• Физико-химическая обменная способность грунтов

При взаимодействии грунтов с раствором какого-либо вещества некоторое количество ионов исчезает, а вместо них в раствор в эквивалентном количестве входят другие ионы. При взаимодействии глинистого грунта с раствором CaCl₂ часть катионов Са из раствора исчезает и появляется Mg, Na, K и др. Суммарное количество соответствует исчезнувшему Са. В некоторых случаях увеличивается концентрация Н⁺ и уменьшается рН.

Факторы определяются природой грунта и природой раствора. ФХОС грунтов определяется их дисперсностью, чем выше дисперсность грунта, тем выше его обменная способность. Увеличение емкости обмена в основном обусловлено содержанием коллоидных частиц. На обменную способность грунтов оказывает влияние минеральный состав тонкодисперсной фракции.

Особенно большая емкость поглощения у органических образований (до 500 мг-экв/100 г породы).

Т.о. частицы, обладающие обменной способностью и определяющие ФХОС грунта в целом можно характеризовать по их дисперсности в целом и минеральному составу. Эти частицы составляют поглощающий комплекс грунтов.

• Химическая

Этот вид поглотительной способности основан на образовании трудно растворимых или нерастворимых соединений в процессе взаимодействия грунта с фильтрующимся раствором. Эти соединения выпадают в осадок, присоединяются к твердой компоненте и цементируют ее. Из катионов, дающих нерастворимые соединения, чаще выступают Ca и Mg, из анионов CO₃, PO₄, SO₄.

• Биологическая

Этот вид поглощения характерен для верхних слоев грунтовой толщи, г.о. почв. В результате жизнедеятельности макро и микропор происходит образование и накопление новых веществ, которые примешиваются к твердой компоненте. Характерная особенность – избирательность. В результате БПС меняется внешний вид породы, состав и свойства. Особенно заметна роль БПС при выветривании на начальном этапе формирования осадочных толщ.

Практическое использование ФХОС и ХПС

Необходимо рассматривать при проведении исследований гран состава грунтов. Для диспергации в раствор добавляют NH₄ или пирофосфат Na.

ФХОС используется для уменьшения водопроницаемости (метод солонцевания). Грунт, содержащий Са заменяется на Na за счет внесения в грунт NaCl. Na вытесняет Са, толщина диффузионного слоя увеличивается, водопроницаемость грунтов снижается. Фильтрационная способность чернозема уменьшается (в 285 раз уменьшается Кф), карбонатные грунты в 20 раз.

На использовании механической и физической поглотительной способности основана кольматация.

Электрокинетические и осмотические свойства грунтов

Эти свойства характерны для высокодисперсных грунтов (глин, лесса, торфа). Передвижение воды в порах таких грунтов возможно не только под действием механических сил, но и под влиянием физических и физико-химических сил.

Движение воды происходит при наличии

градиента поля постоянного электрического тока

градиенте концентрации электролита (капиллярный осмос)

при наличии температурного градиента (термоосмос)

Движение воды в грунте под действием этих факторов подчиняется одному и тому же закону.

υ=Kgrad(ψ,c,T)

K – коэффициент осмоса

Ψ – электрически потенциал

C – потенциал концентрации

T – температурный потенциал

Механизм перемещения воды одинаков – перемещение жидкости по поверхности частиц в отличие от фильтрации, когда происходит движение свободной воды по слою связной. Это передвижение обусловлено наличием поверхностных сил. Чем больше поверхностные силы, тем отчетливее проявляется роль рассматриваемых явлений.

Для обезвоживания глинистых толщ используются электрокинетические явления. К различным электродам движется вода и частицы. У анода собирается вода, у катода глина. U=12В. Через 1 метр другая линия, через 1 месяц обезвоживается на глубину 1 метр.

При воздействии на водонасыщенный глинистый грунт постоянным электрическим током возникают электрокинетические явления – электрофарез и электроосмос (впервые были открыты Ф.Ф. Рейссом в 1809 г.).

Электроосмос – движение воды в порах грунта вод действием внешнего электрического поля от А к К, а электрофарез (катафарез) – движение взвешенных в жидкости твердых дисперсных частиц к одному из электродов (к аноду чаще).

В силу того, что минеральные частицы имеют на поверхности электрический заряд при движении твердой и жидкой компонент относительно друг друга возникает электрический потенциал.

При осаждении частиц в суспензии возникает потенциал оседания, а при движении жидкости через пористую среду возникает потенциал течения. Механизм электрокинетических явлений основывается на классическом представлении о ДЭС на границе раздела твердое тело – жидкость. Электроосмотическое течение под действием приложенного электрического поля прямо пропорционально ζ-потенциалу, напряженности электрического поля и диэлектрической проницаемости ℰ.