22 Жидкие компоненты грунтов. Классификация воды, пара и льда в поровом пространстве.
Классификация видов воды в грунтах была предложена Е.М.Сергеевым (1982): Вода в форме пара. Связанная вода: а) прочносвязанная (гигроскопическая вода); б) слабосвязанная вода; в) капиллярная вода; 3. Свободная (гравитационная) вода. 4. Вода в твердом состоянии. 5. Кристаллизационная вода и химически связанная вода. Вода в форме пара содержится в грунте в небольших количествах (не более 0,001% от всей массы грунта). Передвигаясь в порах грунтов от участков с большей влажностью и температурой к участкам с их меньшими значениями. Водяной пар конденсируется при понижении температуры и может служить дополнительным источником питания подземных вод. Связанная вода по своему строению и свойствам резко отличается от свободной (гравитационной воды). Она не подчиняется действию сил тяжести и удерживается на поверхности минералов силами молекулярных связей, значительно превышающими силу тяжести. Одной из разновидностей связной воды является прочносвязанная вода, которая образуется за счет притяжения молекул воды к адсорбционным центрам поверхности минеральных частиц. Эту воду еще называют гигроскопической и адсорбционной, и содержится она в микропорах и трещинах размером менее 0,001 мкм. Прочносвязанная вода обладает большой вязкостью и упругостью, замерзает при температуре – 4 °С, удаляется из грунта при t >100°С. Оказывает заметное влияние на прочностные, деформационные и другие характеристики грунтов. Наибольшее содержание прочносвязанной воды содержится в высокодисперсных глинах монтмориллонитового состава. Слабосвязанная (пленочная)вода является водой переходного типа (от связной к свободной). Не подчиняется закону тяжести, имеет плотность более 1г/см³, замерзает при t < 0°С и обладает другими признаками связной воды, однако при определенных условиях за счет менее прочной связи с поверхностью минеральных частиц может переходить в свободную воду. В зависимости от величины влажности, температуры, концентрации солей и других факторов передвигается от частиц с большей толщиной пленки к частицам с меньшей ее толщиной. Слабосвязанная вода во многом определяет такие важные свойства глинистых грунтов такие как пластичность, набухание, консистенция. Другим рас-м видом воды переходного типа является капиллярная вода, которая удерживается в мелких порах и трещинах силами поверхностного натяжения (менисковыми силами). В зависимости от того, сообщается ли капиллярная вода с уровнем грунтовых вод или нет, различают капиллярно – поднятую и капиллярно – подвешенную воду. Первая залегает непосредственно выше уровня грунтовых вод, образуя капиллярную зону, мощность которой зависит от радиуса капилляров и колеблется от 0 (гравий, галька) до 3 – 4 м в суглинках и 6 – 8 м в опесчаненных глинах. Вторая – образуется в тонко – и мелкозернистых песках при просачивании атмосферных осадков с поверхностью земли в зону аэрации. Свободная (гравитационная) вода - это подземная вода, обладающая всеми свойствами обычной жидкой воды. Она не связана с поверхностью минеральных частиц и не удерживается менисковыми силами, а передвигается по порам и трещинам под действием силы тяжести (так называемая просачивающаяся вода). После встречи на своем пути водоупорного слоя дальнейшее движение свободной воды происходит под влиянием напора (вода грунтового потока). Свободная (гравитационная)вода широко используется для целей питьевого снабжения. В то же время она существенно осложняет условия строительства и эксплуатацию различных сооружений, в частности вызывает подтопление территории и активизирует другие опасные геологические процессы. Вода в твердом состоянии (лед) может содержаться в грунтах в виде кристалликов, жил, прослоев, линз. Глубина промерзания различна — от долей метра на юге до 3— 4 м на севере при оголенной от снега поверхности и зависит в первую очередь от климата, а также от состава и состояния пород, характера снежного покрова, ориентации и наклона местности, растительного покрова и т. д. Наибольшее промерзание отмечено в рыхлых породах с открытыми порами, в которые легко и глубоко проникает морозный воздух (галечники, гравий, пески). Меньше промерзают глинистые породы. Лед скрепляет минеральные частицы грунта и повышает его прочность. При оттаивании свойства мерзлых грунтов резко изменяются и грунты теряют свою прочность. Кристаллизационная вода и химически связанная (конституционная) вода входят в состав кристаллических решеток различных минералов. Например, гипс – CaSO4 ∙ 2H2O содержит кристаллизационную воду, а лимонит Fe2O3 nH2O – химически связанную воду, для удаления которой необходимо нагреть образец до 200°С.