Гидротехнические сооружения. Том II

в е с ь м а а! Рассмотренный опыт представляет собой мо дель аналогичного явления, происходящего в грунте. Действительно, возьмем широкую доста точно длинную трубку, наполненную однородным по своему гранулометрическому составу грунтом (для того, чтобы грунт не высыпался, нижний ко нец этой трубки может быть закрыт мелкой сет кой). Будем сверху наливатьвтрубкуводу (рис.42«). Когда вода просочится в грунт и прекратится стенание воды из нижнего конца трубки, произ ведем определение влажности грунта по всей длине грунтовой колонны. Оказывается, что не которая часть грунта в верхней части колонны по всей высоте будет иметь влажность, соответ ствующую максимальной молекулярной влагоем кости взятого грунта, в нижней же части трубки устанавливается зона также с почти равномер ной влажностью, но значительно превышающей влажность верхней зоны, п р и ч е м г р а н и ц а м е ж д у э т и м и з о н а м и в ы я в л я е т с я р е з к о. Картина получается совер шенно аналогичной описан У что сила поверхностного натяжения мениска во втором случае равна силе поверхностного натя жения свободной поверхности воды. Их верти кальные составляющие Q' в обоих случаях будут раины нулю. Рис. 42 наливая небольшими пор циями воду на поверхность грунта, то по установлении равновесия ока жется, что распределение влажности будет совершенно таким же, как и в первом случае. Если произвести тот же опыт, опустив в воду трубку с грунтом, имеющим по всей высоте влажность, равную максимальной молекулярной влагоемкости, то и в этом случае результаты окажутся совершенно такими же. Отсюда видно, что как высота подъема воды в капиллярной трубке зависит от диаметра этой трубки, так и высота капиллярного подъема воды в грунте зависит от размеров пористой сети или, другими словами, от гранулометрического состава грунта (чем мелкозернистее грунт, тем больше будет высота капиллярного подъема воды в нем). Соответствующей постановкой опытов 1 можно установить, что стекание воды с нижнего конца грунтовой колонны начинается как раз в тот мо мент, когда приливаемая сверху вода, проходя щая область пленочной воды, достигает нижней зоны с повышенной влажностью. Этот факт подтвер ждает наличие и гравитационной воде гидроста тического давления. В природе явления, аналогичные опыту (а), на блюдаются в тех случаях, когда вышележащий слой мелкозернистого грунта подстилается более 1 См. проф .А. Ф. Л е б е д е в, Почвенные и грун товые воды. ному выше опыту с капил лярной трубкой. Действи тельно, здесь верхняя зона колонны грунта соответ ствует верхнему концу ка пиллярной трубки там, где стенки трубки оказываются лишь смоченными водой, нижняя же зона —> простран ству трубки, заполненному водой. Если теперь совме стить нижний конец трубки с грунтом со свободной по верхностью воды (рис. 426'),

крупнозернистым слоем (рис. 43). В этом случае воздух, заключающийся в порах крупнозерни стого грунта, играет роль воздуха, непосредствен но прилегающего к сетке, закрывающей нижний конец трубки с грунтом в нашем опыте. На по верхности раздела этих слоев грунта образуется пленка с поверхностным натяжением, равным ве личине поверхностного натяжения свободной по верхности воды, вследствие чего гравитационная вода, поступающая из верхних слоев, скапливается над поверхностью раздела, занимая по высоте зо ну, соответствующую высоте капиллярного подъ

Рнс . 43 ема воды в верхнем слое грунта; лишь избыток воды поступает в нижележащий крупнозерннстый слой. Этот вид капиллярной поды носит назва ние п о д в е ш е н н о й или в и с я ч е й воды. 6. УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ СВОБОДНОЙ ГРАВИТАЦИОННОЙ ВОДЫ Пористая сеть грунта, лежащего ниже зоны капиллярной воды, в большинстве случаев бывает наполнена Свободной гравитационной водой. Вза имная связь между капиллярной и свободной гравитационной водой иллюстрируется следую щей схемой (рис. 44). Сосуд с укрепленной над ним широкой труб кой заполнен грунтом однородного гранулометри ческого состава так, как это указано на рис. 44. Если наливать осторожно воду на поверхность грунта в трубке до тех пор, пока нода не выступит на поверхность грунта в нижнем сосуде и выж дать время, необходимое для наступления равно весия воды в грунте, то картина распределения воды в вертикальной трубке будет совершенно аналогична рассмотренному выше распределению

воды в грунтовых колон нах. Если трубка будет достаточно длинной, то в верхней ее части полу чим пленочную воду при влажностиі грунта, рав ной его максимальной молекулярной влагоемко сти. Ниже будет зона ка пиллярной воды; высота этой зоны h будет соот

Рис . 44

ветствовать высоте капиллярного подъема воды для данного грунта, а нижняя граница этой зоны будет совпадать с уровнем свободной поверх ности воды в сосуде. Какова же природа воды, .заключающейся в грун те, лежащем ниже уровня свободпон поверхности? Эта вода, очевидно, будет водой гравитационной, как подверженная действию силы тяжести, но в то же самое время она, как лежащая вне зоны капиллярной воды, не может быть капиллярной. В отличие от капиллярной воды эта категория воды подчиняется исключительно силе тяжести,