Виды воды и газообразных включений в грунте

Вода в грунте, ее виды и свойства могут быть весьма различ­ными в зависимости от ее содержания в грунте и величины сил взаимодействия с минеральными частицами, определяемой, глав­ным образом, гидрофильностью минеральных частиц.

Минеральные частицы грунтов заряжены отрицательно, а мо­лекулы воды представляют диполи, заряженные положительно на одном (атом кислорода) и отрицательно на другом (два атома водорода) конце. При соприкосновении твердой минеральной ча­стицы с водой возникают электромолекулярные силы взаимодей­ствия, которые притягивают диполи воды к поверхности минераль­ных частиц с огромной силой (особенно первые слои), и чем больше удельная поверхность частиц, тем большее количество мо­лекул воды будет находиться в связанном состоянии. Электромо­лекулярные силы взаимодействия, по современным данным, очень велики и у поверхности минеральных частиц (для первого ряда связанных молекул воды) составляют величину порядка несколь­ких сотен мегапаскалей. По мере же удаления от поверхности твердых частиц они быстро убывают и на расстоянии, равном примерно 0, 5 мкм, становятся близкими к нулю. Самые близкие к минеральной частице слои в 1—3 ряда молекул воды, соприка­сающиеся с твердой поверхностью, настолько связаны электромо­лекулярными силами притяжения с поверхностью, что их не удает­ся удалить ни внешним давлением в несколько атмосфер, ни дей­ствием напора воды, и эти слои образуют пленки так называемой прочносвязанной адсорбированной воды.

Следующие слои молекул воды, окружающей минеральные час­тицы, будут связываться и ориентироваться граничной фазой по мере удаления от твердой поверхности грунтовых частиц все мень­шими силами; они образуют слои рыхлосвязанной (лиосорбиро-ванной) воды, которые поддаются выдавливанию из пор грунта внешним давлением до нескольких сотен килопаскалей (иногда и до нескольких мегапаскалей).

Наконец, молекулы воды, находящиеся вне сферы действия электромолекулярных сил взаимодействия с поверхностью мине­ральных частиц, будут образовывать свободную (по проф. А. Ф. Ле­бедеву)— гравитационную воду, движение которой происходит под действием разности напора, и капиллярную, подтягиваемую на некоторую высоту от уровня грунтовых вод силами капилляр­ного натяжения воды (капиллярными менисками, образующимися под действием адсорбцион­ных сил поверхности в тон­ких порах грунтов и обус­ловливающими ^капиллярные силы в грунтах).

На рис. 1.3 показана схе­ма электромолекулярного взаимодействия поверхности минеральных частиц с во­дой.

Газообразные включения (пары, газы) всегда в том или ином количестве содер­жатся в грунтах и могут на­ходиться в следующих со­стояниях: замкнутом, располага­ясь в вакуолях (пустотах) между твердыми минераль­ными частицами, окружен­ными пленками связанной воды, свободном, когда га­зы (воздух) соединяются с атмосферой, и, наконец, растворенными в поровой воде.

Наличие пузырьков газов, как замкнутых, так и содержащихся в поровой воде, существенно сказывается на деформируемости грунтов, обусловливая сжимаемость поровой воды и увеличивая упругость грунта.Содержание же свободных газов (воздуха), соединяющихся с атмосферой, особого значения в механике грунтов не имеет, так как они практически не участвуют в распределении давлений меж­ду частицами.

34.Особенности уплотнения песчаных и глинистых грунтов.