Если мы опустим конец трубки с песком в воду,
то увидим, что вода в трубке будет подниматься сначала быстро, затем все
медленнее, наконец, ее передвижение станет незаметным для глаза. Высоту наибольшего поднятия воды (вернее, ее среднее значение по контуру трубки) принять называть ее статической высотой капиллярного поднятия.
Предположим, что основание трубки соприкасается с
поверхностью воды в сосуде. Тогда вдоль вертикальной линии будем иметь атмосферное давление.
Молекулярные силы, заставляющие жидкость подниматься между песчинками,
действуют так, что в смоченной части трубки будет иметь место давление ниже
атмосферного (вакуум).
Это условие, которое должно выполняться на
свободной поверхности грунтовых вод, было указано Н. Е. Жуковским,
уточнено В. В. Ведерниковым и применено им, а потом и другими учеными при
решении ряда задач.
Отметим, что верхний слой грунта (почва) является структурным, т. е. таким, в котором элементарные частицы
объединены агрегаты минеральных частиц,
сцементированных перегноем. Между комками диаметром 1—5 мм образуются
крупные поры. В структурном грунте капиллярность почти не наблюдается. Мала она
и в крупнозернистых грунтах. Однако есть грунты, в которых капиллярное поднятие
достигает высоты 3—5 м. Как известно, высота поднятия воды в
каппиллярной трубке, смачиваемой водой, зависит от кривизны мениска.
Поры почвы представляют сложный
«лабиринт пустот», а потому для высоты капиллярного поднятия будет иметь место
более сложная зависимость. Для песка используется приближенная.
Теперь рассмотрим несколько
примеров движений грунтовых вод. Движения грунтовых
вод делятся на напорные, безнапорные и полу напорные.
Напорным движением
в теории фильтрации называют такое движение, в котором нет свободной
поверхности. Таково движение грунтовой воды под
гидротехническим сооружением, происходящее под влиянием разности напоров в
верхнем и нижнем бьефах, или приток воды к скважинам в водоносном пласте,
ограниченном непроницаемыми поверхностями. В напорном движении всегда сверху
имеется твердая стенка, границы области движения бывают лишь двух типов: линии тока и линии
равного потенциала.
Безнапорным движением называется такое, в котором область
движения ограничена сверху свободной поверхностью.
Полунапорная фильтрация характеризуется тем, что фильтрационный поток сначала соприкасается с подземным
контуром сооружения, а затем отрывается от него образуя свободную поверхность.
Полунапорное движение имеет место под сооружениями, ниже которых имеется
значительное падение уровня грунтовых вод, например под водосбросами и напорными
бассейнами гидростанций.