Soil Deformation Rates and Activation Energies

Abstract

Synopsis The viscous flow of dilute soil–water mixtures and the steady state creep of consolidated soil samples were studied in the determination of the free energy of activation by application of the absolute reaction rate theory. The Sault St Marie clay used was treated to remove carbonates and then divided into three batches which were saturated with lithium, sodium or potassium ions. Portions of these samples were dehydrated and then saturated with non-polar carbon tetrachloride. The viscosity of the soil–water mixtures was a function of the concentration of solids and the nature of the adsorbed ions. The highly hydrated lithium ion caused the more rapid increase in viscosity because of the larger effective size. The free energy of activation of the dilute soil suspensions was independent of solids' concentration and equal to that of pure water. The flow mechanism was that of free water and the isolated clay particles made no contribution to the free energy. Creep tests on consolidated clay samples conducted at a constant temperature and several axial load increments gave a free energy of activation equal to about 28 kcal/mol. This value, independent of the adsorption complex, and a flow volume equal to about 1·7 cu. Å suggested that the bonding mechanism was in the form of ionic bonds at points of direct mineral to mineral contact. L'écoulement visqueux des mélanges d'eau et de sol dilués et le fluage à l'état permanent des échantillons de sols consolidés furent étudiés pour l'établissement de l'énergie libre d'activation par l'application de la théorie du taux de réaction absolu. L'argile de Sault-Sainte-Marie qui fut utilisée fut traite'e pour en retirer les carbonates et ensuite divisée en trois lots qui furent saturés d'ions de lithium, de sodium on de potassium. Des portions de ces échantillons furent déhydratées et ensuite saturées de tétrachlorure de carbone non polaire. La viscosité des mélanges d'eau et de sol était une fonction de la concentration des solides et de la nature des ions adsorbés L'ion de lithium fortement hydraté a causé l'accroissement plus rapide de la viscosité par suite de la dimension effective plus importante. L'énergie d'activation libre des sols en suspensions diluées était indépendante de la concentration des solides et égale à celle de l'eau pure. Le mécanisme d'écoulement était celui de l'eau libre et les particules d'argile isolées ne contribuaient pas à l'énergie libre. Les essais de fluage effectués sur des échantillons d'argile consolidée faits à température constante et plusieurs accroissements de charge axiale fournirent une énergie d'activation libre égale à environ 28 kcal/mol. Cette valeur, indépendante du complexe d'adsorption, et un volume d'écoulement égal à environ 1,7 Å3 a fait penser que le mécanisme d'adhérence se présentait sons la forme d'adhérences ioniques à des points de contact direct d'un minéral avec un autre.