Поиск

Подвешенная влага в слоистых почвенно-грунтовых толщах
28.03.2015

Все сказанное выше о подвешенной влаге относилось по условию к почвам и грунтам однородного механического состава, т. е. не слоистым образованиям.
Удержание подвешенной влаги в слоистых почвах и грунтах имеет некоторые отличительные особенности.
Здесь встречаются два главных случая: 1) когда нанос крупнопористый (обычно более легкий по механическому составу) подстилается наносом мелкопористым (обычно более тяжелым по механическому составу) и 2) когда имеет место обратное положение — нанос мелкопористый подстилается наносом крупнопористым. Различное распределение влаги в обоих этих случаях впервые было подмечено и изучено А. Ф. Лебедевым.
Более простым из этих двух случаев является первый. Если мы имеем толщу, сложенную из двух наносов (рис. 29, А), причем крупнопористый нанос К подстилается мелкопористым наносом M (граница наносов отмечена линией Г), то при сквозном промачивании водой всей этой толщи установится распределение влаги, указанное на рисунке. В верхнем наносе влажность будет одинаковой во всей толще этого наноса и равной его наименьшей влагоемкости (НВк). В нижнем наносе в верхней его части влажность будет выше, чем в первом, благодаря тому, что его наименьшая влагоемкость (НВм) больше. Если нижний нанос подстилается на какой-то глубине водоупорным слоем, то в его нижней части возникнет горизонт грунтовых вод с капиллярной каймой над ним, верхняя граница которой обозначена линией KK.
Таким образом, в этом случае слоистость грунтовой толщи не вызывает каких-либо отклонений от распределения подвешенной и подпертой влаги, характерного для однородных толщ.
Перейдем теперь ко второму случаю — нанос мелкопористый подстилается наносом более крупнопористым. На рис. 29, Б изображены те же два наноса, что и на рис. 29, А, но в обратном положении. В этом случае распределение влаги окажется иным.

Подвешенная влага в слоистых почвенно-грунтовых толщах

В нижней части наноса К изображен уровень грунтовых вод, мощность капиллярной каймы над которым достигает 2 м. Верхняя граница капиллярной каймы отмечена линией KK. Еще выше, в пределах глубин 5—7м, влажность равна НВк, т. е. соответствует наименьшей влагоемкости нижнего наноса К. В верхнем наносе M распределение влаги окажется примерно таким же. Сверху, до глубины около 2,5 м, влажность равна НВм — наименьшей влагоемкости, присущей данному наносу. Ниже влажность начинает нарастать вплоть до нижней границы наноса М, где она приближается к полному насыщению, хотя его и не достигает. Ниже указанной границы влажность скачкообразно уменьшается до величины НВк, характерной для наноса К. Таким образом, в слое от 2,5 до 5 м распределение влажности и в наносе M принимает форму, характерную для капиллярной кривой, хотя никакого подпора влага в этом слое, казалось бы, испытывать не должна. Чем же объясняется такое распределение влаги в верхнем наносе?
Несколько схематизируя это явление, Лебедев указал на то, что на границе смены наносов имеет место расширение тех капиллярных ходов, которые пронизывают оба наноса, ибо капиллярные ходы в нижнем наносе крупнее, чем в верхнем. Следовательно, можно представить, что на этой границе более узкий капилляр (рис. 30) переходит в более широкий. Если в более узком капилляре имеется столбик воды, то он ограничивается, как всегда, сверху и снизу двумя менисками, но верхний мениск в силу меньшего диаметра капилляра имеет большую кривизну, а нижний — меньшую. Направленное вверх поверхностное давление нижнего мениска больше, чем давление верхнего мениска, направленное вниз. Равнодействующая этих двух давлений направлена вверх и является своеобразным подпором, который и удерживает в верхнем наносе некоторое дополнительное количество влаги сверх НВм. Влага эта распределяется по капиллярной кривой. Чем больше различие в диаметрах пор между нижним и верхним наносами, тем величина подпора больше и тем больше избыток влаги, удерживаемой над границей смены наносов. Латвийский исследователь Стапренс доказал, что кривая, по которой распределяется влага в верхнем наносе, представляет собой верхнюю часть нормальной капиллярной кривой, свойственной данному наносу, и что мощность зоны с избыточным количеством влаги равна разности нормальных высот капиллярного подъема, свойственных верхнему и нижнему наносам.
Подвешенная влага в слоистых почвенно-грунтовых толщах

Из сказанного видно, что подвешенная влага (сверх наименьшей влагоемкости) удерживается капиллярными силами и поэтому относится к категории капиллярно подвешенной.
При испарении, если оно происходит в пределах слоя с подвешенной влагой, последняя капиллярно подтягивается к поверхности испарения.
Если слоистая толща залегает наклонно, то в слое с подвешенной влагой может возникнуть боковое стекание, которое будет продолжаться до тех пор, пока влажность этого слоя не снизится до величины наименьшей влагоемкости.