 |
Механические свойства молекулярно-связной воды
|
|
|
|
Вязкость. Молекулярно-связная вода является вязкой жидкостью и создает сцепление в глинистом грунте. Чем тоньше пленка, тем больше вязкость и сцеп-ление. С увеличением влажности сцепление уменьшается.
Усадка – уменьшение в объеме глинистого грунта при высыхании. Набухаемость – увеличение в объеме глинистых грунтов при увлажнении
за счет расклинивания слабо сжатых частиц с утолщением водных пленок. Расклинивающийэффектпленочнойводы. При уменьшении прижимных
усилий между частицами за счет равнодействующей сил притяжения к частицам молекулы воды затягиваются между ним.иПоскольку пленочная вода обладает вязкостью, этот процесс протекает медленно. При откопке котлованов в глин-и стых грунтах обычно последний слой10-20 см снимают непосредственно перед устройством фундаментов. Это особенно важно при откопке глубоких котло-ва нов. При двойной толщине пленок, т.е. 2х(0,25 – 0,5) микрон, вода становится свободной и достигается предел текучести.
Водонепроницаемость (слабая водопроницаемость) тоже объясняется на-личием пленочной воды и её склеивающим эффектом за счет сил связност.иДля сдвига пленочной воды относительно частицы грунта требуется усили, екоторое сопоставимо с требуемым для среза свинца. Лишь при большом градиенте напора можно расклинить глинистые частицы и вода будет фильтровать.
Тиксотропность – свойство грунта разжижаться при сотрясениях, которым обладают пластичные глинистые грунты при влажности более предела раскат-ы вания. С приближением к пределу текучести это свойство проявляется более ярко. Обусловлена тиксотропность отрывом пленочной воды от частиц и переходом в свободную за счет динамических воздействий. При прекращении сотрясений вос-станавливаются связи пленочной воды с частицами грунта.
|
|
|
Это свойство проявляется при забивке свай и работе механизмов при- от
рывке котлованов, а также при виброуплотнении бетонируемых фундаментов. Температуразамерзания пленочной воды – 78оС. В этой связи у глини-
стого грунта замерзает лишь часть воды и он в мерзлом состоянии находится в вязком состоянии. При переходе части воды в твердое состояние(лёд) освобож-дается часть поверхностных сил натяжения, появляется поверхностный потенци-
ал, который может подтянуть некоторый объем воды, что способствует пучению глинистого грунта, т.е. увеличению его в объеме.
Гравитационнаякапиллярнаявода по существу находится в растянутом состоянии. Ее подъем обусловлен наличием поверхностного натяжения плено-ч ной воды на разделе фаз (жидкой с газообразной, жидкой и твердой). Это явление
молекулярная физика и коллоидная химия объясняют такж-е эл молекулярными силами, образуемыми за счет гидратации ионов на разделе фаз.
Из физики известен опыт с погружением трубки малого диаметра в емкости
с водой. В этой трубке уровень воды выше чем в емкости и образует вогнутый мениск, который как бы прикреплен к стенкам трубки и поднимает воду вв.ерх При этом форма трубки может быть криволинейно,йно при одинаковом ее диа-метре высота расположения мениска оказывается одинаковой.
|
|
|
|
Значение hк зависит от диаметра капилляра, но не зависит от его формы. В грунтах исходя из размера пор можно судить о высоте капиллярного подъема в-о ды, которое приближенно составляет в:
гравелистом и крупном песке – 2-5 см; среднем песке – 20-30 см;
мелком песке – до 1,0 м и более; супеси и суглинке – до 3 м.
В глинах нет капиллярного поднятия (капиллярной каймы), поскольку сце-пление не пускает эту воду.
В гидротехнике учитываютэффект капиллярного сифонирования, поэтому
гребень плотин располагают выше уровня воды на величину, превышающую hк. При понижении воды иглофильтрами за счет капиллярного натяжения воды
можно устраивать круче откосы.
За счет капиллярной каймы над кривой депрессии на откосах при открытом водоотливе возникает участок высачивания, приводя к оплыванию откосов.
При понижении атмосферного давления происходит мгновенное поднятие уровня подземой воды (колебание достигает порой 1 м) и снижается устойчивость
откосов. Перед грозой уровень воды в колодцах повышается.
Капиллярная вода замерзает при t = 0 – 1,5оС. Эта вода относится к грави-
тационной, поскольку передает гиростатическое и гидродинамическое давления и фильтрует в грунтах.
Свободнаявода не подвержена электромолекулярным и капиллярным -си
лам, а испытывает только силы гравитации. Она передает гиростатическое и гид-родинамическое давления, причем свободно фильтрует. Закипает при t = + 100оС, замерзает при 0оС.Ухудшает свойства грунтов, особенно глинистых и биогенных.
Движение воды в грунтах
Различают: фильтрациюводы и миграциювлаги.
Фильтрация – гравитационное передвижение больших масс воды под дей-ствием сил гравитации (тяжести и внешнего давления на грунт). Внешнее давле-ние в водонасыщенном грунте сперва передается на воду, а затем на скелет. Воз-никающий напор воды опасен.
Миграция – передвижение воды под влиянием других си,лкроме гравита-ционных (разность электрических и температурных градиенто(вэлектроосмос, давление газовых паров, промерзание и оттаивание грунтов). При двойной тол-щине пленок, т.е. 2х(0,25 – 0,5) микрон, вода становится свободной и достигает-ся предел текучести.
|
|
|
В 1809 г. профессор Московского университета Рейс проводил опыт с п-о гружением электродов от источника постоянного тока в ящик с влажным глин-и стым грунтом. При этом было замечено, что возле анода грунт стал более сухим, а
вокруг катода – влажным. Этот эффект был назван электроосмосом. О нем вспомнили примерно через 150 лет и стали применять на практике при электро-осушении и электрозакреплении глинистых и иных слабофильтрующих грунтов.
Процесс миграции влаги при разности температур в грунте снаружи ипод зданием учитывают при устройстве проветриваемых подполий. За счет разницы температур под очищаемым от снега тротуаром и при наличии снега за каменным забором происходит его наклон.
6 Газообразная фаза в грунтах
Наряду с водой в грунте можетнаходиться газ в различных состояния:х свободный, сообщающийся с атмосферным воздухом; адсорбционный в виде пу-зырьков вокруг минеральных части;ц защемленный, который не сообщается с атмосферой и находится в порах органических или глинистых грунто.вВ торфах и заторфованных грунтах может содержаться порядка 10-20% защемленного газа, который сильно влияет на сжимаемость грунто, впроявляясь виде упругих де-формаций. Доказано, что содержание всего 5% газа от объема пор уменьшает пе-редачу нагрузки на подземную воду в5 раз. Наличие газа в грунте снижает его сопротивляемость сдвигу. Присутствие сероводорода или метана в грунтах мо-
жет явиться препятствием при устройстве глубоких и узких котлованов или траншей. В них не должно быть рабочих, а выемку грунта нужно вести механиз-
мами. Свойства газа.
Свободные газы:Растворенные в воде - связанные с атмосферой,
- защемленные газы (глинистые грунты).
|
|
|
