Рис. 29. Так пспользуется монтмориллонит

Способность к поглощению глинистых грунтов используется при очистке продуктов питания — жиров, растительного масла, вина, меда и многих других.

Удивительная способность грунтов поглощать различные вещества была в 1923 г. исследована советским ученым К. К. Гедройцем. Он установил, что поглощение представляет собой сложный комплексный процесс. Простейшей его формой является способность песчаного, супесчаного и суглинистого грунтов очищать мутную воду, пропуская ее через свои слои. Взвешенные мелкие частицы (пыль, ил, тонкий песок) задерживаются в порах грунта. Это — механическое поглощение.

Было обнаружено, что глинистые породы, содержащие много тонких частиц и поэтому обладающие высокой удельной поверхностью, способны к физическому поглощению. Оно заключается в адсорбции (от лат. sorbeo — поглощаю) — поглощении поверхностью посторонних частиц. Она возникает как результат молекулярного взаимодействия между поглощаемыми веществами и грунтовыми частицами. При этом из окружения захватываются молекулы газов, растворенных веществ и мелкие частицы. В ходе такого процесса на поверхности породы образуются пленки, которые часто изменяют первоначальный цвет грунта. Таким путем и очищаются сукновальными глинами шерстяные ткани.

Значительно более распространено в грунтах физико-химическое поглощение, представляющее собой обменные процессы, при которых одни ионы поглощаются грунтом, а другие в этот момент выбрасываются из него в раствор. Обменные ионы (ионы, которые могут поглощаться или выбрасываться в раствор) в этих процессах представлены в основном катионами (т. е. положительно заряженными ионами) калия, натрия, кальция, магния, водорода, железа и алюминия.

Эти процессы очень сложны, но большое значение, которое они имеют в формировании свойств глинистых минералов, заставляет автора рассказать о них подробнее.

Установлено, что разные глинистые минералы проявляют различную склонность к обменным процессам.

Наиболее расположены к энергичному обмену минералы с подвижными кристаллическими решетками: монтмориллонит, бейделлит и др.; наименее — каолинит, кварц и др. Промежуточное место занимают гидрослюды.

Как же протекает процесс обмена?

Прежде всего он возникает не только в самой кристаллической решетке минерала, но и в окружающем ее слое ионов, связанных с поверхностью частиц (ученые этот слой назвали диффузным).

Не все ионы вступают в обмен с одинаковой силой. Наиболее активны ионы железа и алюминия, наименее — калия и натрия.

Также различна способность ионов освобождаться из «плена» минеральных частиц. Легче удаляются ионы железа и алюминия, труднее — натрия и калия.

Вы можете спросить: «А какое значение имеют обменные процессы? Не все ли равно, что находится в глинистом грунте — ион натрия или, скажем, кальция? Может быть, и вся эта сложность ни к чему?»

Нет, это не так. Роль обменных процессов весьма велика.

Прежде всего, состав обменных ионов в грунтах влияет на многие их свойства. Например, если в грунте содержатся обменные ионы калия или натрия, то резко повышается его способность к поглощению воды, а если в нем присутствует обменный кальций или железо, то водопоглощающая способность грунта оказывается значительно меньшей.

Еще показательнее влияние обменных ионов на агрегацию глинистых частиц. Если в качестве обменного иона содержится кальций или железо, то агрегация тонких частиц максимальна; если же калий или натрий, — агрегация минимальна. Это влияние обменных катионов используется при оценке содержания тонких глинистых частиц. Для уменьшения агрегации и увеличения «выхода» тонких частиц образец грунта перед анализом обрабатывается раствором, содержащим ион натрия, который, замещая ион кальция, дробит агрегаты.

Обменные катионы также влияют на многие свойства грунтов. Глины, содержащие обменный натрий, более слабы в механическом отношении и обладают повышенной пористостью. Наоборот, когда глинистый грунт содержит обменный кальций, его прочность, при прочих равных условиях, будет более высокой.

Аналогично влияет состав ионов на пластичность и набухание грунтов. Если в глине обменными катионами являются калий или натрий, то она легче переходит в пластичное состояние и сильнее набухает. Противоположная картина возникает в присутствии обмен» ного кальция или магния.

Ученые обратили внимание на то, что лёссы чаще имеют в обменном комплексе ионы кальция, что ведет к их повышенной агрегации.

Это одна из причин, почему они обладают сравнительно высокой крупной пористостью. По той же причине лёссы в сухом состоянии имеют достаточно хорошую прочность. Вот почему изучением физико-химической обменной способности и типа обменных ионов в составе грунтов ученые придают большое значение. К сожалению, до сих пор не удалось установить количественного влияния обменных процессов на свойства грунтов. Поэтому можно говорить лишь об их качественной взаимосвязи.

Сказанным не ограничивается значение обменных процессов. Знание их позволило А. П. Соколовскому разработать метод борьбы с водопотерями из каналов и водохранилищ. Мы уже говорили о методе солонцевания (или засоления). В его основу положена замена в грунтах иона кальция ионом натрия. При этом достигается уменьшение водопропускной способности в различных глинистых грунтах от десятков до сотен раз.

Напомним о другом методе — глинизации. Его также называют способом «кольматации». Е. М. Сергеев предложил повысить его эффективность и использовать для этого в качестве материала для суспензии (смеси воды с глиной) глину, содержащую гидрослюду. Если ее обменный комплекс насытить катионом натрия, то после обработки ею песка его водопроницаемость уменьшится в 100 раз.

Нельзя не сказать еще о двух явлениях и, прежде всего, о химических процессах, которые возникают при взаимодействии природных растворов, циркулирующих по порам, с минералами грунта. Эти химические реакции приводят к изменению состава не только твердой части, но и водных растворов. Из них исчезают те или иные ионы. При этом изменяются окраска, прочность и плотность грунтов, а сами грунты часто растрескиваются. Это явление назвали химическим поглощением.

Грунты являются средой обитания для миллиардов бактерий, землероющих животных, корней растений, которые также участвуют в поглощении, захватывая часть веществ. Особенно интенсивны эти процессы в верхнем слое грунта — почве. Они получили название биологического поглощения. Под действием биологического поглощения коренным образом изменяются все свойства грунтов и их внешний вид.

Это было в Ростове-на-Дону. Решили как-то начать ремонт старой водопроводной магистрали. Она многие годы снабжала водой значительный район города. Однако жители начали жаловаться на нехватку летом воды, а некоторые подвалы стали затапливаться.

Отрыв траншею и увидев на ее дне магистраль, рабочие хотели извлечь трубу на поверхность. Но только они прикоснулись к ней, как металл рассыпался на мелкие кусочки.

Стали вскрывать траншею дальше. Труба совсем исчезла. Вода шла просто по отверстию в грунтах. Это и явилось причиной больших утечек. Грунт буквально «съел» металл...

В 30-х годах Московская городская телефонная сеть страдала от разрушения в грунтах металлических кабелей. Число их повреждений достигало за год 1520. Если бы кабели своевременно не защитили, то число повреждений достигло бы в 50-х годах более 0,5 млн/год.

Произведенные подсчеты показали, что в результате этого процесса в нашей стране выходит из строя до 3 % заложенного в грунты металла. Это около 1 млн. т.

Явление разрушения металла или его ржавления получило наименование подземной коррозии. Она наносит большой ущерб народному хозяйству, поэтому борьба с ней является крайне важной задачей. Ведь в землю ежегодно укладываются тысячи километров труб газопроводов, нефтепроводов, водопроводных и канализационных магистралей; в грунтах лежат металлические электрокабели, в них заглубляются различные баки, емкости, заземления, строительные конструкции.

Для борьбы с коррозией металла в грунтах ежегодно затрачиваются миллионы рублей.

Почему же грунты «съедают» металлы? Что является причиной подземной коррозии?

Начало научного изучения этого процесса было положено еще в XVIII в. работами великого русского ученого М. В. Ломоносова. В настоящее время процесс- коррозии металла детально изучен в электрохимии. Было установлено, что его сущность заключается в образовании на поверхности металла так называемых микрогальванических элементов. Их деятельность и порождает основное коррозионное разрушение металлов. Кроме того, возможна также коррозия при химических реакциях между металлом и молекулами поро-вого раствора. На рис. 30 показаны случаи образования крупных гальванических пар при различных геологических условиях распространения грунтов.

Однажды вследствие утечки газа из трубопроводов возник пожар. Когда вскрыли трубы, они оказались пробитыми целой серией круглых правильных отверстий. Казалось, что кто-то их специально сверлил. На самом деле это были последствия еще одного процесса — электрокоррозии. Исследования специалистов показали, что на трассах железнодорожных путей, по которым движется электричка, а также на участках трамвайных рельсов возникают блуждающие токи. В местах входа электротока в трубопроводы, уложенные в грунтах, образуется так называемая катодная зона, а на участках выхода — анодная (рис. 31). На последних и развивается интенсивный коррозионный процесс, который порождает своеобразные формы разрушения металлических труб, описанные выше.

Эти электрические, электрохимические и химические процессы и являются главными врагами металла в грунтах. Но грунты тоже не представляют собой «невинных» свидетелей, а служат средой, поставляющей растворы и газы.

Разрушение металлов также зависит от характера циркуляции воздуха и жидкостей. А она тесно связана с пористостью, которая, в свою очередь, зависит от генезиса (происхождения) грунтов. Немаловажную роль играют обменные процессы, протекающие между минералами и движущимися по порам растворами. Определенное значение имеет реакция среды рН. Она может быть щелочной, кислой и нейтральной. В зависимости от этого усиливается или ослабляется коррозионное разрушение металлов. А все приведенные факторы определяются составом глинистых минералов и генезисом грунта. Еще один враг металлов, заложенных в грунтах и почвах, — микроорганизмы. Их жизнедеятельность порождает биокоррозию. Особенно опасны анаэробные бактерии (например, сульфатвосстанавливающие). Было обнаружено, что при их воздействии электрокоррозия усиливается почти в 20 раз. Эти бактерии любят иловатые, болотистые грунты. Пока еще этот вид разрушения металлов изучен недостаточно.

Как же разобраться во всем множестве действующих в грунтах коррозионных факторов? Как оценить их действие?

Наиболее простой способ — вскрытие уложенных в грунты трубопроводов и их осмотр. Если на металле, уложенном в грунты 5 лет назад, видимые коррозионные повреждения не превосходят 2 мм, то можно считать, что разрушающая способность среды низкая. Но если они превосходят глубину 6 мм, то грунтовая среда высококор-розионна.

Конечно, это хороший способ. Но нам нужно знать об агрессивности грунтов до укладки труб, чтобы принять соответствующие меры. Оказалось, что коррозионность грунтов зависит от их электрического сопротивления: чем выше сопротивление, чем меньше коррозионность.

Достаточно измерить удельное электросопротивление грунтов, и тогда можно легко назвать степень коррозионной опасности. Она определяется в омах на один метр. Если ее величина менее 5 Ом-м, то грунт оценивается как высокоагрессивный по отношению к металлам, а при значениях более 100 Ом-м коррозионность незначительна.

Этот показатель определяется с помощью специальных методов электроразведки.

Рассматривая коррозию металла в грунтах, нельзя не сказать о том, что различные металлы разрушаются по-разному. Опыт показывает, что скорость разрушения железа, стали и чугуна колеблется от 0,1 до 2 мм/год. А такие металлы, как свинец, алюминий и медь, разрушаются значительно медленнее.

Возникает естественный вопрос: «Можно ли бороться с коррозией? Как защитить металл в грунтах?»

Прежде всего отметим, что человек научился эффективно бороться с этим процессом. Созданы десятки методов защиты металлических конструкций и труб, укладываемых в грунты.

Наиболее простыми являются методы защитной изоляции трубопроводов при помощи различных покрытий: битумного, полимерного, специальными красителями и др.

Когда возникает необходимость охраны от коррозии важных объектов, приходится активно вмешиваться в деятельность электрохимических элементов. В этом случае используется специальная элек-трохимическая защита металлических конструкций в грунтах.

Широкое применение защитных антикоррозионных мероприятий позволило значительно сократить потери металлов за счет их коррозии в грунтах — на некоторых объектах до 99 %.

Другой сложной задачей является борьба с разрушением в грунтах бетонов. Это явление стало известно еще в XIX в. Под его влиянием прочные бетонные фундаменты превращаются в рыхлые, а монолитные массивы становятся «кружевными».

На одном из пивных заводов возникли деформации стен. Когда вскрыли фундамент, все ахнули: вместо монолита была какая-то ажурная система, т. е. фундамент фактически отсутствовал. Причина оказалась в том, что на заводе производилась влажная очистка котельных газов. Эта насыщенная сернистыми соединениями вода и проникала в грунты, обмывая фундаменты. Она-то и «съела» бетон.

Таким образом, главным врагом бетона оказываются воды, циркулирующие в грунтах. Если они содержат много сульфатов, гидрокарбонатов, углекислоты, магния, то возникает опасность быстрой коррозии бетонов. Роль самого грунта в этом случае сравнительно пассивная. Однако его проницаемостью определяется скорость течения процесса. Если в грунте много крупных пор (т. е. он обладает «активной пористостью») и вода через него проходит со скоростью более 10 м/сут, то разрушение бетона идет наиболее интенсивно. Совсем другая картина возникает при малом числе таких пор, когда за сутки вода не в состоянии пройти более 0,1 м. В таких случаях коррозия бетона идет очень медленно. Строители, предупрежденные грунтоведами об опасности коррозии бетонов, принимают различные меры. Один из путей борьбы с этим процессом — использование для изготовления бетонов специальных цементов. В других случаях может применяться дренаж, при помощи которого уровень грунтовых агрессивных вод понижается до безопасной глубины.

Так человек научился бороться с коррозионными явлениями в грунтах.

В конце 40-х годов нашего века был запатентован необычный метод борьбы с накипью в котлах на заводах сахарной промышленности.

Такая накипь представляла собой бич котлов. При кипении воды в зависимости от состава содержащихся в ней солей на стенках котлов откладываются плотные (иногда рыхлые) скопления карбонатов, сульфатов и даже силикатов. После некоторого периода эксплуатации котел останавливали и очищали от этой накипи. Изобретатель предложил бороться с нею при помощи очень простого устройства: воду, которая питает котел, нужно пропустить через систему, состоящую из серии постоянных магнитов. После этого возникает удивительная вещь: накипь перестает образовываться.

На первых порах причина исчезновения накипи на стенках котлов была непонятна. Однако вскоре удалось установить, что при кипении «магнитной» воды образующиеся соли не создают агрегатов, а выпадают в виде микрокристаллов, не создающих накипи.

Ученые заинтересовались этим явлением. Появилось много статей об удивительной воде. Оказалось, что образование грунтового осадка в водной среде, обработанной в поле постоянных магнитов, идет иначе, чем в необработанной.

Во-первых, скорость оседания частиц значительно возрастает, во-вторых, частицы укладываются иначе. Это было сразу использовано в Средней Азии для ускорения процессов возведения дамб и земляных плотин, укладываемых методом намыва. Пульпа (смесь воды с глинистым материалом), пропущенная перед укладкой через магнитное поле, вела себя совсем иначе. Получаемые из нее осадки были плотными и формировались намного быстрее.

Обнаружилось, что магнитная вода влияет на характер кристаллизации растворов. А потом выяснилось: магнитная вода повышает урожай, увеличивает прочность бетонов, улучшает качество синтетического каучука и т. д.

Воздействие магнитной воды на грунты сказывается не только на процессах их формирования, но и на некоторых свойствах (например, размокание), ,. ,.

До сих пор не решен вопрос о том, что происходит в воде при пропуске ее через поле постоянного магнита? Одни ученые считают, что изменение свойств воды связано с присутствием в природных растворах окислов железа и их гидратов. Другие ищут объяснение в изменении строения молекул при магнитной обработке.

Кто прав, покажут дальнейшие исследования. Одно только ясно, что вода растворов, проходящих через магнитное поле, изменяет свои свойства, а грунты, образующиеся из этих растворов, приобретают новые особенности.

Таким образом, уже в ходе формирования осадка на дне океана, озера или реки природные магнитные поля могут воздействовать на его свойства.

Многочисленные исследования показали, что большая часть грунтов является так называемыми парамагнетиками. К ним относятся также многие минералы: пирит (FeS₂), силикаты (слюды, роговая обманка и др.), доломит (CaMgCOs), сидерит (FeCOe) и другие, в которых атомы и молекулы способны под действием приложенного магнитного поля приобретать определенную ориентировку. Давайте возьмем зерна грунта и поместим их в достаточно напряженное магнитное поле. Мы обнаружим, что все частицы ориентируются в определенном направлении. При этом они размещаются своими длинными осями вдоль магнитных линий.

Кроме того, в грунтах могут присутствовать соединения железа (минералы магнетит, гематит и др.). Они относятся к еще одной группе веществ — ферромагнетикам, которые сами способны намагничиваться и вести себя как магниты. Соответственно кристаллы этих минералов приобретают в магнитном поле строго определенную ориентировку. В отличие от парамагнетиков такие минералы сохраняют намагниченность и после снятия внешнего магнитного поля.

В минеральном царстве распространены также диамагнетики. К ним относятся такие минералы, как кварц (SiO2), кальцит (СаСОз), гипс (CaSO4-2H₂O), галит (NaCl) и ряд других. Диамагнетики значительно слабее взаимодействуют с магнитными полями. Однако, если на них действует достаточно сильное магнитное пале, они также не остаются инертными. Их частицы в отличие от пара-и ферромагнетиков, хотя и ориентируются в магнитных полях, но располагаются длинной осью перпендикулярно к силовым линиям.

Теперь легко понять, что магнитные особенности грунтов зависят от сочетания минералов диа-, пара- и ферромагнетиков. Особенно важна роль последних, играющих «первую скрипку» в проявлении магнитности грунтов. Ее изучают в грунтовых лабораториях при помощи высокоточных приборов — магнитометров.

Интересные исследования влияния магнитности на свойства грунтов были проведены Ю. Б. Осиповым. Ему удалось экспериментально показать, как влияют магнитные поля и магнитные свойства ми« нералов на грунты. Установлено, что под их действием при формировании осадка в водной среде он приобретает своеобразную структуру. Вместе с ней осадочный грунт получает ряд особых черт. Среди них — повышенная способность к ползучести. Если к такому грунту приложить нагрузку, то при определенной ее величине возникнет необратимый процесс: грунт будет буквально вытекать из-под груза или, как говорят, поползет.

При значительном по напряжению магнитном поле возрастают агрегированность и ориентировка частиц. Больше всего этот эффект проявляется в глинах, содержащих в своем составе гидрослюду. Менее влияют магнитные поля на агрегацию и ориентировку монт-мориллонитовых глин.

Ю. Б. Осипов предложил использовать особенности магнитных полей грунтов для оценки ориентировки их частиц.

Исследования магнитности грунтов только начаты. В этой области грунтоведения предстоит еще много познать.

Трескучий мороз. Прохожие стараются быстрее пробежать по улице и забраться в теплые помещения. Что же происходит сейчас с грунтами? Если они прикрыты сверху теплым, снежным «одеялом», то возникает лишь небольшое промерзание. Но бывает так, что грунт не защищен снегом. Может быть, его сдул ветер, или в октябре — ноябре начались сильные морозы, а снежного покрова еще нет. В этом случае в северных районах, где холода могут быть достаточно большими, глубокое промерзание грунта неизбежно.

Прежде всего замерзает вода в крупных порах. Она переходит в твердое кристаллическое состояние, цементируя грунтовые частицы. Слабые глинистые и песчаные водонасыщенные породы превращаются в прочные, похожие на скальные грунты. Если до промерзания их можно было легко копать лопатой, то после него для разработки этих пород необходимы лом, кирка, а иногда и применение взрывчатых веществ.

Весной, когда устанавливается теплая погода, мерзлые грунты тают и часто превращаются в грязеподобную массу.

Выяснено, что в ходе зимнего промерзания происходит увеличение объема, занимаемого водой, при превращении ее в лед. Оно составляет примерно 9 %. Однако процесс этим не ограничивается. При длительном промерзании возникает своеобразное явление непрерывного возрастания влажности грунта. Это происходит в результате подсоса воды из нижних горизонтов. Немалое значение имеет перемещение водяных паров в сторону участков с пониженной температурой. В некоторых случаях в замерзший грунт поступает настолько много воды, что образуются целые ледяные прослойки. Этот процесс сопровождается увеличением объема грунта. Возникающее при этом замерзании давление столь значительно (до 200 МПа), что с легкостью приподнимаются здания, вспучиваются асфальтобетонные покрытия амтомобильных дорог, деформируются железнодорожное полотно, взлетные полосы аэродромов и т. д. В разгаре зимы подобное вспучивание может достигать десятков сантиметров. Этот процесс получил название морозного пучения. Он приносит массу неприятностей дорожникам, строителям, гидротехникам. Пучины развиваются в начале зимы и затем до весны увеличивают свой объем. Когда наступает теплое время, лед начинает таять, грунт разжижается и на месте «вздутия» образуется углубление, заполненное жидкой грязью. Асфальт на автострадах разрушается, а на грунтовых дорогах появляются выбоины и ямы (рис. 32).

В США каждый год из-за пучения выходят из строя сотни километров автомобильных и железных дорог в штатах Висконсин, Небраска, Айдахо и др.

Строителям и специалистам по мерзлым грунтам приходится вести борьбу с зимним пучением. Для этого используют различные способы. Один из них — добавление к грунту соли (хлористого кальция). Если она составляет только 1 — 2 %, то грунт замерзает не при 0°С, а при минус 10 — 12 °С. Чаще всего этого оказывается достаточно, чтобы пучины не возникали.

Другим методом борьбы может быть осушение пучинистых грунтов. Если удается отвести воду, то процесс пучения либо не возникает, либо протекает значительно слабее.

Остановимся на другом интересном факте. Н. А. Цытович, исследуя мерзлые грунты, обнаружил, что они имеют высокую прочность только тогда, когда давление, прилагаемое к ним, действует лишь кратковременно. В этом случае замерзший грунт может выдерживать давление до 150 МПа. Но все меняется, если нагрузка действует длительное время. В этом случае мерзлый грунт начинает медленно течь, подобно очень вязкому жидкому телу.

Чем же объяснить это, на первый взгляд, странное явление? Оказывается, что в мерзлом грунте замерзает не вся вода. Связанная вода в тончайших пленках, окружающих глинистые частицы, превращается в лед при очень низких температурах (от — 30 до — 50 °С). Даже в, вечномерзлых породах на севере нашей страны температура обычно держится в пределах от — 1 до — 15°С. Таким образом, в мерзлом грунте, как правило, в жидком виде сохраняется пленочная вода. Она-то и определяет поведение мерзлого грунта при длительном приложении давления.

Если водонасыщенный грунт сначала замораживать, а затем оттаивать, то окажется, что он начнет терять свою начальную прочность. Чем чаще будут повторяться такие циклы, тем больше будет расстраиваться его структура. В конце концов, это приведет к его Полному разрушению. Конечно, данный процесс проходит в различных грунтах по-разному. В лабораториях подобное замораживание осуществляется в специальных холодильных установках.

В одних случаях для разрушения достаточно нескольких циклов, в других — десятки и сотни. Наиболее быстро разрушаются глинистые грунты. Поэтому говорят, что они «неморозостойки». Скальные грунты выдерживают сотни циклов. Их разрушение зависит от того, какая у них трещиноватость, величина пористости и какие минералы входят в их состав.

Что же является причиной разрушения пород при таком переменном замерзании и оттаивании?

Одну причину мы уже знаем — это расширение воды, содержащейся в порах, в результате перехода ее в лед. Другая причина заключается в разных величинах расширения и сжатия минералов различных типов. Как это происходит, мы покажем ниже на примере естественного выветривания рапакиви.

Процессы такого морозного выветривания грунтов можно хорошо наблюдать на откосах насыпей, карьеров, земляных дамб. Если их вовремя не укрепить травяным покровом или дерном, то неморозостойкий глинистый грунт начинает шелушиться и в нем возникает сетка трещин. А потом дождевые потоки довершают дело. Через 2 — 3 мес такие откосы потеряют свою форму и покроются глубокими промоинами.

Почему все же одни грунты разрушаются быстрее, а другие медленнее? Причины такого отношения их к температурным колебаниям многочисленны. Прежде всего это определяется характером связей между частицами. В скальных грунтах, имеющих жесткие связи, разрушение идет значительно медленнее, чем в грунтах без жестких связей.

Наиболее важным фактором, как легко можно догадаться, является присутствие воды, поэтому-то морозостойкость и оценивается в водонасыщенных грунтах. В сухих грунтах, в которых влага не заполняет пор, морозное выветривание протекает очень медленно.

Большое значение в этом процессе имеет структура породы: ее пористость (главным образом активная — крупная), размеры, размещение зерен и другие особенности.

Если быстро понижать и повышать температуру, то разрушение грунтов будет происходить интенсивнее.

При замерзании водонасыщенных грунтов возникает еще одно интересное явление — их «смерзание» с фундаментами, сваями и другими сооружениями, находящимися в грунтах. Это явление повышает величину давления, которое может выдержать свая. Измерения, проведенные С. С. Вяловым в песчаных влажных грунтах, показали возрастание их несущей способности вследствие смерзания на 25 — 50 %.

Особенность замерзших грунтов заключается также и в том, что они, в отличие от обычных, имеют не трех-, а четырехкомпонентную систему. В их строении принимает участие кроме твердой, жидкой и газообразной частей еще и лед. Образование последнего происходит при температуре от — 0,2 до — 1,2°С. Эти обстоятельства требуют применения особых методов исследования, разрабатываемых наукой «мерзлотоведением» (один из разделов инженерной геологии).

Еще в древности люди спасались от холода в землянках и пещерах. Позднее появились деревянные и каменные дома, но сооружения в грунтах и поныне служат человеку.

Это связано с тем, что сухие грунты обладают малой теплопроводностью. Давайте сравним между собой ее величину для разных пород (рис. 33). Мы увидим, что относительно воды теплопроводность сухого песка в 3, сухого суглинка в 4, а такого же торфа в 6 раз меньше.

Однако она увеличивается в 4 — 10 раз, если грунт становится водонасыщенным. Это происходит от того, что воздух, заполняющий поры, имеет в 28 раз меньшую величину теплопроводности, чем вода.

Ученые установили, что чем больше в рыхлом грунте крупных частиц (галечниковых, гравийных и песчаных), тем значительнее величина теплопроводности. Вот почему песок быстрее проводит тепло, чем суглинок.