8.2 Водные свойства горных пород

К водным свойствам горных пород относятся водопроницаемость, влажность, влагоемкость, водоотдача, водопоглощение и водонасыщение.

Водопроницаемость - способность пород пропускать воду, зависит от пористости и трещиноватости. Все породы подразделяются на водонепроницаемые (водоупоры) - глины, ненарушенные магматические и

метаморфические породы и на водопроницаемые (водосодержащие) - пески, щебень, трещиноватые породы. Водопроницаемость количественно определяется коэффициентом фильтрации.

Водопоглощение - способность породы поглощать воду, выражается отношением веса свободно поглощенной воды к весу сухой породы.

Водонасыщение - способность заполнять все поры и трещины (из которых предварительно удален воздух под вакуумом) водой под давлением 150 атм. Количественно выражается отношением веса поглощенной воды к весу сухой породы (в %).

Влажность - отношение веса воды, содержащейся в порах, к весу минерального скелета.

W= ,

W - влажность;

Р_Е- вес породы с влагой;

Рск - вес сухой породы.

В природных условиях порода содержит естественную влажность. Не всегда все поры заполнены водой. В этом случае говорят об относительной влажности (G):

G=

Наибольшая влажность наступает тогда, когда все поры заполнены водой. Она называется полной влагоемкостью.

Водоотдача - способность водонасыщенной породы отдавать часть воды путем стекания под действием сил тяжести.

3. Виды воды в горных породах

В горных породах существует парообразная, гигроскопическая, пленочная, капиллярная, гравитационная и вода в твердом состоянии.

Парообразная вода в виде водяного пара вместе с воздухом заполняет пустоты в породе. Она обладает большой подвижностью, перемещается от мест с большей упругостью к местам с меньшей упругостью. Она проникает в породу из атмосферы или в результате испарения подземных вод.

Ф

Частицы породы

Молекула воды

изически связанная вода. Поверхность минеральной частицы о бладает отрицательным зарядом. Молекулы воды имеют дипольное строение. Молекулы воды положительным концом прикрепляются к поверхности частицы и удерживаются электромолекулярными силами. Влияние таких сил сказывается на пленку толщиной 15-20 молекул. Эта вода называется физически связанной, а пленка – сольватной. Физически связанная вода подразделяется на прочносвязанную (вода первого слоя) или гигроскопическую (адсорбированную) и на рыхлосвязанную (вода последующих слоев). Физически связанная вода удаляется при продолжительном (1 сутки) нагревании при 105С.

Свободная вода - капиллярная и гравитационная вода. Капиллярная вода заполняет поры и трещины в породе и удерживается силами капиллярного натяжения (менисковые силы). Капиллярная вода образует кайму над гравитационной водой. Гравитационная вода такая, которая перемещается под действием сил тяжести.

Рис. 43 – Формы нахождения воды в пустотах горных пород: а – гигроскопичная; б – пленочная (сольватная); в – капиллярная; г – гравитационная; 1 – зерна породы; 2 – вода

Уровенььь

Химически связанная вода находится в составе минералов и подразделяется на кристаллизационную воду – в виде H₂O: CaSO₄ ^. 2H₂O;

цеолитная вода – молекулы H₂O заполняют пустоты в каркасе минерала;

конституционная вода – гидроксильные группы (OH)^- и группа гидроксона (H₃O)⁺, содержащиеся в минералах: каолинит Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈.

Вода в твердом состоянии – лед.