2.1.4. Газообразная фаза

Поровый газ подразделяют на свободный, защемленный и растворенный.

Свободный газ через поровое пространство сообщается с атмосферой и не оказывает существенного влияния на механические свойства грунтов.

Защемленные (замкнутые) газы с атмосферой не сообщаются. Они характерны главным образом для глинистых грунтов. Наличие защемленных газов в порах вызывает появление поверхностных сил натяжения и резко уменьшает водопроницаемость грунтов, обуславливает сжимаемость поровой воды и увеличивает упругость грунта в целом.

Растворенные газы, взаимодействуя с поверхностью частиц, могут вызывать различные химические реакции и изменять механические свойства грунтов. При повышении температуры или при снижении давления на грунт растворенные газы начинают выделяться из поровой жидкости. При этом может происходить значительное разуплотнение грунта, следовательно, снижение его прочности и повышение деформируемости.

2.1.5. Структурные связи в грунтах

Все твердые частицы, слагающие грунты, связаны между собой структурными связями. Здесь мы коснемся только связей в нескальных грунтах. Характер этих связей во многом определяет основные свойства грунтов, поскольку обычно прочность самих частиц много выше, чем связей между ними. Как отмечалось в п. 1.1, в некоторых грунтах связи между частицами могут полностью отсутствовать, тогда грунт называют несвязным, а при их наличии  связным.

Различают следующие основные виды структурных связей в грунтах: водноколлоидные (вязкопластичные, мягкие, обратимые) и цементационные (хрупкие, необратимые).

Водноколлоидные связи образуются вследствие электромолекулярных сил взаимодействия водных пленок связанной воды вокруг твердых частиц. Величина этих сил зависит от толщины водных пленок и может меняться в широких пределах. Когда гидратные оболочки минеральных частиц становятся тоньше, то эффект действия молекулярных сил увеличивается. При увеличении влажности водноколлоидные связи уменьшаются до значений, близких к нулю.

Прочность структурных связей водноколлоидной природы существенно ниже прочности цементационных связей.

Водноколлоидные связи со временем восстанавливаются.

Цементационные связи возникают в глинистых грунтах вследствие старения коллоидов, химических процессов в точках контактов, а также выпадением из поровой воды солей железа, карбонатов кальция и магния, гипса и др. Эти связи придают грунтам определенную прочность. Цементационные структурные связи имеют упругий характер, при разрушении не восстанавливаются. Прочность этих связей зависит от состава солей. Так, менее прочные и водостойкие связи образованы гипсом и кальцитом, в то время как окислы кремния и железа дают более прочные и водостойкие цементационные связи.

2.2 Фазовые характеристики грунтов

2.2.1. Общие положения

Ранее было показано, что грунт представляет собой трехкомпонентную или трехфазную среду. Схематично это можно изобразить, как показано на рис. 2.3. Согласно этой схеме: m — общая масса грунта; m_s — масса частиц или масса скелета грунта; m_w — масса воды; V — общий объем грунта; V_p — объем пор; V_s — объем, занимаемый только частицами грунта; V_w — объем, занимаемый только поровой водой. Очевидно, что

.

Рисунок 2.3.  Схема фазового состава грунтов: