Файл: Скотников В.А. Основы теории проходимости гусеничных мелиоративных тракторов [учеб. пособие].pdf

редь слои воды, образуя таким образом гидратные оболочки вокруг твердых частиц (рис. 1.3).

Электромолекулярные силы притяжения действуют на очень близких расстояниях. Их величина по мере удаления от твер­

жения торфа и колеблется в пределах 20—70% на 1 г сухого ве­ щества торфа.

С удалением от поверхности частицы интенсивность сил свя­ зывания уменьшается (пропорционально квадрату расстояния), и свойства физически связанной воды приближаются к свой­ ствам свободной воды. Эти ориентированные молекулы воды об­ разуют диффузную оболочку. Вода диффузных оболочек назы­ вается рыхлосвязанной.

Таким образом, физически связанная вода совместно с от­ рицательно заряженной частицей торфяного грунта образуют так называемый двойной электрический слой. Двойной электри­ ческий слой (рис. 1.3) подобен заряженному конденсатору. По­ верхность твердой частицы составляет как бы одну обкладку конденсатора, а находящиеся в жидкой фазе ионы — вторую об­ кладку.

•Полная разность потенциалов на разделе фаз при отсут­ ствии их взаимного перемещения называется термодинамическим потенциалом е, а снижение электрического потенциала по тол-

14

шине диффузного слоя до уровня в свободном растворе соответ­ ствует электрокинетическому потенциалу \. Чем больше g-потен- циал, тем большая толщина диффузного слоя.

Количество физически связанной воды в торфе зависит от степени разложения, ботанического состава, влажности и темпе­ ратуры. Исследованиями П. К. Мэля и А. Н. Новикова установ­

Это явление объясняется тем,' что при увеличении степени раз­ ложения имеют место два процесса: диспергирование раститель­ ного материала и изменение его химического состава. При пер­ вом процессе происходит рост связанной воды вследствие уве­ личения поверхностной энергии, но одновременно происходит и обогащение торфа битумами, обладающими гидрофобными свой­ ствами.

О с м о т и ч е с к а я в о д а находится в растительных клет­ ках, сохранившихся при неполном разложении растений-торфо- образователей. Стенки растительных клеток играют роль мем­ бран и при определенных условиях могут впитывать и отдавать'

фракциями коллоидного вещества. По содержанию в торфе осмо­ тическая вода занимает второе место после свободной. Ее коли­ чество в торфе зависит от степени разложения и вида торфа.

С в о б о д н а я в о д а неоднородна, обладает различными физическими свойствами и разделяется на воду ультрапор, ка­ пилляров и некапилляров.

Вода ультрапор (диаметром 1 0 ~ 5 — Ю - 7 см) по своим свой­ ствам приближается к физически связанной воде. Вода капилля­

В порядке уменьшения энергии связи с торфом рассмотрен­ ные категории воды располагаются в следующий ряд: химически связанная (давлением не удаляется), адсорбционная (удаляет­ ся при давлении свыше 1500 ат), вода ультрапор (15—1500 ат), осмотическая (1—100 ат)*, капиллярная (1—15 ат) и гравита­ ционная (0—1 ат).

Г а з о о б р а з н а я ф а з а торфяных грунтов состоит из свободных и растворенных в грунтовой воде. По условиям свое­ го размещения свободный газ разделяется на две части:

1) газ, имеющий сообщение с атмосферой, испытывает давле­ ние, равное атмосферному, и при нарушении этого равенства вы­ ходит наружу или проникает обратно в пустоты, восстанавливая

* По данным М. П. Воларовича и Н. В. Чураева, энергия связи осмоти­ ческой воды слабая (удаляется при давлении не более I ат).

15

равновесие с атмосферой. Взаимодействие этой части газа со скелетом просто и не связано с изменением физического состоя­ ния всей системы;

2) защемленный газ, потерявший сообщение с атмосферой и находящийся во взаимодействии с окружающей его грунтовой водой. Наличие защемленного газа в торфе связано главным об­ разом с неравномерным распределением воды по капиллярам, имеющим разные диаметры. При колебании уровня грунтовых вод вода может проникать из одних капилляров в другие, сосре­ доточиваясь в более узких участках капилляров. В расширенных участках капилляров образуется защемленный газ. Поэтому наи­ большее количество защемленного газа находится в верхней части торфяной залежи.

В условиях переменного физического состояния (температу­ ры, давления) защемленный газ является еще одним фактором, влияющим на свойства грунта и на передачу им внутренних сил. Это связано с наличием свободных поверхностей между части­ цами грунта, водой и пузырьками воздуха, в результате чего воз­ никают силы поверхностного натяжения, или капиллярные силы.

Следует отметить, что соотношение между твердой, жидкой и газообразной фазами торфяного грунта не постоянно, а изме­

называется отношение веса абсолютно сухого торфа к его объе­ му без пор

г\смъ. Для практических расчетов принимают уу =1>5 г/см5.

16

сухого грунта). К основным факторам, определяющим влаж­ ность торфяного грунта, относятся: ботанический состав, степень разложения, степень осушения торфяной залежи и внешнее дав­ ление, под которым находится грунт. Влажность неосушенных торфяников находится в обратной зависимости от степени раз­ ложения торфа. С увеличением степени разложения уменьшается количество неразложившихся остатков (следовательно, количе­ ство осмотической воды) и возрастает плотность (уменьшается количество свободной воды).

Для неосушенной торфяной залежи влажность торфа мож­ но подсчитать по приближенной формуле Ф. Н. Коваленко:

для верхового торфа w = 96 — 0,1 R; для низинного торфа w — 95 — 0,2 R,

где R — степень разложения торфа.

Влажность — одна из важнейших физических' характери­ стик торфяного грунта. С повышением влажности прочность тор­ фа уменьшается, и, наоборот, понижение влажности торфа спо­ собствует увеличнеию сопротивляемости его внешним нагрузкам.

Влагоемкость. Под влагоемкостыо торфяного грунта пони­ мают его способность впитывать и удерживать воду. Полной влагоемкостью грунта (Wn) называется влажность, соответст­ вующая полному заполнению пор водой.

Влагоемкость торфяных грунтов зависит в основном от рас- тений-торфообразователей (от размера внутриклеточных поло­ стей) и степени разложения торфа. По данным А. В. Пичугииа, наибольшие размеры внутриклеточных полостей имеют пушица, сфагновые мхи, шейхцерия, что обусловливает большую влагоем­ кость верховых торфов по сравнению с влагоемкостыо низинных.

С увеличением степени разложения полная влагоемкость торфов уменьшается, что объясняется естественным диспергиро­

18