Связанная вода, особенно вблизи от поверхности частиц, обладает повышенной плотностью, имеет большую вязкость, а температуру замерзания ниже 00 С. Количество связанной воды в грунте и в особенности ее отношение с количеством свободной воды в грунте в значительной мере определяет свойства грунтов. В песчаных и тем более в крупнообломочных грунтах благодаря относительно малой удельной поверхности частиц объем связанной воды, распределенной по поверхности частиц, очень мал. В глинистых грунтах, наоборот, а результате колоссальной удельной поверхности частиц объем связанной воды велик и в плотных глинах или суглинках почти все пора могут быть заполнены связанной водой.

Свободная вода подразделяется на капиллярную и гравитационную. Капиллярная вода в свою очередь состоит из: воды углов пор, подвешенной и собственно капиллярной воды.

Вода углов пор, или стыковая вода, образуется в местах соприкосновения частиц в виде отдельных капель, занимающих суженные части пор. Содержание этого вида воды в песках составляет 3-5 %, в супесях – 4-7 %. Участки, занимаемые водой углов пор, изолированы друг от друга и занимают незначительное пространство по отношению ко всему объему пор.

Подвешенная вода чаще всего встречается в песках. Она возникает как в однородной, так и в слоистых толщах при промачивании их сверху. В однородной толще образование подвешенной воды зависит от гранулометрического состава песка и его исходной влажности. В грубозернистых песках подвешенная вода не образуется.

Собственно капиллярная вода поднимается к верху от уровня грунтовых вод. При уменьшении количества капиллярной воды в связи с высыханием грунта наблюдается восстановление ее благодаря подъему по капиллярным порам новой части грунтовой воды под действием сил капиллярного натяжения, подобно тому, как это происходит в капиллярной трубке, опущенной одним концом в воду. Капиллярная вода замерзает примерно при температуре -1°С. Над поверхностью свободных грунтовых вод образует зону капиллярно увлажненного грунта.

Гравитационная вода обладает обычными свойствами жидкой воды и подразделяется на просачивающуюся воду и воду грунтового потока.

Просачивающаяся вода находится преимущественно в зоне аэрации и передвигается под влиянием силы тяжести сверху вниз. Это движение продолжается до тех пор, пока она не встретит на своем пути слой грунта, обладающий малой проницаемостью. После этого дальнейшее движение воды происходит под влиянием напора в виде грунтового потока.

Просачивающаяся вода оказывает локальное воздействие на толщу пород. В частности, глинистые, лессовые и другие связные грунты теряют прочность лишь на пути ее движения. В других зонах пласта прочность породы сохраняется. Вода грунтового потока оказывает воздействие на весь пласт, по которому она движется.

Содержание гравитационной воды в грунте зависит от характера его пористости. В глинистых грунтах, где количество макропор незначительно, гравитационная вода находится в небольшом количестве и при большом уплотнении грунта может совсем отсутствовать. В крупнообломочных грунтах (гравий, галечник) и в крупнозернистых песках гравитационная вода может преобладать над другими видами воды.

Насыщение грунта свободной водой снижает его прочность.

Кристаллизационная вода и химически связанная вода принимают участие в строении кристаллических решеток различных минералов. Удаление кристаллизационной воды из минералов заметно отражается на многих их химических и физических свойствах. Выделение химически связанной воды из минералов приводит к их распаду.

Максимально возможное содержание в грунте связанной, капиллярной и гравитационной воды при полном заполнении его пор называют полной влагоемкостью грунта.

Вода, находящаяся в грунте в жидком состоянии, обладает различными свойствами. При незначительном увлажнении глин или суглинков, ввиду их большой удельной поверхности, вода распределяется в массе грунта в виде очень тонких пленок, заполняя тончайшие поры между частицами. Находясь в таком состоянии, вода характеризуется ничтожной подвижностью, замедленной испаряемостью, относительно более высокой вязкостью, пониженной температурой замерзания. Вода в состоянии таких пленок способствует повышению связности грунта.

С увеличением содержания воды в грунтах происходит заполнение более крупных пор и увеличение толщины водных пленок на частицах грунта. При переходе определенных пределов влажности, характерных для каждого грунта, происходит резкое, по существу скачкообразное изменение ряда свойств и консистенции.

1.3. Газообразная составляющая грунта.Содержание воды и газа в грунте зависит от объема его пор: чем больше поры заполнены водой, тем меньше в них содержится газов. В самых верхних слоях грунта газообразная составляющая представлена атмосферным воздухом – воздух проникает в поры грунтов из атмосферы. Газообмен между атмосферой и толщей пород вызывается рядом факторов: диффузным перемешиванием газов, колебаниями температуры и давления воздуха, атмосферными осадками и ветром. Ниже газообразная составляющая представлена азотом, метаном, сероводородом и другими газами. Необходимо подчеркнуть, что метан, сероводород, угарный газ ядовиты и могут содержаться в грунте в концентрациях, опасных для жизни работающих в слабо проветриваемых выемках.

Интенсивность газообмена между грунтом и атмосферой зависит от состава и строения пород. В монолитных скальных грунтах газообмен затруднен, а в дисперсных он протекает интенсивно, при этом интенсивность тем выше, чем больше содержание макропор, трещин и пустот. В газообразной составляющей всегда присутствуют пары воды.

Газы в порах грунтов могут быть в свободном состоянии или растворены в воде. Свободный газ подразделяется незащемленный, сообщающийся с атмосферой, и защемленный, находящийся в контактах между частицами и пленками воды в виде мельчайших пузырьков в воде.

В поровой воде всегда содержится то или иное количество растворенного газа. Повышение давления или понижение температуры приводит к увеличению количества растворенного газа.

Содержание в грунте защемленного и растворенного в воде газа существенно сказывается на свойствах грунта и протекающих в нем процессах. Уменьшение давления вследствие разработки котлована или извлечения образца грунта на поверхность может привести к выделению пузырьков газа и разрушению природной текстуры грунта. Наоборот, увеличение давления при передаче нагрузки от сооружения может сопровождаться повышением содержания растворенного в воде газа. В тоже время увеличение содержания в воде пузырьков воздуха может увеличить сжимаемость вода в сотни раз и сделать ее соизмеримой со сжимаемостью скелета грунта.

При подтоплении территории подземными водами в обводненном грунте на многие годы, если не на десятилетия, задерживается защемленный газ. Это имеет большое значение, в частности, при сейсмическом микрорайонировании. На обводненных грунтах сейсмическая балльность выше. Защемленный воздух поднимает ее дополнительно, так как снижает скорость прохождения сейсмических волн.