Водоудержание, влагоемкость, капиллярное поднятие грунтов

Водоудерживающая способность, влагоемкость, капиллярное поднятие и водоотдача — эти свойства грунтов проявляются во взаимоотношениях частиц грунта с водой. Как известно, вода в грунтах находится под влиянием различных сил, неодинаковых по своей природе и величине: сорбционных (или молекулярных), капиллярных, гравитационных и др.

Водоудержание — это способность грунтов удерживать в себе воду. Величина водоудержания зависит от характера и величины водоудерживающих сил. Минимальная величина водоудержания обусловлена сорбционными силами, поскольку их радиус влияния незначителен. По данным различных исследователей, максимальная гигроскопичность для песков колеблется от сотых долей до 0,1—0,2% (причем большие величины относятся к мелко- и тонкозернистым пескам, меньшие — к более крупным пескам), для супесей — от 0,1—0,3 % (легкие разности) до 0,8—1,3% (тяжелые разности).

При преобладании сорбционных (молекулярных) сил вода в грунте оказывается связанной (адсорбированной) поверхностью частиц в виде пленки.

При преобладании капиллярных сил, обусловленных поверхностным натяжением воды на границе раздела фаз грунта, также имеется связь воды с грунтовым скелетом.

Влагоемкость — это способность грунтов вмещать в себя воду. Влагоемкость обусловливается наличием пористости и зависит от водоудержания. При заполнении водой всего порового пространства влагоемкость песков имеет максимальную величину, равную объему пор.

Максимальная молекулярная влагоемкость является узловой точкой изменения физических свойств и поведения грунта. Так, глинистый грунт при этой влажности переходит из пластичного состояния в твердое; при влажности выше молекулярной образец из глинистого грунта в воде не размокаем, а при меньшей влажности размокает очень быстро; деформации под постоянной нагрузкой сильно возрастают, если влажность глинистой массы превышает молекулярную влагоемкость, и т. д.

Для определения максимальной молекулярной влагоемкости требуется сложная центрифуга. А. Ф. Лебедев разработал более простой метод — метод влагоемких сред, получивший в СССР широкое распространение. Пробу порошкообразного грунта замешивают с водой до состояния густой кашицы. На листок фильтровальной бумаги кладут металлическую пластину — шаблон, в центре которого вырезано круглое отверстие диаметром 5 см. Отверстие шаблона заполняют заготовленным грунтом, шаблон удаляют, а оставшийся кружок грунта помещают между фильтровальной бумагой. После этого образец с бумагой помещают под пресс для обеспечения более плотного контакта между грунтом и бумагой. Давление пресса доводят до 65,5 кгс/см2.

Высота капиллярного поднятия зависит от гранулометрического состава песков, в частности, размера зерен и степени их сортировки (чем крупнее и однороднее песок, тем меньше при прочих равных условиях высота капиллярного поднятия, и наоборот), состояния поверхности частиц грунта и состава грунтовой воды (смачиваемость грунтовых частиц количественно выражается углом смачивания 6) и состояния увлажнения (сухие пески обладают меньшей водоподъемностью, чем влажные).

На высоту капиллярного поднятия в песчаных грунтах оказывает влияние грунтовый воздух (особенно защемленный). Чем больше содержится воздуха в пределах капиллярной зоны, тем меньше высота капиллярного поднятия. При наличии больших объемов защемленного воздуха капиллярное поднятие может отсутствовать.