Виды воды в грунтовом основание.
Гранулометрический состав грунтов. Методы его определения и изображения.
Важная характеристика грунта – это размеры минеральных частиц или гранулометрический состав (зерновой состав). Он определяется путем рассеивания на ситах, набор которых регламентируется стандартом. Гранулометрический состав очень мелких частиц можно определить методом отмучивания.
В результате рассева строится график (рисунок 2.2.3), который показывает гранулометрический состав грунта и в то же время указывает на однородность грунта. Называется график кривой гранулометрического состава - это интегральная кривая распределения зерен грунта по размеру.
Полулогарифмический масштаб: по оси абсцисс откладывают не диаметры частиц, а их логарифмы или величины, пропорциональные логарифмам. В начале координат ставят число 0,001, а затем, принимая lg10 равным произвольному отрезку, откладывают этот отрезок в правую сторону 2-3 (4) раза, делая отметки и ставя против них последовательно числа 0,01; 0,10; 1,00 и 10,00. Расстояние между каждыми двумя метками делят на девять частей, пропорционально логарифмам чисел 2,3,4,5,6,7,8 и 9.
Если lg10 = 1 и соответствует отрезку = 4 см,
то lg2 = 0,301 → 0,301*4 = 1,2 см,
lg3 = 0,477 → 0,477*4 = 1,9 см,
lg4 = 0,602 → 0,602*4 = 2,4 см и т.д.
Указанные отрезки откладывают по оси абсциссе от начала координат и от каждой метки, ограничивающей отрезок = 4 см.
Поверхность грунтовой частицы заряжена отрицательно. Диполи воды группируются вокруг частицы и создают оболочку из, так называемой, плотно связанной воды. Физические свойства этой пленки значительно отличаются от воды, например, плотность ρ = 2 г/см³. эту пленку окружает, так называемый, слой рыхло связанной воды.
Вместе эта вода называется молекулярной влагоемкостью. Виды воды:
1 – минеральная частица грунта; 2 – диполи воды; 3 – плотно связанная вода; 4 – рыхло связанная вода.
При дальнейшем увеличении количества воды в грунте, вода начнет заполнять пустоты между частицами. Пустоты имеют различные размеры, в том числе и размеры капилляров (< 1 мм). Вода, находящаяся в капиллярных пустотах называется капиллярной и обладает капиллярными свойствами, т.е. не подчиняется гравитационным законам. Вода, находящаяся в пустотах большего диаметра (> 1-2 мм), называется свободной водой (и подчиняется гравитационным законам).
Итак, вода в грунте может быть четырех видов, не считая замерзшей.
Гравитационная вода подчиняется законам гидравлики. При этом свободная вода способна перемещаться в грунте под действием гидродинамических сил (разности напоров), а капиллярная - обычно неподвижна, она «зависает» в порах грунта благодаря действию калиллярных сил.
Связанная вода образуется благодаря действию вокруг глинистых частиц электромолекулярных сил. Такая вода характерна в основном для глинистых грунтов, так как из-за малых размеров глинистых частиц площадь их контакта с окружающей водой очень велика.
Наиболее близкие к поверхности твердой частицы слои молекул образуют, прочно связанную воду. Такая вода находится в особом твердом состоянии, при котором ее прочность соизмерима с прочностью твердых частиц. Тем не менее, она обладает структурой, отличной от структуры льда, ее молекулы ориентированы в строгом порядке и виде цепочек (у льда они образуют кристаллическую решетку). Этот вид воды следует относить к твердому компоненту грунта.
Рыхло связанная вода образуется в более отдаленных слоях диффузной оболочки. Ориентация молекул выражена в ней слабее, чем у прочно связанной воды, прочность ниже, и в целом она занимает промежуточное положение между твердым и жидким состоянием.
По сравнению с гравитационной водой связанная вода обладает большей плотностью, большей вязкостью, более низкой температурой замерзания (глины полностью замерзают лишь при -20...-30°С).
В несвязных грунтах доля связанной воды мала настолько, что всю воду в них допустимо считать гравитационной.
При изучении грунтовых условий наибольшее внимание уделяется гравитационной воде. Это основной вид воды в грунте, определяющий его поведение под нагрузкой, набухание, морозное пучение и прочие свойства. Проблемы защиты заглубленных помещений от подтопления, также связаны именно с этим видом воды.