Frictional Characteristics of Minerals

Abstract

Synopsis The frictional characteristics of minerals commonly found in rock and soil have been investigated experimentally. The test results reveal that the presence of fluids on sliding surfaces of minerals greatly increases the frictional coefficients of minerals having massive crystal structures, such as quartz and feldspar, but decreases the frictional coefficients of minerals having layer-lattice structures, such as mica and chlorite. The antilubricating action of fluids on massive-structured minerals was found to be the most pronounced when the fluids were highly polar. The anti-lubricating effect diminishes rapidly, however, as surface roughness increases. No consistent relationship was found between the polarity of a fluid and its effectiveness as a lubricant of layer-lattice minerals. The rate of sliding did not affect the frictional coefficients of quartz surfaces. However, the coefficients of friction of mica increased as the rate of sliding increased. Direct shear tests performed on Ottawa sand indicate that, apart from their possible effect on capillary forces, variations in particle surface moisture have no appreciable influence on the drained shearing resistance of soils composed of massive-structured minerals. However, the drained shearing resistance of powdered mica decreased as the surface moisture of the particles was increased. On a fait des recherches expérimentales sur les caractéristiques de friction des minéraux rencontrés dans le rot et le sol. Le résultat des essais montre que la présence de fluides sur les surfaces de glissement des minéraux augmente fortement les coefficients de friction des minéraux de structure cristallifére agglomérée tels que le quartz et le feldspath, mais diminue les coefficients des minéraux de structures à réseau à plans atomiques, tels que le mica et le chlorite. L'action anti-lubrifiante des fluides sur les minéraux à structure agglomérée s'est révélée la plus forte lorsque les fluides étaient fortement polarisés. Cependant l'effet anti-lubrifiant diminue rapidement lorsque la rugosité augmente. On n'a trouvé aucune relation conséquente entre la polarité d'un fluide et son efficacité en tant que lubrifiant de minéraux à réseau à plans atomiques. Le dégré de glissement n'affectait pas les coefficients de friction des surfaces de quartz. Pourtant les coefficients de friction du mica augmentent lorsque le degré de glissement augmente. Des essais de cisaillement direct faits avec des sables d'Ottawa montrent qu'à part leur effect possible sur les forces capillaires, les variations de teneur en eau superficielle des grains n'ont pas d’effet appréciable sur la résistance au cisaillement à l'état drainé des sols composés de minéraux à structure agglomérée. Cependant la résistance au cisaillement à l'etat drainé du mica en poudre diminue lorsque la teneur en eau superficielle des grains augmente.