Следующие слои рыхлосвязанной воды по мере удаления от твердой поверхности грунтовых частиц удерживаются значительно меньшими силами и их можно выдавить из пор грунта давлением в несколько раз меньшим, чем необходимо для выдавливания адсорбционной воды. Свободная же вода, находящаяся вне сферы действия молекулярных сил, может перемещаться в порах под действием гравитационных и капиллярных сил. Наличие пленок связанной воды блокирует влияние молекулярных сил и уменьшает их. В углах же и на ребрах частиц толщина пленок меньше, поэтому сила взаимного притяжения частиц при соприкосновении этими местами увеличивается.

При наличии адсорбционных оболочек между частицами существуют одновременно и отталкивающие и притягивающие силы. Отталкивающие обусловлены расклинивающим действием тонких слоев воды и отталкиванием одноименно заряженных диффузных слоев. Притягивающие — молекулярным притяжением частиц.

При сближении частиц обе силы увеличиваются. Однако силы притяжения возрастают быстрее, и на определенном расстоянии они начинают преобладать. Поэтому при высыхании грунта или сближении частиц давлением сильнее проявляются молекулярные силы, что и повышает прочность грунта.

Если воды в грунте окажется больше, чем это определяется адсорбционной способностью грунта (характеризуемой молекулярной шшгоемкостью), водные пленки, окружающие частички материала, утолщаются и сливаются. В этом случае количество воды в грунте определяется его капиллярной влагоемкостью. Капиллярная вода стягивает частицы грунта в соответствии с известной- из физики формулой Лапласа. Следовательно, при наличии капиллярной воды связность грунтов определяется в основном капиллярными силами, сближающими частицы. Капиллярные силы в грунтах при определенных условиях могут достигать довольно больших значений.

При дальнейшем увлажнении материала все поры заполняются водой (ее объем определяют дтолной влагоемкостью) и таким образом отключаются силы поверхностного натяжения. Однако в полностью увлажненных грунтах силы молекулярного взаимодействия не становятся снова превалирующими. Связи в этом случае будут коагуляционными.

Из физической химии известно, что увлажнение дисперсного материала влечет за собой образование на его поверхности двойного электрического слоя. Слой этот образуется либо вследствие адсорбции на поверхности частиц ионов из окружающего раствора, либо вследствие диссоциации молекул поверхностного слоя твердой фазы. В результате двойной электрический слой представляется аналогичным плоскому конденсатору, одна обкладка которого находится в твердой фазе, другая — в жидкой. Знаки зарядов твердой и жидкой обкладок зависят от минералогического состава дисперсных частиц. При взаимодействии их частицы с двойными электрическими слоями противоположной полярности притягиваются по известным законам электростатики. При уплотнении же таких коагуляционных структур до прямого соприкосновения зерен между ними снова начинают действовать молекулярные силы

Следовательно, дисперсные грунты можно уподобить сложным электрическим системам. Заряды отдельных частиц компенсированы через взаимное притяжение или вследствие взаимодействия их с диполями воды и катионами Отсюда следует, что в состоянии равновесия грунты в целом являются электрически нейтральными. Однако при нарушении двойного электрического слоя, разрушении или деформации кристаллической решетки поверхностных слоев зерен возможно появление новых электрических зарядов. Они возникают также в результате трения между частицами при прохождении через грунт упругих волн. Таким образом, в дисперсных грунтах при определенных условиях и под воздействием ряда факторов возникает статическое электричество, вследствие чего образуются дополнительные связи между довольно крупными частицами (0,01—• 0,25 мм). Это явление называется сейсмоэлектрическим эффектом.

Частицы грунта, соприкасающиеся с водой, взаимодействуют с ней. В результате происходят физико-химические реакции, связанные с выпадением из постепенно концентрирующихся растворов различных солей. Продукты этих реакций заполняют поры грунта, покрывают поверхность частиц пленками и корочками, цементируя тем самым грунт и способствуя его окаменению. Это — процесс возникновения так называемых кристаллизационных связей, сопровождающийся увеличением прочности грунтов. Так как зерновой состав нескальных грунтов имеет весьма широкий диапазон размеров, эффекты, связанные с теми или иными факторами, определяющими сцепление в грунте, также сильно отличаются друг от друга в зависимости от степени раздробленности частиц, слагающих скелет. Чем дисперснее материал, тем больше контактов приходится на единицу его объема и, следовательно, тем интенсивнее силы его сцепления. Например, сцепление грубодисперсных грунтов при отсутствии того или иного цементирующего вещества настолько слабо, что при свободной засыпке эти грунты легко рассыпаются и принимают вид конической кучи. Такие грунты называют несвязными. Тонкодисперсные грунты, имеющие большую удельную поверхность, могут не обладать сыпучестью и быть в зависимости от влажности твердыми, пластичными, текучими. Такие грунты принято называть связными. Такое разделение удобно, хотя и весьма условно, так как связностью в большей или меньшей степени обладают все грунты независимо от их структурных особенностей и вида веществ, заполняющих поровое пространство.

Знание структурных особенностей грунтов дает возможность изменять их свойства в некоторых пределах, т. е. управлять прочностными характеристиками. Это, в свою очередь, открывает возможность проектировать рабочие процессы наиболее эффективно и конструировать оборудование, воздействующее на грунты, различными способами. В частности, необходимо учитывать, что при замачивании лёссовых грунтов значительно ослабляются их кристаллизационные связи, что способствует их уплотнению; термическим же воздействием на лёссовые грунты их упрочняют.

Один из методов повышения несущей способности слабых грунтов — электрохимическое закрепление их.

Введение электролитов в грунты с коагуляционными связями приводит к объединению отдельных зерен в структурные агрегаты и к слипанию последних.