6. Трещиноватость горных пород. Классификация трещин. Значение в строительной практике.

7. Подземные воды. Происхождение и разновидности.

К подземным относятся воды, которые находятся в порах, тре­щинах или пустотах горных пород, обладающих способностью отдавать воду при ее откачке.

По своему происхождению подземные воды подразделяются на остаточные (погребенные или реликтовые), ювенильные и инфильтрационные. С остаточными и ювениальными подземными подами в строительной практике обычно никогда не встречаются.

Остаточными называются воды бывших морских водоемов. Эти поды находятся в морских донных осадках и сохраняются в них после отступления моря. Их отличительными особенностями яв­ляются повышенная минерализация (часто представляют собой рассолы) и залегание на очень больших глубинах.

Ювинильными называются воды, проникающие в поверхност­ные горизонты земной коры из недр Земли в результате конден­сации паров воды, выделяемых магмой. В чистом виде ювениль­ные воды не встречаются. Смешиваясь с пресными подземными йодами, они дают начало минеральным водам, отличающимся (обычно) повышенной температурой.

Инфильтрационные воды образуются в результате инфильтра­ции (просачивания) выпадающих на поверхность земли атмо­сферных осадков в глубь земной коры.

Выпадение атмосферных осадков, нагревание солнцем земной поверхности ведут к образованию процесса непрерывного круго­ворота воды в природе (рис. 4.1). Испаряющаяся с поверхностей океанов, морей и рек, а также с поверхностей суши и раститель­ною покрова влага в виде водяного пара поднимается в атмосфе­ру, где конденсируется и вновь возвращается на землю в виде ммосферных осадков. Часть осадков, выпавших на землю, испа­ряется и возвращается в атмосферу, часть осадков (поверхност­ный сток) стекает в водотоки и водоемы, часть осадков инфиль- Фуется в землю и образует скопления подземных вод. Подземные поды, в свою очередь, в виде источников и ключей питают от- i рытые водотоки и водоемы.

Гидрогеология (наука о подземных водах) верхнюю часть зем­ной коры подразделяет на две зоны: зону аэрации и зону насыще­ния.

Рис. 4.1. Схема круговорота воды в природе

В зоне аэрации происходит вертикальное просачивание (ин­фильтрация) атмосферной влаги (или вод открытых водоемов и водотоков) до уровня грунтовых вод; здесь, как правило, не все поры (или пустоты) заполнены водой. Ниже уровня грунтовых вод вся толща грунтов находится в состоянии полного водонасыщенния и поэтому называется зоной насыщения.

Мощность зоны аэрации, следовательно, определяется глуби­ной залегания уровня грунтовых вод от поверхности земли, кото­рая зависит от рельефа местности, климатической обстановки и изменяется в широких пределах. В северных областях России, где рельеф плоский, а количество выпадающих атмосферных осадков значительно превышает испарение, зона аэрации практически равна нулю.

По мере продвижения к югу рельеф местности становится рас­сеченным оврагами и речными долинами, что создает благопри­ятные условия для дренирования подземных вод, вследствие чего уровень грунтовых вод понижается и, следовательно, мощность зоны аэрации увеличивается. В Московской области, например, зона аэрации достигает 20 м.

В государствах Средней Азии, в районах сухих степей и пус­тынь, где испарение во много раз превышает количество выпада­ющих осадков, мощность зоны аэрации достигает 30...40 м.

В зоне аэрации вода находится и следующих состояниях: паро­образная вода (водяной пар); гигроскопическая вода; пленочная | вода; свободная (гравитационная) вода.

Парообразная вода (водяной пар) находится в зоне аэрации в порах, не занятых водой. Несмотря на ее малое содержание в фунтах (около 0,1 'с от массы сухого грунта) она играет очень большую роль во влажностном режиме почвенных и лежащих ниже (в зоне аэрации) горизонтов грунтов, особенно в районах степей и пус­тынь.

Гигроскопическая вода прочно связана с поверхностью частиц. При связывании ее с породой выделяется теплота (теплота сма­чивания), что является основным формальным признаком, отли­чающим гигроскопическую воду от других видов связанной воды. Она не может передвигаться с частицы на частицу, а лишь, отры­ваясь от частицы, переходит в пар. Гигроскопическая вода может быть образована либо за счет простого смачивания частицы грун­та водой, либо за счет поглощения сухим грунтом паров воды, находящихся в порах грунта. Независимо от способа образования гигроскопическая вода всегда находится в равновесии с упруго­стью водяного пара порового воздуха, уменьшаясь или увеличи­ваясь в зависимости от уменьшения или увеличения влажности воздуха.

Максимальное количество воды, поглощаемое грунтом с вы­делением теплоты, называется максимальной гигроскопической влаж­ностью. Для чистых песков она составляет доли процента, для гли­нистых грунтов может достигать 18% (лёсс — 7,9%, чернозем —7,4%).

Пленочная вода образует на поверхности частиц пленку, тол­щина которой зависит от вещественного состава и крупности ча­стиц. В отличие от гигроскопической пленочная вода передвигает­ся в породе с частицы на частицу, из участков с большей толщи­ной пленки в участки с меньшей ее толщиной.

Движение пленочной воды не зависит от силы тяжести, совер­шается в различных направлениях, играет важную роль в форми­ровании свойств и состояния глинистых грунтов. Миграция пле­ночной влаги в конструкциях земляного полотна из зон избыто­чного увлажнения в зоны промерзания является главной причи­ной образования морозных пучин. Максимальное количество пленочной воды (включая и гигроскопическую воду), удерживаемое грунтом, называется максимальной молекулярной влагоемкостыо. Для чистых песков она составляет 3...4%, для глинистых грунтов — до 39...41 %. В глинистых грунтах большая часть воды находится в связан ном состоянии.

Свободная (гравитационная) вода в зоне аэрации либо нахо­дится в виде капиллярно-подвешенной воды, как это указывалось ранее, либо медленно продвигается (просачивается) вниз и дохо­дит до уровня грунтовых вод. Если при своем движении вниз сво­бодная вода в зоне аэрации встречает небольшие линзы глини­стых пород, являющихся водоупором, то она начинает здесь скап­ливаться и образует так называемую верховодку.

Гидрологический режим верховодки целиком зависит от кли­матических условий, главным образом от соотношения количе­ства выпадающих осадков и интенсивности процессов испарения. В северной и средней полосе России верховодка очень часто имеет сравнительно большие запасы вод и исчезает только в особо за­сушливые годы. В южных районах верховодка носит сезонный ха­рактер и появляется только в периоды интенсивного выпадения дождей. В зонах пустынь, например, появление верховодки при­урочено к периодам зимнего и весеннего увлажнения.

К верховодке относятся также подземные воды, скапливаю­щиеся над верхним слоем вечномерзлых грунтов. Зимой, как пра­вило, они целиком промерзают и очень часто в процессе промер­зания прорываются на поверхность земли, образуя при замерза­нии так называемые наледи.

По условию залегания и особенностям режима подземные воды инфильтрационного происхождения в зоне насыщения подразде­ляют на следующие типы: грунтовые, трещинные, карстовые и напорные (артезианские).