Водопроницаемость грунтов

Под водопроницаемостью грунтов подразумевают обычно способность их пропускать через свою толщу воду под влиянием силы тяжести. Однако в более широком смысле можно говорить и о проницаемости грунтов при других видах перемещения влаги — капиллярном, пленочном, парообразном и электроосмотическом. Во всех случаях влага в том или ином виде перемещается по порам грунта (или по образующим их «стенкам» из грунтовых частиц) под действием возникающего в ней напора.

Водопроницаемость является чрезвычайно важным свойством грунтов. Ее необходимо учитывать при использовании грунта для возведения насыпей, при устройстве водоотводных и осушительных (дренажных) сооружений, при расчетах скорости уплотнения грун­та под нагрузкой и др. Наиболее изучено движение воды под действием гидростатического напора.

Наблюдения показывают, что движение воды через грунты, даже крупнозернистые, является ламинарным. Только в крупнообломочных каменных набросках и трещиноватых грунтах может возникать турбулентный режим фильтрации.

Повышение содержания в грунте пылеватых и глинистых частиц приводит к резкому понижению водопропускной способности грунта (табл. 4.2).

Зерновой состав грунта без учета других показателей (напри­мер, его сложения, плотности и др.) не может характеризовать его водопроницаемость. Значительное влияние на водопроницае­мость грунтов оказывают их агрегатность (структурность) и сло­жение.

При малых значениях гидравлического градиента фильтрующая­ся вода не может преодолеть вязкого сопротивления смещения водных пленок, обволакивающих частицы грунтов и практически закрывающих тонкие поры между частицами. Самые тяжелые по зерновому составу глинистые грунты могут оказаться водопроницаемыми, если они обладают резко выражен­ной прочной против размокания структурой и крупнопористым сложением. Так, например, просадочные лёссы имеют коэффициент фильтрации до 8,5 м/сут. При замачивании и уплотнении они могут снизить коэффициент фильтрации до 0,001 м/сут.

Если присутствуют соли, свертывающие коллоидные частицы грунта, то водопроницаемость глинистого грунта увеличивается. Соли же, способствующие распадению грунтовых агрегатов на отдельные элементарные частицы (например, сода в слабых раство­рах), могут вызвать почти полное прекращение фильтрации воды.

Таблица 4.2. Значения коэффициентов фильтрации для различных грунтов

Водопроницаемость грунтов значительно зависит от степени их уплотнения. Опыты показывают, что коэффициент фильтрации при уплотнении грунта изменяется в линейной зависимости от коэффи­циента пористости. В сильно уплотненных глинистых грунтах тонкие поры между частицами заполнены замкнутой капиллярной и связанной водой. При малых значениях гидравлического гра­диента фильтрующаяся вода не может преодолеть вязкого сопротив­ления смещения водных пленок, адсорбированных на грунтовых частицах и практически закрывающих тонкие поры между частица­ми и находящихся в порах пузырьков защемленного воздуха. Движение ее через грунт оказывается возможным лишь при пре­вышении критического значения гидравлического градиента, кото­рое называют начальным градиентом. До этого значения коэффи­циент фильтрации ничтожно мал, и грунты можно считать прак­тически водонепроницаемыми.

При градиентах, превышающих начальный, скорость фильтра­ции подчиняется линейной зависимости

Начальный градиент для глинистых грунтов колеблется в пре­делах от 10 до 70. Значения его тем выше, чем больше влажность и степень уплотнения грунта. Влияние начального градиента при­ходится учитывать при расчетах осадок сооружений на водонасыщенных илистых и глинистых основаниях.