§ 15. Основные свойства грунтов

Дисперсной называется система, состоящая не менее чем из двух фаз, из которых одна фаза, называемая дисперсной, распре­делена в виде частиц весьма малых размеров в другой фазе, на­зываемой дисперсионной средой. Таким образом, при половодье речная вода, неся взвешенные наносы (взвесь), является дисперс­ной системой. То же можно сказать и о морской воде на мелко­водных участках, насыщенной взвешенными наносами при волне­нии. Грунты в естественном состоянии всегда насыщены водой. Следовательно, их можно рассматривать как дисперсные системы, состоящие из твердой, жидкой и газообразной (воздушной) фаз.

Можно подразделять дисперсные системы в зависимости от степени раздробленности твердых частиц. Высшим пределом дроб­ления вещества является его распад на молекулы и атомы.

В табл. 6 приведены наиболее важные признаки и свойства дисперсных систем с твердой дисперсной фазой и жидкой диспер­сионной средой в зависимости от степени раздробленности их дисперсной фазы.

Тонкодисперсные, и в частности коллоидные, системы обычно имеют дисперсную фазу с частицами различного размера. При­мером такой системы могут служить песчано-глинистые грунты, сложенные частицами разного размера. Формы частиц дисперсной фазы, как правило, отличаются между собою: частицы глинистых минералов имеют удлиненную форму, частицы некоторых органи­ческих коллоидов имеют вид волокна или нити, наблюдаются час­тицы шарообразной формы и др. Главной особенностью коллоид­ного состояния является максимальная величина удельной поверх­ности тонкораздробленного вещества и способность притягивать

Отличительные признаки дисперсных систем

Размер мм	>0,005	0,005-0,0001	0,0001—0,000001		<0,000001
частиц	>5	5-0,1	0,1-0,001		<0,001
Название систем	Грубые дис­персии	Тонкие дис­персии	Коллоиды		Молекуляр­ные системы
	Из двух или более фаз				Однофазная
Главнейшие свойства	Видимы про­стым глазом или в лупу	Не видимы простым гла­зом, но види­мы в микрос­коп	Не видимы в микроскоп, но видимы в ультрамикро­скоп		Не видимы в ультрамикро­скоп
	Задерживаются на бумаж­ных фильтрах			Через бумажные фильтры проходят
	Не способны к диффузии				Способны к диффузии
	Не способны к коагуляции или слабо ко­агулируют	Способны к коагуляции			Не способны к коагуляции
	Удельная поверхность ничтожна	Удельная по­верхность зна­чительная	Удельная поверхность достигает мак­симальной ве­личины		Понятие «по­верхность раз­дела двух фаз» неприменимо (система одно­фазная)

из окружающей среды молекулы и даже коллоидные частицы дру­гих веществ и прочно их удерживать. Особенно важным призна­ком коллоидных частиц является появление на поверхности разде­ла электрических зарядов. Но как только частицы теряют свой заряд и проявляют нейтральные свойства, коллоидная система разрушается. Процесс потери электронного заряда и слияние от­дельных частиц в хлопья называется коагуляцией. Коагуляция присуща коллоидным частицам в морской воде. И чем больше соленость морской воды, тем скорее идет процесс коагуляции.

По минералогическому составу, физико-химическим и физико- механическим свойствам тонкодисперсные частицы резко отлича­ются от более крупнозернистых частиц. Как установлено, грунты с высоким содержанием тоикодисперсных частиц имеют следую­щие характерные признаки: пластичность, набухание при увлаж­нении, усадку при высушивании, связность в тугопластичном и твердом (сухом) состоянии, текучие свойства при полном увлаж­нении, липкость при определенной влажности, высокую сжимае-

мость под действием внешней нагрузки и пр. Тонкодисперсные частицы образуются в результате процессов физического и химиче­ского выветривания в первичном залегании или в результате пере­отложения в морских бассейнах с преобладанием в их составе вторичных минералов (каолинита, гидрослюд, монтмориллонита и др.).

Каолинит — водный силикат алюминия, содержащийся во мно­гих глинистых грунтах. Слоистый, спайность совершенная, части­цы имеют форму чешуек. Цвет белый, сероватый или желтоватый. Отличается небольшой набухаемостью при увлажнении водой.

Монтмориллонит в сравнении с каолинитом отличается высо­кой раздробленностью частиц, большой пластичностью и набухае­мостью при увлажнении. Образуется при химическом выветрива­нии пород. Белый или сероватый, имеет и другие оттенки. Содер­жание в большом количестве монтмориллонита в глинах и илах сообщает им чрезмерную липкость.

Гидрослюды входят в состав многих глин и илов. К этой груп­пе относятся минералы, занимающие промежуточное положение между каолинитом и монтмориллонитом.

Вода в горных породах, слагающих земную кору, играет ис­ключительную роль. Она заполняет их поры и пустоты или входит в состав минералов и может находиться в трех состояниях.

В виде водяных паров она полностью заполняет свободные от жидкости поры. Упругость водяных паров, в зависимости от ко­личества их и температуры воздуха, обычно различна в разных местах. Поэтому пары воды могут передвигаться из участков, где упругость больше в места с меньшей упругостью пара.

Жидкая вода находится в порах в капельно-жидком состоянии и может обволакивать тонкодисперсные частицы грунта. Передви­гаясь по порам, жидкая вода является фактором химического вы­ветривания горных пород. Капельно-жидкая вода обычно дает на­чало разным ключам и источникам, вытекающим в пониженных местах и стекающим в ручьи и реки. Часть воды в грунтах нахо­дится под действием молекулярных сил притяжения к частицам породы, превосходящим силы тяжести, и не вытекает в выработ­ках. Воду гидратных оболочек называют физически связанной. В мелкозернистых грунтах большая часть воды находится в фи­зически связанном состоянии. Глинистые грунты с большим коли­чеством коллоидных частиц практически имеют всю воду физиче­ски связанной, и они относятся к породам водонепроницаемым. В глинистых грунтах, в зависимости от количества вмещающейся в них воды, в том числе и физически связанной, изменяются фи­зические и механические свойства, что резко влияет на трудность разработки грунтов дноуглубительными снарядами.

При отрицательных температурах в грунтах вода переходит в твердое состояние (лед). Такая вода находится в областях вечной мерзлоты, занимающей в пределах СССР площадь около 10 млн. км². В виде льда вода встречается в верхних слоях почв при их промерзании в зимнее время.