1.2 Водные свойства горных пород

Водные свойства горных пород определяются в их способности изменять состояние, прочность и устойчивость при взаимодействии с водой, поглощать и удерживать воду или фильтровать ее.

В природных условиях в грунтах всегда содержится вода, но ее количество, т.е. влажность (W), может изменяться в широких пределах.

1.2.1. Виды воды в горных породах и условия ее движения в гидролитосфере

Подземную воду следует рассматривать как физически самостоятельное тело, которое может находиться в грунтах, как в капельно-жидком, так и в твердом (в виде льда) или газообразном (в виде пара) состоянии.

1. воды в свободном состоянии, способные к самостоятельным формам движения, различным, в зависимости от конкретного вида воды;

2. воды в связанном состоянии, не способные к самостоятельным формам движения, без перехода в свободное состояние (в другие виды воды).

1.2.2 Характеристика видов воды в грунтах по формам связей

В настоящее время, учитывая степень подвижности воды, различают несколько форм связей воды в грунтах.

Итак, с учетом современных представлений классификация подземных вод выделяет в подземной гидросфере пять видов воды: парообразную, твердую, физически свободную, физически и химически связанную.

1.2.3 Важнейшие свойства грунтов, определяющие их отношение к воде

Важнейшими свойствами грунтов, определяющими их отношение к воде, является влагоемкость, водопроницаемость, капиллярность, а у глинистых грунтов, кроме того, размокание, набухание и усадка и др.

1.2.3.1 Влагоемкость

Полная влагоемкость (W_maх) – это влажность грунта, выраженная в долях единиц, при полном заполнении его пор водой.

Максимальная молекулярная влагоемкость (W_m) – способность грунта удерживать в себе пленочную или гигроскопическую воду, тесно связанную с частицами грунта.

По разности полной и максимальной молекулярной влагоемкости находят количество воды, которое может отдать грунт при дренировании. У песков эта разница называется водоотдачей (W_В). Она характеризует водообильность насыщенного водой песчаного грунта и должна учитываться при расчетах добычи подземных вод.

(1.15)

где W_в – водоотдача рыхлых пород, %;

W_max – полная влагоемкости (водоемкости), %;

W_m – максимальная молекулярная влагоемкость, %.

Она характеризует, какая часть воды (%) от общего ее содержания в породе свободно стекает.

Для количественной характеристики водоотдачи служит также коэффициент водоотдачи К_в, равный отношению объема стекающей воды к объему породы, выраженный в долях единицы.

Преобразуем формулу 1.15 и получим выражение для вычисления коэффициента водоотдачи – формула 1.16:

(1.16)

где К_в – коэффициент водоотдачи рыхлых пород, доли единиц;

ε – коэффициент пористости породы доли единиц;

ρ_s – плотность минеральной части породы при естественной влажности, г/см³;

ρ_w – плотность пластовой воды, г/см³.

W_m – максимальная молекулярная влагоемкость, доли единиц.

Характеристикой водопроницаемости грунта является коэффициент фильтрации (К_ф), т.е. скорость прохождения воды через грунт при градиенте напора равном единице. Коэффициент фильтрации выражают в см/сек или м/сут.

Капиллярная влагоемкость – способность грунта заполнять только капиллярные поры в результате поднятия капиллярной воды снизу, от свободного уровня воды.

Полная и капиллярная влагоемкости для одного и того же вида грунта могут значительно изменяться в зависимости от его плотности, характера сложения и структуры.