Вопрос. Вода в грунте. Виды воды в грунте. Влияние жидкой фазы на свойства грунта

Вопрос. Механика грунтов. Основные понятия и определения

В механика грунтов рассматриваются физико-механические свойства грунтов, распределение в них напряжений, деформации грунтов в основании сооружений и условия устойчивости массивов грунтов. Раздел опирается на знание следующих дисциплин: инженерной геологии, сопротивления материалов, теории упругости, гидравлики. Механика грунтов является необходимой теоретической базой для расчета оснований.

Грунтом называют горные породы и органо-минеральные образования, залегающие в верхних слоях земной коры и используемые в строительстве.

Основанием называют толщу грунтов, непосредственно воспринимающих нагрузку от сооружения. Основание является естественным, если грунты, слагающие его, не нарушены

Основание называют искусственным, если свойства грунтов искусственно улучшаются, например, путем упрочения или замены.

Фундаментом является нижняя чисть сооружения, предназначенная для передачи нагрузки от сооружения основанию. Фундамент должен рассматриваться в сочетании с основанием и с вышележащими конструкциями сооружения.

Нижняя опорная поверхность фундамента называется подошвой. Расстояния ее от поверхности земли определяют глубину заложения фундамента. Верхняя граница фундамента называется обрезом фундамента. Фундамент оказывает наиболее существенное влияние в пределах определенной зоны основания, называемой активной зоной.

^ Осадка фундамента − понижение отметки фундамента в результате проявления различных свойств основания: сжимаемости грунта, его усадки, проявления просадочности и др.

Выпор − перемещение грунта из-под подошвы фундамента к открытой поверхности грунта в результате разрушения основания. Происходит в случаях превышения допустимых нагрузок на грунт.

^ Устойчивость фундамента − способность фундамента сохранять свое пространственное положение при воздействии на него нагрузок. Устойчивость фундамента может потеряться из-за разрушения грунта под подошвой фундамента, при этом фундамент может сдвинуться, получить крен, опрокинуться.

^ Устойчивость основания − способность грунта сохранить свою пространственную структуру при нагружении. Устойчивые основания имеют большую прочность − способность противостоять нагрузкам не разрушаясь.

вопрос. Вода в грунте. Виды воды в грунте. Влияние жидкой фазы на свойства грунта.

Установлены следующие виды воды в грунтах:

1. Вода в форме пара.

2. Связанная вода:

а) прочносвязанная (гигроскопическая, адсорбционная);

б) рыхлосвязанная (пленочная).

3. Свободная вода:

а) капиллярная;

б) гравитационная с положительным внутренним давлением;

в) гравитационная с отрицательным внутренним давлением;

г) капиллярно-гравитационная.

4. Вода в твердом состоянии.

5. Кристаллизационная вода и химически связанная.

Вода в форме пара является важным видом воды, так как при незначительной влажности грунта только она может свободно перемещаться в нем. Путем конденсации из этого вида образуются другие виды воды в грунтах. Парообразная вода в грунте находится в динамическом равновесии с другими видами воды.

Связанная вода представляет собой следующее. Молекулы воды являются диполями, а грунтовые частицы в большинстве заряжены отрицательно. Поэтому молекулы воды удерживаются частицей грунта. Первые ряды молекул притягиваются с силой в несколько сот МПа. Эти слои относятся к прочносвязанной воде. Ее плотность в среднем равна 2 г/см3. Удалить ее можно лишь путем подогрева грунта до температуры 150...300 °С. На расстоянии около 0,5 мкм от частицы электромолекулярные силы близки к нулю. Слои воды между указанной границей и прочно связанной водой являются рыхлосвязанной водой (пленочной). Ее плотность близка к обычной свободной воде (1 г/см3). Удалить ее из грунта можно выдавливанием от одного до нескольких МПа.

Свободная вода – вода, находящаяся за пределами действия электромолекулярных сил. Так, капиллярная вода, заполняя мелкие поры в грунте, движется под действием сил поверхностного натяжения капиллярных менисков. Капиллярную воду подразделяют на воду углов пор, капиллярно-подвешенную, капиллярно-подпертую. Первая из них имеет место при частичном заполнении пор грунта, вторая существует в верхней зоне грунтового полупространства, зависая в грунте после впитывания дождевых осадков, третья находится непосредственно над поверхностью свободной гравитационной воды и образует так называемую «капиллярную кайму». Используемое в литературе название «Подпертая» не совсем удачно, т.к. эта вода находится выше поверхности гравитационной воды не из-за ее выталкивания вверх, а из-за подтягивания вогнутыми менисками из зоны гравитационной воды.

Гравитационная вода заполняет пространство между частицами грунта, в котором капиллярные силы не проявляются, т.е. в более крупных порах. Перемещается в грунте под действием гравитационных сил.

Гравитационная вода может быть двух видов: с положительным внутренним давлением и с отрицательным. Первая встречается наиболее часто, например, в водоносных пластах выше глинистых водоупоров. Вторая − в нисходящих потоках в условиях «грунтового сифона» и «капиллярного сброса».

Капиллярно-гравитационная вода перемещается под действием и гравитационных сил и сил поверхностного натяжения. Чаще всего встречается в области над гравитационной грунтовой водой мелиорированных территорий.

Вода в твердом состоянии образуется при замерзании жидкой фазы. Кристаллы льда в большинстве случаев играют роль цемента, т.е. скрепляют частицы, но иногда (в глинистых грунтах) замерзание воды может вызвать пучение грунта, а при повторном замерзании – оттаивании – уменьшить прочность грунта.

Кристализационная и химически связанная вода входит в состав кристаллических решеток минералов. Кристаллизационная вода сохраняет свою молекулярную форму Н2О (например, CаSO4∙2H2O), химически связанная – нет (Са(ОН)2). Удаление кристаллизационной воды изменяет свойства минерала, а удаление химически связанной приводит к распаду минерала.