Каталог Минералов
 

Загадочное поведение песков


Грунтоведение / Загадочное поведение песков
обсудить на форуме

Однажды в полдень еше в конце прошлого века, после нескольких дней затяжных нудных дождей, на правом берегу р. Волги произошло неожиданное событие. С шумом в русло реки устремился мощный поток песка. Обширная полоса берега пришла в движение. Она захватила полукилометровый участок высокого 20-метрового берегового уступа. Сотни метров железнодорожного пути вместе с рельсами и шпалами были исковерканы и перенесены на десятки метров. В реку ворвались потоки песка, образовав в воде многочисленные песчаные островки...

На р. Миссури в США была построена из намывного песка плотина, ставшая известной благодаря крупнейшей в истории американского гидроэнергетического строительства катастрофе. В один из весенних дней несколько миллионов кубических метров песка пришло в движение.  Его  разжиженная масса  текла, подобно речному  потоку...

Не правда ли, удивительное поведение песчаного грунта? Давайте вспомним строки из романа Уилки Коллинза: «Песчаные холмы спускаются тут к морю и оканчиваются двумя остроконечными скалами, выступающими из воды друг против друга... Между этими двумя скалами лежат самые ужасные зыбучие пески на всем Йоркширском побережье. Во время отлива что-то происходит в их глубине, заставляя всю поверхность песков колебаться самым необычным образом... Большая насыпь, тянущаяся на полмили возле устья бухты, сдерживает напор океана. И зимой и летом, когда прилив заливает пески, море как будто оставляет свои волны на насыпи, катит их, тихо вздымаясь, и бесшумно покрывает песок...».

Другой английский романист Роберт Стивенсон пишет: «Выступ скалы поднимался над песками, образуя мыс между, двумя бухтами, а за линией прибоя снова вздымался небольшим островком, круто обрывающимся в море. При отливе обнажались широкие полосы зыбучих песков — гроза всей округи. Говорили, что у самого берега, между мысом и островом, эти пески поглощали человека за четыре с половиной минуты...»

Можно и дальше приводить и литературные и фактические сведения об этих удивительных песках — зыбучих, плывучих, как вода, и образующих странные водно-песчаные потоки. Что же это за пески? Почему такой хорошо известный нам грунт ведет себя столь загадочно — превращается в грозу и ужас побережий и дает неожиданные катастрофические потоки?

Исследования грунтоведов показали, что секрет подобного поведения песков заключается в их способности в водной среде образовывать своеобразные, крайне рыхлые структуры. Для этих «странных» песков прежде всего характерны преобладание мелких частиц (размером менее 0,25 мм) и присутствие некоторого небольшого количества совсем тонких — пылеватых и глинистых частиц (размером 0,01—0,002 мм и менее). Чаще всего эти примеси образуют весьма тонкие пленки вокруг песчинок. Они даже тоньше пленок в зернисто-пленчатых структурах супесей и суглинков.

Зыбучие пески формируются на берегах тех морей, где регулярно происходят значительные приливы и отливы. Наблюдательные романисты подчеркивали, что участки с такими песками, как правило, отделяются от открытого моря островками и косами. Последнее обстоятельство и приводит к задержке песка, накопившегося на побережье, и уменьшению скорости приливно-отливного движения морской воды.

В ходе прилива частицы песка взвешиваются морской водой. Следующий за этим отлив, замедленный трудностью оттока воды, ведет к преимущественно вертикальному перемещению частиц. Так как этот процесс не заканчивается полным отступлением воды, песок остается водонасыщенным и сохраняет особое ультрарыхлое расположение зерен. Песчинки громоздятся друг на друга, образуя крайне неустойчивую структуру. Характерная черта подобной ультрарыхлой системы заключается в том, что ее равновесие держится «на острие ножа». Достаточно сместиться нескольким частицам, как начнется своеобразная «цепная реакция» разрушения структуры. При этом будет происходить перемещение частиц внутрь песчаного массива.

Если на поверхность такого песка положить какой-либо предмет, то песок начнет быстро засасывать его внутрь. Мощность подобных песчаных грунтов может достигать многих метров, и тогда зыбучие пески способны затягивать в свою толщу крупные предметы, даже людей и лошадей. Вот в чем секрет этих загадочных песков.

Мы разобрались с зыбунами. А как же быть с потоками песка?

Катастрофическое разжижение песчаного грунта связано прежде всего с присутствием в его составе тонких частиц, а также со значительным водонасыщением. Коллоидные примеси и создают особые неустойчивые структуры. Было обнаружено, что толчки и удары, вызванные землетрясением, взрывами, движением транспорта, могут оказаться причиной разжижения песка, при котором частицы теряют на какое-то время взаимную связь. В науке это явление назвали тиксотропией (греч. thixis— прикосновение, trope — поворот). Такой грунт неожиданно резко разрыхляется и теряет структуру. Вода в его порах довершает этот процесс разрушения. И вот результат — разрушительный поток водонасыщенного песка, устремляющийся вниз по уклону.

Советский ученый П.Л.Иванов обнаружил, что даже сравнительно чистые пески также способны неожиданно терять прочность и переходить в текучее состояние. Простой опыт Е. Д. Кадомского показывает, как проходит этот процесс. Нужно взять стакан, наполненный водой, и вставить в него вертикально трубку, конец которой обтянут металлической сеткой. Затем насыпать в стакан тонкой струей песок. Если после этого ударить молотком по столу, на котором стоит стакан, то песок почти мгновенно перейдет в разжиженное состояние. Положим на его поверхность какой-либо предмет, например ключ. В момент удара он мгновенно утонет.

После разжижения возникает противоположное явление — уплотнение. Оно приводит к тому, что в трубке возникает быстрый подъем уровня воды. Это свидетельствует о том, что уплотнение песка вызывает давление в воде, заполняющий его поры.

П.Л.Иванов установил, что разжижение водонасыщенного песка представляет собой процесс разрушения структуры, а затем уплотнения и уменьшения прочности. Так объясняются секреты текучих и «зыбучих» водонасыщенных песков.



  • Моя коллекция
  • Добавить образец
  • Добавить месторождение
  • Предложить новость
  • Управление рассылкой
  • Профайл