4. Водные и тепловые свойства грунтов.

4.1. Водопроницаемость грунтов

Под водопроницаемостью грунтов подразумевают обычно способность их пропускать через свою толщу воду под влиянием силы тяжести. Однако в более широком смысле можно говорить и о проницаемости грунтов при других видах перемещения влаги — капиллярном, пленочном, парообразном и электроосмотическом. Во всех случаях влага в том или ином виде перемещается по порам грунта (или по образующим их «стенкам» из грунтовых частиц) под действием возникающего в ней напора.

Водопроницаемость является чрезвычайно важным свойством грунтов. Ее необходимо учитывать при использовании грунта для возведения насыпей, при устройстве водоотводных и осушительных (дренажных) сооружений, при расчетах скорости уплотнения грун­та под нагрузкой и др. Наиболее изучено движение воды под действием гидростатического напора.

Наблюдения показывают, что движение воды через грунты, даже крупнозернистые, является ламинарным. Только в крупнообломочных каменных набросках и трещиноватых грунтах может возникать турбулентный режим фильтрации.

Повышение содержания в грунте пылеватых и глинистых частиц приводит к резкому понижению водопропускной способности грунта (табл. 4.2).

Зерновой состав грунта без учета других показателей (напри­мер, его сложения, плотности и др.) не может характеризовать его водопроницаемость. Значительное влияние на водопроницае­мость грунтов оказывают их агрегатность (структурность) и сло­жение.

При малых значениях гидравлического градиента фильтрующая­ся вода не может преодолеть вязкого сопротивления смещения водных пленок, обволакивающих частицы грунтов и практически закрывающих тонкие поры между частицами. Самые тяжелые по зерновому составу глинистые грунты могут оказаться водопроницаемыми, если они обладают резко выражен­ной прочной против размокания структурой и крупнопористым сложением. Так, например, просадочные лёссы имеют коэффициент фильтрации до 8,5 м/сут. При замачивании и уплотнении они могут снизить коэффициент фильтрации до 0,001 м/сут.

Если присутствуют соли, свертывающие коллоидные частицы грунта, то водопроницаемость глинистого грунта увеличивается. Соли же, способствующие распадению грунтовых агрегатов на отдельные элементарные частицы (например, сода в слабых раство­рах), могут вызвать почти полное прекращение фильтрации воды.

Таблица 4.2. Значения коэффициентов фильтрации для различных грунтов

Грунт	Эффек-тивный диаметр частиц, мм	Коэффи-циент фильтра-ции, м/сут	Грунт	Эффектив-ный диаметр частиц, мм	Коэффи-циент фильтра-ции, м/сут
Песок: речной дюнный речной   слюдистый, пластинчатый	0,12 0,19 0,14 0,22 0,28 0,49	10,2 15,9 16,4 34,4 52,8 11,2	Торф Пылеват. Грунт Глина: пылеватая жирная	- - - -	0,065 0,00008 0,000009 0,0000005

Водопроницаемость грунтов значительно зависит от степени их уплотнения. Опыты показывают, что коэффициент фильтрации при уплотнении грунта изменяется в линейной зависимости от коэффи­циента пористости. В сильно уплотненных глинистых грунтах тонкие поры между частицами заполнены замкнутой капиллярной и связанной водой. При малых значениях гидравлического гра­диента фильтрующаяся вода не может преодолеть вязкого сопротив­ления смещения водных пленок, адсорбированных на грунтовых частицах и практически закрывающих тонкие поры между частица­ми и находящихся в порах пузырьков защемленного воздуха. Движение ее через грунт оказывается возможным лишь при пре­вышении критического значения гидравлического градиента, кото­рое называют начальным градиентом. До этого значения коэффи­циент фильтрации ничтожно мал, и грунты можно считать прак­тически водонепроницаемыми.

При градиентах, превышающих начальный, скорость фильтра­ции подчиняется линейной зависимости

Начальный градиент для глинистых грунтов колеблется в пре­делах от 10 до 70. Значения его тем выше, чем больше влажность и степень уплотнения грунта. Влияние начального градиента при­ходится учитывать при расчетах осадок сооружений на водонасыщенных илистых и глинистых основаниях.