Появление капиллярных сил

Появление капиллярных сил обусловливается наличием изогнутой капиллярной трубки, заменяющей собою все капиллярные ходы в грунте, а мениск в ней — все мениски по поверхности грунта. В том случае, когда мениск на конце трубки отсутствует или представлен слабо изогнутым, модель соответствует грунту в текучем состоянии, скелет грунта (пружина) свободно изменяет свое положение — течет. Вода в сосуде находится в гидростатическом состоянии.

Чтобы вывести модель из описанного выше состояния, достаточно нагрузить поршень грузом, выждать момент, когда пружина сожмется (скелет будет в напряженном состоянии), часть воды выдавится, а затем внезапно снять весь груз. После снятия груза пружина — скелет грунта — стремится расправиться и втянуть в сосуд воду из трубки. Образовавшийся на конце трубки мениск будет этому препятствовать и разовьет свою подъемную силу, вычисляемую по формуле Лапласа, причем может случиться, что величина подъемной силы мениска будет достаточна, чтобы удержать пружину — скелет грунта—в сжатом состоянии и не позволить ей выпрямиться, при этом вода в сосуде придет в напряженное состояние, отвечающее возникшему в ней отрицательному давлению.

Таким образом мы убеждаемся в способности капиллярных сил оказывать на пружину—скелет грунта — действие, эквивалентное действию нагрузки. Кубик из глины не рассыпается только потому, что по его поверхностям образовались мениски, развившие капиллярные силы, способные удержать частички глины в напряженном состоянии.

В дальнейшем, если мы имеем дело с кубиком глины, то будем предполагать наличие капиллярных сил, действующих по схеме

Давая модели конкретные размеры, мы получим представление о величинах действующих сил. Например, если высота сосуда 10 см, площадь его поперечного сечения 100 см2, диаметр d капиллярной трубки 0,1 лиг = 0,01 см, то максимальная капиллярная сила,

Полученный объем представляет собой разность влажности грунта при пределе текучести и при переходном состоянии — пределе скатывания. Эту величину называют числом пластичности.

Приведенный пример подтверждает сделанное на стр. 62 утверждение о том, что число пластичности характеризует собой жесткость грунтового скелета. Число пластичности тем больше, чем больше упругость грунтового скелета. При очень жестком скелете число пластичности должно равняться нулю.

Если весь прибор с образовавшимся на конце капиллярной трубки мениском поставить в сосуд с водой таким образом, чтобы вода покрывала капиллярную трубку, то в первый момент вода уничтожит мениск, а вместе с ним и капиллярное давление, но пружина сразу не выпрямится. Скорость ее выпрямления зависит от скорости движения воды в капиллярной трубке. По мере того как вода будет поступать в сосуд, пружина будет постепенно выпрямляться вплоть до того момента, когда войдет объем воды, так как можно считать, что пружина, сделанная из стали, обладает совершенной упругостью. Так как грунт не обладает совершенной упругостью, то объемы воды при испарении и при разбухании будут разными, а вместе с ними будут разными и числа пластичности, определяемые при усыхании и при разбухании, причем число пластичности, определяемое при усыхании грунта, вообще говоря, «должно быть меньше числа пластичности того же грунта при его разбухании.