агрегатов. После того, как отложения морской глины поднимаются и больше не подвергаются воздействию соленой воды, дождевая вода может медленно проникать в плохо уплотненный слой глины, а избыток NaCl, присутствующий в морской воде , также может диффундировать из глины. В результате EDL менее сжат и может расширяться. Это приводит к более сильному электростатическому отталкиванию между отрицательно заряженными пластинками глины, которые легче диспергируются и образуют стабильные суспензии в воде ( феномен пептизации ). Воздействие приводит к дестабилизации структуры глинистых агрегатов.
При недостаточном механическом уплотнении слоя глины и наличии напряжения сдвига более слабое сжатие ЭПС солями в быстрой глине приводит к отталкиванию частиц глины и их перестройке в более слабую и неустойчивую структуру. Быстрая глина быстро восстанавливает прочность при повторном добавлении соли (сжатие EDL), что позволяет частицам глины восстановить сцепление друг с другом.
В разгар прошлого оледенения (около 20 000 лет назад) земля была «продавлена» тяжестью льда ( изостатическая депрессия ). Вся измельченная порода была отложена в окружающем океане, который значительно проник вглубь суши. Рыхлое отложение частиц ила и глины в морской среде привело к необычной флокуляции . По сути, это сформировало прочно связанный скелет почвы, который был «склеен» высокоподвижными ионами морской соли. [6]
На данный момент произошло только формирование очень прочной морской глины , которая встречается по всему миру и отличается высокой стабильностью, но со своими уникальными геотехническими проблемами. Когда ледники отступили, масса суши поднялась ( послеледниковый отскок ), глина обнажилась и образовала почвенную массу для новой растительности. Дождевая вода в этих северных странах была весьма агрессивна по отношению к этим глинам, возможно, потому, что она была мягче (содержала меньше кальция) или более высокое содержание ила позволяло проникать большему количеству дождевой воды и талого снега. Конечным результатом было то, что ионный «клей» глины был ослаблен и образовался слабый, рыхлый скелет почвы, содержащий значительное количество воды (высокая чувствительность при высоком содержании влаги).
Отложения быстрой глины редко располагаются непосредственно на поверхности земли, но обычно покрыты нормальным слоем верхнего слоя почвы. Хотя этот верхний слой почвы может поглощать большинство обычных напряжений, таких как обычные дожди или умеренное землетрясение, толчок, превышающий способность верхнего слоя почвы, например, сильное землетрясение, добавление большой массы возле склона или аномальный ливень, который оставляет верхний слой почвы полностью пропитан настолько, что дополнительной воде некуда проникнуть, кроме как в глину, — это может нарушить глину и инициировать процесс разжижения.
Поскольку слой глины обычно покрыт верхним слоем почвы, место, уязвимое для быстрого оползня глины, обычно можно определить только путем тестирования почвы и редко бывает очевидным для случайного наблюдателя. Таким образом, населенные пункты и транспортные пути часто строились на залежах глины или вблизи них, что приводило к ряду заметных катастроф:
Эти оползни являются регрессивными , то есть они обычно начинаются у воды и продвигаются вверх с медленной скоростью ходьбы, хотя особенно глубокие слои быстрой глины на наклонных участках могут разрушаться гораздо быстрее или образуют очень большие куски, которые могут скользить с большой скоростью из-за жидкости. природа нарушенной глины. Известно, что они проникают на многие километры вглубь страны и поглощают все на своем пути. [4]
В наше время районы, где, как известно, есть залежи быстрой глины, обычно проверяются перед любым крупным развитием человечества. Не всегда возможно полностью избежать строительства на участке из глины, хотя современные инженерные технологии позволяют принять технические меры предосторожности, позволяющие снизить риск катастрофы. Например, когда шоссе 416 в Онтарио должно было проходить через отложения быстрой глины возле Непина , для дорожного полотна использовались более легкие наполнители, такие как полистирол , вдоль трассы были установлены вертикальные фитильные дренажи , а под шоссе были построены стены, отсекающие грунтовые воды . для ограничения проникновения воды в глину. [17]