2. Влажность и влагоемкость

В связи с наличием свободного пространства, не заполненного минеральным веществом, практически все горные породы харак­теризуются определенными емкостными свойствами (емкостью) и могут содержать (вмещать) определенное количество воды, возду­ха, газов и других жидкостей. Применительно к содержанию под­земных вод это общее свойство горных пород называется влагоем- костью. В отличие от этого количество (объем или масса) воды, непосредственно содержащейся в элементе горной породы, отне­сенное к объему или массе этого элемента, характеризует состояние горной породы и называется ее влажностью^.

Таким образом, численно влажность и влагоемкость горной породы определяются из одного соотношения:

¹ В этом смысле влагоемкостью как свойством могут обладать и горные по­роды, находящиеся в абсолютно сухом состоянии (при отсутствии влажности).

(в(И0 = —100%, (3.4)

^V’o6p

где со — объемное значение влагоемкости (W — влажности) горной породы, доли единицы, или %; v_B — объем воды, содержащейся в данном элементе горной породы, см³, м³ и т.д.; v_o6 — объем элемента горной породы (образца) в абсолютно сухом состоянии, см³, м³ и т.д. (при отношении массы воды к массе образца полу­чаем весовое значение влажности).

В связи с возможностью нахождения в пустотах минерального скелета горных пород различных видов воды (см. гл. 2) и различ­ной степенью водонасыщения породы обычно выделяются следую­щие (характерные) значения влагоемкости и влажности горных пород (табл. 3.3).

Таблица 3.3

Характерные значения влагоемкости и влажности горных пород

Влагоемкость (влажность)	Примечание
Гигроскопическая влагоемкость (гигро­скопичность, максимальная гигроско­пичность) (!>!	Максимальное количество прочно­связанной воды, образующейся в горной породе в результате процес­сов адсорбции молекул парообразной воды поверхностью минеральных частиц при относительной влажности воздуха 90—100%
Максимальная молекулярная влагоем­кость сом „	По А.Ф. Лебедеву, соответствует со­держанию в горной породе макси­мального количества воды, удержи­вающейся молекулярными силами на поверхности минеральных частиц (устаревшее понятие)
Наименьшая влагоемкость (водоудержи­вающая способность горной породы) ыи	Влажность, определяемая максималь­ным количеством прочносвязанной, осмотической, капиллярно-разобщен­ной, капиллярно-подвешенной воды
Капиллярная влагоемкость ык	Количество воды, соответствующее полному заполнению всех капилляр­ных пустот (влажность капиллярной каймы)
Полная влагоемкость юп	Максимально возможное количество воды (все виды воды) при полном заполнении свободного пространства в минеральном скелете горной по­роды
Максимальная влажность Wa	Влажность горной породы, соответст­вующая полной влагоемкости

Окончание табл. 3.3

Влагоемкость (влажность)	Примечание
Естественная влажность К'	Влажность горной породы в естест­венных условиях (в зависимости от условий залегания может соответст­вовать любому уровню влагоемкости)
Гравитационная емкость водоотдача р недостаток насыщения р'	М = р' = со0 - Wc

При полном насыщении горной породы водой (в случае отсут­ствия защемленного воздуха, газа и др.) объем воды, содержа­щейся в ней, численно равен объему пустот (со₀= И^/₀ = л_с). Во всех других случаях (другие величины влагоемкости) объем воды, со­держащейся в горной породе, зависит от структуры свободного пространства, размера пустот, минерального состава породы и других параметров и не может быть определен исходя из величи­ны ее скважности (обшей, открытой или активной).

Собственно гидрогеологическим параметром, характеризую­щим емкостные свойства горных пород по отношению к воде, является так называемая гравитационная емкость (влагоемкость) горных пород, определяемая как отношение объема свободной гравитационной воды, содержащейся в образце (элементе) горной породы при полном насыщении, к объему образца. Гравитацион­ная емкость, определяемая при осушении горной породы, назы­вается водоотдачей и может быть рассчитана как разность между полной и наименьшей влагоемкостью; при насыщении горной породы она называется недостатком насыщения, равным разности между полной влагоемкостью и естественной влажностью данно­го грунта (см. табл. 3.4).

Таким образом, величина водоотдачи (р) зависит от свойств самой горной породы (общая пустотность, размеры пустот, струк­тура “свободного” пространства, минеральный состав и др.), опре­деляющих суммарное количество различных видов связанной воды (со_н) и объем воды при полном насыщении (ю_о). В этом смысле она может рассматриваться как объективное свойство (па­раметр) данной горной породы. В определенной мере величина водоотдачи зависит также от скорости осушения горной породы (скорости снижения уровня полного насыщения), поскольку эта скорость может определять (при прочих равных условиях) фор­мирование различных объемов капиллярной воды (капиллярно- подвешенная вода).

Величина недостатка насыщения (р') зависит не только от объективных свойств горной породы (ю₀), но, в отличие от водоот­дачи, также от условий залегания, определяющих степень суще­ствующего насыщения свободного пространства водой. В реальных условиях в зависимости от залегания и изменения естественной влажности (W) недостаток насыщения изменяется в широких пределах (см. табл. 3.3): 0 ^ р' ^ со₀ - (о₍.

В связи с этим недостаток насыщения не может рассматри­ваться как параметр горной породы, а является комплексной ха­рактеристикой ее свойств в определенных условиях залегания.