Газообразные включения.

В грунтах следует рассматривать два основных вида газов: свободные и растворённые в грунтовой воде.

Свободные газы в свою очередь разделяются на: сообщающиеся с атмосферой и не сообщающиеся (так называемые замкнутые или защемлённые газы).

Состав газообразной фазы в грунтах может значительно отличаться от состава атмосферного воздуха: так, в нём важную роль могут играть газы биологического происхождения (метан и др.), а также большое содержание углекислоты, присутствие сернистых и других газов, наличие которых в атмосферном воздухе может быть ничтожным.

Газы, сообщающиеся с атмосферой, принимают температуру и давление ближайших к данной точке частей атмосферы. При повышении температуры или при понижении давления атмосферы, а также под действием нагрузки на грунт, такие газы легко удаляются из грунта. Этот вид газообразной фазы встречается в большинстве случаев в песчаных грунтах и особого значения при решении задач механики грунтов не имеет.

Газы замкнутые (защемлённые) наблюдаются в связных грунтах, главным образом в глинах. Возникновение замкнутых (защемлённых) газов в глинах можно себе представить следующим образом. Чешуйки глины отделены одна от другой узкими щелеобразными порами. При заполнении более широких щелей водой, которая движется под напором, находящиеся в крупных порах газы будут выходить, соединяясь с атмосферой, а пузырьки газов в узких горловинах или мелких замкнутых порах могут оставаться в грунте, так как в крупных порах движение воды и газов происходит с большей скоростью, чем в узких.

Наличие в дискретных грунтах, особенно в глинах, замкнутых пузырьков газов, имеет известное значение в механике грунтов. Присутствие замкнутых газов обуславливает существование свободных поверхностей между частицами грунта, водой и пузырьками газов, вследствие чего возникают силы поверхностного натяжения, или капиллярные силы. Наличие в грунте пузырьков газов уменьшает водопроницаемость грунта; кроме того, замкнутые газы увеличивают его упругость, так как при повышении давления (атмосферного, гидравлического или под действием нагрузки) газы претерпевают чисто упругие деформации.

Газы, растворённые в воде, в зависимости от химического состава по-разному могут оказывать влияние на минеральную часть грунтов. Одни газы обуславливают процессы окисления, другие – карбонизацию грунтов и т. п. При повышении температуры грунта и при уменьшении внешнего давления газы, растворённые в поровой воде, будут выделяться и с тем большей интенсивностью, чем выше температура грунта или большее уменьшение давления. При выделении газов происходит взрыхление (разбухание) грунтов, что существенно может сказаться, например, на удельном весе и степени насыщения водой образцов грунта, взятых из буровых скважин. Последнее необходимо учитывать при инженерно-геологических изысканиях и оценке механических свойств грунтов ненарушенной структуры.

Наличие в поровой воде растворённых и защемлённых пузырьков газа может понизить модуль в 10 раз до ~ 1,5·10² МПа.

Окисление и карбонизация грунтов, а также растворение поровой водой тех или иных солей и минералов и выпадение их при изменении физических условий вызывает в грунтах формирование новых внутренних цементационных связей, которые могут существенно изменять и прочностные свойства грунтов.

Соотношение твёрдых, жидких и газообразных составляющих грунтов не остаётся постоянным, а претерпевает изменения под влиянием внешних воздействий (давления, температуры и пр.), что и необходимо учитывать при оценке состава и свойств грунтов.