1. Составные компоненты грунтов.
Дисперсная система состоит из двух или трех веществ распределенных одно в другом. Грунт при увлажнении представляет собой дисперсную систему, где дисперсной системой является вода, в объеме которой распространены твердые минеральные частицы представляющие собой дисперсную фазу. Могут быть однофазными (гомогенными) и многофазными (гетерогенными).
-Однофазные - системы, где в любой точке внутри занимаемого ими пространства физические свойства остаются постоянными.
-Многофазные – системы, состоящие из различных фаз взаимодействующих между собой по поверхности раздела.
Грунты представляют собой многофазную дисперсную систему. Основные элементы грунтов – твердые частицы, вода и газ.
Твердые частицы – минеральные зерна, различные по форме, составу, размеру; реже из слабо разложившихся растительных остатков.
Жидкие частицы – различные формы воды, с растворенными в ней веществами.
Газообразные частицы – воздух, который часто отличается от атмосферного.
Дисперсность – степень раздробленности. Чем мельче частицы грунта, тем больше дисперсность вещества и тем сильнее выражены определенные свойства дисперсных систем.
По степени дисперсности грунт делится: грубодисперсные, тонкодисперсные, коллоидные.
Увеличение содержания в грунте тонкодисперсных и коллоидных веществ ведет к увеличению суммарной поверхности частиц, а ,следовательно, к увеличению раздела между различными фазами в грунте. Характеристикой степени дисперсности грунтов является их удельная поверхность – это отношение величины суммарной поверхности частиц к занимаемому ими объему. Частицы поперечного размера меньше 0,2мкм называются коллоидными.
2. Схемы одно-, двух- и трехфазного грунтов.
В механике грунтов различают следующие схемы твердой, жидкой и газообразной фаз:
1. Водонасыщеный грунт (поры грунта целиком заполнены водой).
Рис.1
а) частицы грунта, б) пленки связанной воды, в) свободная вода
Находятся грунты, расположенные ниже уровня грунтовых вод, а также слои насыщенные капиллярной водой. Они являются двухфазной системой.
2. Водонасыщеный грунт, включающий пузырьки газа.
Рис.2
Поведение второй системы мало отличается от поведения первой, однако сжимаемость грунтов содержащих газ больше чем сжимаемость водонасыщенных.
3. Твердая фаза распределена в смешанной вводно-воздушной среде. Эти грунты называются трехфазной системой.
Рис.3
В состоянии этой системы находятся грунты в пределах зоны аэрации, подвергающиеся поперечному увлажнению и просушиванию в зависимости от выпадающих атмосферных осадков, колебания уровня грунтовых вод и изменения температуры.
4. Твердая фаза распространена в сплошной газообразной среде, т.е. поры грунта заполнены воздухом. Обычно их рассматривают как однофазные.
Рис.4
3. Виды воды в грунтах и ее свойства.
В зависимости от характера связи со скелетом грунта вода подразделяется на группы:
парообразная вода, может переходить в жидкое состояние под воздействием t и давления.
связанная вода делится на:
а) химически связанная, входящая в состав минералов, она подразделяется на конституционную, кристаллизационную и цеолитную.
б)физически связанная, удерживаемая на поверхности минеральных частиц силами имеющими электрическую природу.
Рис. Схема электромолекулярного взаимодействия поверхности минеральной частицы 1 с водой:2 — вода связанная; 3 — вода рыхлосвязанная (осмотическая); 4 — вода свободная
3. Свободная вода.
-капиллярная - передвигающаяся и удерживающаяся в грунте силами капиллярного напряжения, легко удаляется при высушивании.
-гравитационная - впитывается и перемещается под действием силы тяжести, скапливается под водоупорными пластами, образуя подземные и грунтовые воды. Обладает свойствами жидкой воды.
-иммобилизованная - заключается в замкнутых пустотах и находящаяся в состоянии покоя.
4. Вода в твердом состоянии(лед).