Гидротехнические сооружения. Том II

действие же молекулярных сил поверхностного натяжения на ней, как лежащей ниже свободной поверхности воды, не сказывается. Условия рав новесия этой воды ничем не отличаются от рав новесия свободной жидкости в некапиллярном сосуде. Эту категорию гравитационной воды мы назовем с в о б о д н о й г р а в и т а ц и о н н о й в о д о й , как не подчиняющуюся молекулярным силам поверхностного натяжения. В условиях равновесия граница между капил лярной зоной и зоной свободной воды всегда лежит в плоскости свободной поверхности воды, с кото рой гравитационная свободная вода находится в непосредственной гидростатической связи. Здесь гранулометрический состав грунта не может, оче видно, играть никакой роли, в отличие от зоны капиллярной воды, верхняя граница которой за висит в полной мере от гранулометрического со става грунта, гак как последний, обусловливая величину молекулярных сил поверхностного на тяжения, влияет на высоту капиллярного подъ ема воды. Если в предыдущем опыте в стенках трубки и нижнего сосуда проделать по отверстию, то из отверстия в точке а, лежащего в области капил лярной воды, мы не обнаружим вытекания воды, тогда как из отверстия в точке Ь, лежащего в зоне свободной гравитационной воды, последняя начнет вытекать наружу. 7. ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ В ГРАВИ ТАЦИОННОЙ ВОДЕ Способность под влиянием сил тяжести выте кать через искусственные или естественные раз резы составляет также отличительный признак свободной гравитационной воды.

зона свободной гравитационной воды. Выше между плоскостями А-А и В-В будет находиться капиллярная зона, причем положение верхней границы ее В-В будет обусловливаться величи ной капиллярного подъема воды hu для взятого грунта. Над плоскостью В-В будет находиться зона пленочной воды. Наполнив воДой пьезоме трические трубки, откроем краники; вода в пье зометрах начнет опускаться, уходя в грунт, при чем тотчас же начнется стекание воды через во ронку к. Когда стекание воды прекратится и установится равновесие, уровень воды в пьезо метрах окажется на уровне плоскости А-А, так как воронка k. пьезометрические трубки и по ристая сеть грунта зон капиллярной и свободной воды составляют систему сообщающихся Со судов. ( Если 0 0 есть плоскость сравнения, то пьезо метрическая высота в точках a, b и с определится разностью пьезометрического напора в соответ ствующей отметки. Имеем: Для точки с, лежащей в зоне свободной грави тационной воды, пьезометрическая высота есть величина положительная, так как H > Z f ; для точки Ь, лежащей на границе зон свободной и капиллярной, пьезометрическая высота к ь ~ О вследствие того, что Н ~ Zi\ и наконец для точки, находящейся в капиллярной зоне, пьезометриче ская высота является отрицательной величиной, так как для всех точек этой зоны величина пье зометрического напора H меньше величин отме ток этих точек. Отсюда следует, что в зоне сво бодной гравитационной воды гидростатическое давление всегда положительно; наоборот, в ка пиллярной воде гидростатическое давление есть величина отрицательная, поверхность же раздела двух этих зон характеризуется нулевым значе нием гидростатического давления. Понятие об отрицательном гидростатическом давлении впервые введено проф. Терцаги; на пер вый взгляд оно вызывает некоторое недоумение, так как заставляет допускать возможность и воде значительных растягивающих напряжений, что совершенно противоречит основным принципам, положенным в основу гидравлики. Необходимо поэтому оговориться, что понятие это является совершенно условным Действительно, пьезо метрическая высота в точке а получилась отри цательной только потому, что не было принято во внимание атмосферное давление. Если учесть последнее, то величину ' H нужно увеличить на величину атмосферного давления, выраженную в высоте столба воды и равную 10,33 м. Учиты вая атмосферное даиление, надо будет сказать, что капиллярная вода всегда сжата давлением меньше атмосферного; ниже свободной поверх ности воды давление больше атмосферного на соответствующую данной точке пьезометрическую высоту, и на границе зон капиллярной и свобод ной гравитационной воды давление равно атмос ферному. Кроме того молекулярными силами по верхностного натяжения обусловливается громад ное давление на воду со стороны плоской ее поверхности, достигающее более 10 000 am, что для точки с . для точки b . для точки а . he = /7 - Z c > О, hi? = H — Zz> = 0, ha = Il - Z a < 0. (5) (6) (7)

•г' -.-7?

h ТШ

-А

и

2 а Ц Ii

Рис. 45

Высокий сосуд, наполненный грунтом, снабжен с одной стороны трубкой, оканчивающейся от крытой воронкой k (рис. 45), а с другой—ря дом пьезометрических трубок с краниками. Для того, чтобы грунт не попадал в трубки, отверстия их могут быть перекрыты сетками. Будем наливать на поверхность грунта воду до тех пор, пока вода не поднимется по трубке воронки н не начнет стекать через край воронки. Выждав, когда стекание воды прекратится, что бу дет служить признаком наступления равновесия, •мы имеем в нашем сосуде трн вида воды. Нижнюю часть сосуда до плоскости А-А будет занимать

См. T е р ц а г и, Erdbaumecl;anik.