Капиллярное поднятие

Капиллярное поднятиеКапиллярное поднятие – поднятие воды, содержащейся в грунте, по пустотам капиллярного размера под действием сил её поверхностного натяжения. Поднятие воды в капиллярах происходит за счёт энергии взаимодействия молекул воды с молекулами поверхности, разделяющей воду и частицы грунта, в результате поверхностного натяжения воды. В капиллярах между частицами поверхность воды приобретает вид вогнутых менисков, а сила поверхностного натяжения направлена по касательным к вогнутым поверхностям менисков. Под влиянием суммы вертикальных составляющих этих сил вода по капиллярам поднимается на высоту капиллярного поднятия. Его высота увеличивается с ростом поверхностного натяжения, уменьшением радиуса пор, плотности поровой жидкости и с увеличением угла смачивания и капиллярного давления.

Высота капиллярного поднятия

Величина высоты капиллярного поднятия определяется зависимостью h_c=2 σcosθ /rρ_wg= P_кап/ρ_wg, где σ – поверхностное натяжение жидкости; θ – угол смачивания; r – радиус капилляра; ρ_w – плотность воды; g – ускорение свободного падения.

В грунтах высота капиллярного поднятия зависит от их минерального и химического составов, структурно-текстурных особенностей, состава и свойств поровой жидкости. Влияние химико-минерального состава проявляется через угол смачивания, который зависит от смачиваемости минерала жидкостью. У гидрофильных минералов θ→0, у гидрофобных θ→90⁰. Гидрофильные плёнки на поверхности частиц увеличивают величину капиллярного поднятия, гидрофобные снижают её. Влияние структурно-текстурных особенностей грунтов проявляется через их дисперсность, увеличиваясь с её ростом.

Высота капиллярного поднятия в однородных несвязных грунтах (по А. Аттенбергу)

Высота капиллярного поднятия суглинков и глин (по Ф.П.Саваренскому) 

В глинах высота капиллярного поднятия достигает 8 м и даже больше, в суглинках – 4 м, в супесях – 1,5 м, в песках мелкозернистых – 1 м, в среднезернистых – 0,4 м, в крупнообмолочных грунтах она не имеет практического значения. Капиллярное поднятие осуществляется только в сообщающихся порах и пустотах капиллярного размера. Более мелкие поры, в которых содержится связанная вода, в капиллярном поднятии не участвуют.

Состав поровой жидкости оказывает влияние на высоту капиллярного поднятия через плотность – чем менее плотна жидкость, тем больше высота капиллярного поднятия. Процесс капиллярного поднятия проходит с изменяющейся скоростью, которая максимальна в начальный период времени,  а затем снижается до нуля. В глинистых грунтах скорость капиллярного поднятия затухает медленнее, чем в песчаных. За счёт разности капиллярного давления в разных точках слоя грунта капиллярная влага может перемещаться в любом направлении, образуя, в частности, зону капиллярно-подвешенной влаги. Толщина такой зоны равна разности высот капиллярного поднятия в контактирующих грунтах разной дисперсности. Наиболее часто зона капиллярно-подвешенной влаги образуется в зоне аэрации над уровнем грунтовых вод.

Главная-->Справочник геолога-->Капиллярное поднятие