Источники увлажнения земляного полотна. Грунтовые воды и их движение. Сезонные колебания уровня грунтовых вод. Процессы зимней миграции влаги в земляном полотне

Грунтовые воды и их движение. Насыщение земляного полотна дороги влагой — крайне опасное явление, так как при этом сильно снижается прочность дорожной одежды и устойчивость откосов насыпей и выемок. Задача борьбы с переувлажнением грунтов земляного- полотна осложняется тем, что вода может попадать в земляное полотно двумя путями:

1. Просачиваться с поверхности

2. Подниматься по капиллярам в виде паров и пленок жидкостей, от уровня грунтовых и длительно стоящих вод.

Выпадающая дождевая вода частично стекает по поверхности земли, а частично просачивается вглубь, скапливаясь над водонепроницаемыми слоями в порах вышележащего грунта. Поверхность образовавшейся таким образом грунтовой воды, заполняющей поры нижней части водонепроницаемого слоя, представляет собой до некоторой степени смягченную копию рельефа местности. Уровень грунтовой волы приподнимается под холмами и слегка снижается под долина. В местах, где уровень грунтовых вод выходит на поверхность земли, образуются ключи или болота. В этом месте уровень грунтовых вод 120 понижается. На грунтовом профиле в плоскости направления течения воды поверхность грунтовых вод образует кривую депрессии, которая тем круче, чем менее водопроницаем грунт.

Промежутки между грунтовыми частицами имеют малые размеры и образуют тонкие каналы неправильной формы и переменного сечения — капилляры. По этим капиллярам вода распространяется под действием молекулярных сил от уровня грунтовых вод и из мест застоев на поверхности" грунта. Таким образом, над уровнем грунтовых вод и в поверхностном слое грунта после дождей имеются двё зоны капиллярной воды: поднимающаяся от уровня грунтовых вод и так называемая подвешенная, не связанная с уровнем грунтовых вод, а образующаяся у дневной поверхности мелкозернистых грунтов после выпадения атмосферных осадков.

Уровень, которого достигает вода, поднимаясь от поверхности грунтовых вод по капиллярам, зависит от крупности грунтовых частиц и от степени уплотнения грунта. В песках высота капиллярного поднятия невелика (менее 30—50 см), а в пылеватых грунтах может достигать несколько метров.

При повышении уровня грунтовых вод соответственно поднимается н уровень капиллярного поднятия. Слой грунта выше уровня капиллярного поднятия содержит воду в виде тончайших пленок, измеряемых долями микрона (связанная вода), а также в виде водяных паров, содержащихся в воздухе, который находится в порах между частицами.

Отдельные виды грунтовой воды в земляном полотне не остаются в течение года в статическом равновесии. Под влиянием притока воды извне, а также при изменении температуры и атмосферного давления происходят колебания уровня грунтовых вод и уровня капиллярного поднятия, а также перемещение водяных паров и пленочной влаги из мест с более высокой температурой в места с температурой более низкой.

Таким образом, источниками увлажнения земляного полотна являются: выпадающие осадки, приток воды от дождей и таяния снега со склонов местности, капиллярное поднятие от уровня грунтовых вод, конденсация водяных паров из воздуха и перемещение пленочной влаги по поверхности грунтовых частиц. В зависимости от климатического района, местных условий и от- времени года могут преобладать те или иные причины увлажнения ЗП.

Сезонные колебания уровня грунтовых вод. Процессы зимней миграции влаги в ЗП.При рассмотрении водно-теплового режима земляного полотна различают следующие периоды годовых циклов изменения влажность грунтов земляного полотна:

1. Осеннее накопление влаги, которое происходит в результате просачивания атмосферных осадков, а также в результате миграции влаги от поверхности грунтовых вод.

2. Зимнее перераспределение влаги

3. Оттаивание и весеннее переувлажнение

4. Летнее просыхание.

Режимом грунтовых вод называется изменение их состояния во времени (колебания уровня, изменение скорости грунтовых вод). Режим грунтовых постоянно изменяется в зависимости от условий питания. Как правило весенний подъём УГВ выше,чем осенний, но весенний подъём УГВ не оказывает существенного влияния на вводно-тепловой режим зем. полотна. Зимнее влагонакопление в верхней части зем. полотна и морозное пучение в последующем, вызвано процессами подтягивания влаги снизу в верх по незамерзающим водным плёнкам. наиболее опасный период для устойчивости зем. полотна является осеннее-зимний период, поэтому за расчетный уровень грунтовых вод во 2-5 ДКЗ принимаются его наивысшее многолетнее положение перед началом промерзания зем. полотна. Промерзание грунта зем. полотна представляет собой тепломассообменный процесс, при котором происходит непрерывная миграция 2-х фазной влаги (жидкая фаза и пар) и конденсация и испарение. Процесс зимнего перераспределение влаги приводит к накоплению влаги в верхних слоях зем. полотна.В процессе замерзания влаги в теле зем. полотна создаётся разность температур в пределах от 4-6 град. Выше 0 у уровня грунтовых вод до отрицательных температур в зоне промерзания грунта. Под влиянием разности температур влага перемещается от тёплого грунта к границе промерзания в отдельных крупных порах, при температурах ниже 0 образуются кристаллы льда, которые постепенно увеличиваются в объеме притягивая к себе влагу. Перемещение влаги наиболее интенсивно происходит при температурах от 0 до 3 град. В грунте зем. полотна в результате этих процессов образуется линзы льда, вызывающие морозное пучение на поверхности грунта. Для 2-3 климатической зоны перепад температур от 6 до -3-5 град. Явление довольно частое и продолжительное в осенний период. Поэтому процесс влагонакопления продолжается всю осень и заканчивается при постоянных морозах.