Пористість грунту.
Візьмемо
деякий зразок грунту обсягу В. Нехай
обсяг усіх пір в цьому зразку буде V1.
Ставлення V1 до V називається пористістю
грунту , порозностью або скважностью .
Позначимо цю величину буквою
:
Іншими
словами , пористість є сумарний обсяг
усіх пір , наявних в одиниці об'єму грунту
. Пористість залежить від характеру
грунту , від його геологічного походження
, від випробовується їм тиску , обробки
грунту і т. д ;. вона залежить від утрамбовки
грунту ( що часто спостерігається в
лабораторних умовах) і може змінюватися
з часом. Поперечний розмір окремої пори
коливається від 2-3 см до малих часток
мікрона. Якби грунт складався з кульок
однакового розміру , то можна було б
знайти теоретично пористість при різних
правильно розташованих частинок. Так
, при кубічному розташуванні куль ( коли
кулі можна вважати вписаними в кубічні
грати ) приймемо
, де d
- діаметр кулі; тоді
(різниця між обсягами куба і кулі). Для
пористості отримуємо
У книгах з теорії фільтрації кубічне розташування розглядається як найменш щільне з усіх правильних розташувань , в якості ж найбільш щільного зазначається « ромбоедрична » розташування , яке вийде , якщо укласти найбільш щільно ряд куль на площині (рис. 3 ) і потім такі ряди накладати один на інший так , щоб кулі другого ряду потрапляли в поглиблення першого . При цьому пористість дорівнюватиме
Останнє значення а є дійсне найменше , що ж стосується кубічного укладання, то воно є найменш щільною лише серед цілком однорідних укладок. Щоб пояснити це, зауважимо, що в ромбічному укладанні кожна куля стикається з дванадцятьма кулями: так , на рис. 3 заштрихована куля межує з шістьма кулями , центри яких лежать в одній площині, і, крім того, з не зображеними на кресленні трьома кулями верхнього і трьома кулями нижнього ряду. У кубічному ж укладанні кожна куля стикається з шістьма кулями. Були розглянуті укладання, при яких кожна куля стосується чотирьох куль ( Гільберт і Кон - Фосссн 1951). Одна з них , «тетраедральна » , при якій зазначені чотири кулі розміщуються у вершинах тетраедра (усередині якого знаходиться перша куля) дає пористість 0,660 (рис. 4 , а). Інша укладка, ще більш розріджена , дає пористість , рівну 0,876 (рис. 4,6 ). Це, мабуть, найбільша з відомих пористістостей правильної твердої решітки однакових куль, при якій кулі утримуються одна одною ( остання обставина забезпечується тим , що кожна куля стосується чотирьох куль , центри яких не лежать в одній площині) .
Рис . 4 зроблений Г. К. Михайловим A952, 1 .
У природних грунтах пористість повинна мінятися в широких межах , так як структура грунтів може бути складною і різноманітною. Так, грунти мають складну грудкувату структуру.
Коли вода заповнює всі пори (в них може залишатися деяка кількість повітря), то вона отримує здатність пересуватися (за винятком плівки води ) під впливом сили тяжіння. Така вода, як ми вже говорили, називається гравітаційною, або грунтовою. Рух цієї води в пористому середовищі називається фільтрацією . Таким чином , фізична картина руху води в грунті є складною. У будь-якому грунті , повністю або не повністю насиченому водою , є вода , що не бере участь в русі , пов'язана адсорбційними силами зі скелетом грунту. Внаслідок обтягування частинок грунту міцно пов'язаних водою збільшується обсяг твердої фази і скорочується обсяг пір грунтової маси. Величина зв'язаної води змінюється від декількох відсотків пористості для пісків до повної пористості для деяких глин. В останніх рух можливий лише при додатку сил, що перевищують сили адсорбції .
У глинисто- колоїдних фракціях мають місце явища коагуляції і пептізаціі , які ведуть до утворення агрегатів або розпаду їх , що в підсумку змінює гранулометричний склад , а разом з тим і питому поверхню твердої фази грунту .
На рис. 7 приведена схема різних форм води в грунті , дана Н. А. Качинським A975. На ній цифрою 1 позначена частка грунту , 2 - вода опади дощу , 3 - гігро – скопічна плівка води , 4 - грунтове повітря з парами води , 5 - вода плівкова , під якою Н. А. Качинський розуміє воду , пухко пов'язану з грунтом , 6 - зона відкритої капілярної води, де вода і повітря заповнюють пори упереміж , 7 капілярна вода , 8 - зона замкнутої капілярної води , 9 - рівень грунтової води , 10 - грунтова вода. Для окремого просвіту між зернами грунту, у разі , коли вода ще не стала гравітаційної , матимемо картину , зображену на рис. 8 :
в куточках між піщинками маються капілярні меніски , внутрішня область заповнена повітрям. Що стосується грунтової води , то , як ми вже відзначали вище , вона зазвичай не заповнює повністю всю область між частками грунту , так як в останній залишаються бульбашки повітря. Можна схематизувати рух грунтової води так , як це зображено на рис. 9 , де внутрішній гурток відпо-ствует пухирцю повітря .