1.3. Грунт құрамындағы судың түрлері мен қасиеттері

Грунттардың қасиеттеріне судың тигізетін әсері өте зор. Әсіресе, өте ұсақ, коллоидты түйіршіктерден тұратын балшықты грунттардың көп қасиеттері олардың ылғалдылық дәрежесіне байланысты.

Грунттың минералды балшықты қатты түйіршігінің су молекуласының өзара байланысу әрекетін қарастырайық. (1.1 - сурет). Минералды қатты түйіршіктердің беті теріс зарядталған, сондай - ақ оларды айнала қоршай орналасқан су молекулаларының әрқайсысы бір ұшы он (оттегі атомы), ал екінші ұшы теріс (сутегінің екі атомы) зарядталған дипольдар түрінде болады. Сөйтіп беті теріс зарядталған қатты түйіршікпен оны айнала орналасқан дипольдар түріндегі су молекулаларының арасындағы электромолекулалық өзара әрекет күшінің әсерінен әрбір түйіршікті қоршай «байланысқан су» қабаттары пайда болады. Өте ұсақ коллоидты бөлшектер шамасындағы минералды қатты түйіршіктердің үлесті беті үлкен болғандықтан, олардан тұратын балшықты грунттың құрамында «байланысқан су» молекулалары да көп мөлшерде болады. 1.1 – суретте көрсетілгендей, электромолекулалық өзара әрекет күшінің шамасы (Э) минералды қатты түйіршіктің бетінен алыстаған сайын азайып, тіпті бір белгілі бір қашықтақта ( ) өзінің шамасын жоғалтады. Сонымен «байланысқан су» қабығының қалыңдығы 0.5 мк шамасында болады. Осы қабықтың ішінде «берік байланысқан су» және «осал байланысқан су» қабықтары көрсетілген.

1.1 – сурет. Қатты түйіршік пен су молекулаларының өзара байланысу схемасы.: 1 – қатты түйіршік, 2 – берік байланысқан су қабығы, 3 – осал байланысқан су қабығы, 4 – бос су, 5 – су молекулары (дипольдер); Э – электромолекулалық өзара әрекет күш; - су молекулаларымен қатты түйіршік бетінің ара қашықтығы.

«Берік байланыс су» қабығы бірден минералды қатты түйіршікті қоршай орналасады.бұл қабықтың қалыңдығы судың үш молекуласы шамасындай. Осындай күйдегі су өзінің көп қасиеттерімен қатты заттарға ұқсас. Берік байланысқан судың тығыздығы 2.4 , мұздану температурасы -78 , тұтқырлығы, серпімділігі және ығысыға қатты беріктігі жоғары. Мұндай суды кәдімгі жағдайда сыртқы қысым түсіру арқылы сығып шығару мүмкін емес, ал грунт құрамынан бөліп алу үшін 105 - тан жоғары температурада кептіріледі.

«Осал байланысқан су» қабығы «берік байланысқан су»қабығын сырттай қоршай орналасады. Осал байланысқан суды грунттар тек қана шамасы өте үлкен сыртқы қысымның (бірнеше МПа – дан бірнеше жүз МПа – ға дейін) әсеріменсығып шығаруға болады.

Жалпы «байланысқан судың» (берік және осалбайланысқан су қабаттарынан тұрады) қасиеттерін білудің құрылыс ісі үшін маңызы зор. Мұндай су гидростатика және гравитация заңдарына бағынбайды, яғни үзіліп немесе айырлық күшінің әсерімен жылжып ақпайды, тұздарды ерітпейді, үлесті салмағы 1 ден жоғары, мұздану температурасы 0 - ден төмен.

«Бос су» «осал байланысқан су» қабығын айнала, яғни электромолекулалық өзара әрекет күшінің әсерінен тыс айналады. Әдетте грунттың құрамындағы бос су оның табиғи ылғалдылығымен, сандық көрсеткіш ретінде сипатталады.

Бос суды «гравитациялық» және «капиллярлық» су деп бөліп қарастырады.

«Гравитациялық су» ауырлық күшінің және грунт сулары ретінде олардың арынының әсерімен қозғалыста болуы мүмкін. Сөйтіп өздері сүзіліп өтетін грунттарды ерітіп, шайып, суффозияға ұшырауы мүмкін немесе олардың түйіршіктерін қалқытып, Архимед заңына сәйкес, қабаттардың салмағынан туындайтын табиғи кернеулерді азайту мүмкін. Сондай – ақ су өткізбейтін төмен орналасқан төсеніш қабаттарға гидростатикалы қысым түсіруі де ықтимал.

«Капиллярлық суға» грунт суының деңгейінен жоғары грунт кеуекткрі бойынша көтерілген су бағандарын жатқызады. Капилляр судың көтерілу шамасы кеуек тесіктерінің өлшемдеріне (диаметрлеріне), яғни грунттүріне байланысты болады. Профессор А.Ф. Лебедевтің деректері бойынша капиллярлық судың грунт суының деңгейінен жоғары көтерілу шамасы құмдарда 1.2 м- ге, құмдақтарда 3.5 м – ге, саздақта 6.5 м –ге, балшықтарда 10 м –ге дейін болуы мүмкін. Бұл жағдайды ескерудің ғимараттардың іргетастары мен жермен түйісетін бөлектерін, жертөлелерін ылғалдандырудан сақтау үшін тәжірибелік маңызы зор.