Виды воды в грунте и их свойства
В пылевато-глинистых грунтах вода в значительной степени предопределяет его свойства. Минеральные частицы грунтов заряжены отрицательно, а молекулы воды представляют диполи, заряженные положительно - на одном конце (два атома водорода) и отрицательно – на другом (атом кислорода). Попадая в поле заряда частицы грунта, молекулы воды ориентируются соответствующим образом и притягиваются к поверхности этой частицы. В результате поверхность твердой частицы покрывается монослоем молекул воды (Рис. 1 .2). Этот слой будет иметь такой же заряд, какой имеет частица и станет воздействовать на близко расположенные другие молекулы воды. Таким образом, возникают достаточно стройные цепочки молекул воды.
Электромолекулярные удельные силы взаимодействия между поверхностью твердой частицы и молекулами воды у самой поверхности достигают 1000 МПа. По мере удаления от нее силы взаимодействия убывают и на некотором расстоянии становятся равными нулю. В зависимости от величины сил взаимодействия между молекулами воды различают:
прочносвязанную воду;
рыхлосвязанную воду;
свободную воду.
Свободной водой является вода, перемещающаяся под действием силы тяжести, и капиллярная.
Прочносвязанная вода обладает свойствами, существенно отличающимися от свойств обычной воды:
замерзает при температуре значительно ниже
;имеет большую, чем свободная вода, плотность;
обладает ползучестью;
можно отделить от твердых частиц лишь выпариванием при температуре выше
.
Рыхлосвязанная вода представляет собой диффузный переходный слой от прочносвязанной воды к свободной. Она обладает свойствами прочносвязанной воды, но выражены они слабее.
Рис. 1.2. Виды воды в грунте
а) слои воды: 1- прочносвязанная вода; 2 - рыхлосвязанная вода; 3 - свободная вода; б) график зависимости электромолекулярных сил взаимодействия от расстояния до поверхности частицы.
Так как в пределах слоя связанной воды удельные силы взаимодействия резко меняются, свойства пылевато-глинистых грунтов сильно зависят от толщины пленок рыхлосвязанной воды:
чем толще пленки воды, тем грунт становится более пластичным и менее прочным.
При увлажнении пылевато-глинистого грунта увеличивается толщина пленок, и грунт набухает, а при высыхании - дает усадку.
При малой толщине пленок воды пылевато-глинистые грунты обладают сцеплением. Если при этом все поры заполнены водой, ее фильтрация становится невозможной. Поэтому перемятая глина используется в качестве гидроизоляционного материала.
Влияние газа, содержащегося в порах грунта, на его свойства
Газ в грунтах может находиться:
в виде пузырьков, окруженных поровой водой,
в растворенном виде (в поровой воде),
в свободном виде (воздух, сообщающийся с атмосферой).
Пузырьки газа и растворенный газ придают грунтам свойство упругости, влияющее на их сжимаемость. Газ, сообщающийся с атмосферой, не влияет на свойства грунта и на распределение давления между твердыми частицами и поровой водой.