Гидротехнические сооружения. Том II

Рис. 40 можности передвижения в жидком состоянии, объясняется чрезвычайно большой величиной молекулярных сил, развивающихся между части цей грунта и первым рядом молекул. Молеку лярные силы трения, развивающиеся между пер вым и последующими рядами воды, значительно меньше, вследствие чего пленочная вода полу чает возможность передвижения и в жидком со стоянии. Действие молекулярных сил, обусловливающих передвижение пленочной воды, видно из следую щей схемы (рис. 40). Пусть две равные по вели чине почвенные частицы соприкасаются друг с другом; влажность обеих частиц не одинакова, но меньше максимальной молекулярной влагоем кости грунта. Пусть далее толщина водяной пленки Р\ первой частицы будет меньше, чем тол щина р 2 нленки второй частицы. Поверхностным давлением воды в пленках пренебрегаем в виду незначительности сферы влияних молекулярных сил и сравнительно большой величины радиуса почвенных частиц. Воздействие молекулярных сил на частицу воды с из центра первой частицы Оі будет меньше, чем из центра 0 2 второй ча стицы, так как расстояние О] р, будет больше, чем расстояние 0 2 - f р 2 (рис. 40). При этих усло подтвержденного опытами явления передвижения пленочной воды под влиянием молекулярных сил из слоя более влажного в слой менее влажный, причем взаимное расположение слоев не оказы вает влияния на характер явления. Из сказанного ясно, что как максимальная гигроскопичность, так и максимальная молекуляр ная влагоемкость для грунтов мелкозернистых больше, чем для грунтов крупнозернистых. По нятно, что чем больше суммарная поверхность почвенных частиц в единице объема грунта, тем большее количество воды абсорбируется грун том в силу его гигроскопичности, и тем большее количество удерживается грунтом в силу смачи ваемости последнего, т. е. тем выше должны быть его максимальная гигроскопичность и мак симальная молекулярная влагоемкость. 4. КОНДЕНСАЦИЯ ВОДЯНЫХ ПАРОВ АТМОСФЕРЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ При достижении грунтом влажности, соот гигроскопичности, процесс поглощения почвой парообразной воды может продолжаться при наличии соответствую щих условий. Это явление всегда имеет место в том случае, если упругость водяных паров атмо сферы оказывается больше, нежели упругость паров почвенного воздуха. Очевидно, что такие условия могут создаться при понижении темпе ратуры грунта. Опытными работами ряда иссле дователей (А. Ф. Лебедев, Н. П. Порывкин и др.) с несомненностью установлен факт обогащения водою поверхностных слоев почвы за счет паро образной воды атмосферы путем конденсации при ветствующей максимальной виях частица воды с дол жна будет переместиться на поверхность второй почвенной частицы. Про цесс этот будет продол жаться до тех пор, пока влажность обеих частиц не уравняется. Таково теоретическое объясне ние установленного и

определенных соотношениях влажности и темпе ратуры атмосферы и почвы. Так как оба процес са поглощения парообразной воды атмосферы почвой вызываются одной и той же причиной, заключающейся в превышении упругости водя ного пара атмосферы над упругостью пара поч венного воздуха, то проф. А. Ф. Лебедев предлагает применить к обоим процессам термин к о н д е н с а - ции , называя процесс поглощения водяного пара атмосферы почвою при влажности, меньшей мак симальной гигроскопичности, — м о л е к у л я р - ной к о н д е н с а ц и е й , и собственно конден сацию при влажности почвы, превышающей мак симальную гигроскопичность, — т е р м и ч е с к о й к о н д е н с а ц и е й . Для выяснения условий равновесия капилляр ной воды в порах грунта служит следующая мо" дель явления, построеннай на опытах с капилляр ными трубками. Если в узкую капиллярную трубку опустить сверху каплю воды (рис. 41), то часть воды, оче видно, пойдет на смачивание стенок трубки, а остальная вода будет опускаться вниз, пока ке дойдет до нижнего конца труб ки. На поду при этом будут действовать силы поверхност ного натяжения верхнего и нижнего менисков и сила тя жести. Обозначим силы поверх ностного натяжения верхнего и нижнего менисков соответ ственно через Q и Q', а силу тяжести (вес воды) через G, тогда условие равновесия воды у нижнего конца трубки выразится равенством а} 1 :г - L 6) Рис . 41 Q -Q' = G. (3) Величина силы поверхностного натяжения опре деляется известным уравнением Лапласа 1 (4) где а—некоторая постоянная, a R — радиус кри визны мениска; как видно из формулы (4), ради ус кривизны мениска обратно пропорционален силе Q. Так как величина силы О зависит от количе ства налитой в трубку воды, то для того, чтобы равенство (3) имело место, разность сил поверх ностного натяжения также должна изменяться, обусловливая изменение формы и положения ме нисков. На рис. За цифрами показана схематиче ская последовательность этого изменения. Отметим, что случай 2-й соответствует такому положению менисков, при котором форма нижнего мениска представляется горизонтальной плоскостью. Если теперь трубку с заключающейся в ней водой опустить в сосуд с водой, совместив нижний ко нец трубки с поверхностью воды в сосуде (рис. 36). то верхний мениск займет как раз положе ние, соответствующее второму случаю предыду щего опыта. Высота кап ллярного подъема h при этом зависит от диаметра трубки. Это показывает. 1 См. Курс физики, ГІроф. X в о л ь с о и, т. 1. Q = a R 5. УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ КАПИЛЛЯРНОЙ ВОДЫ