9. Види води в грунтах. Умови залягання і рух, хімічний склад і агресивність по відношенню до будівельних конструкцій підземних вод. Закон Дарсі, коефіцієнт фільтрації. Тріщинні підземні води

Грунтові води - підземні води, що залягають на першому від поверхні землі водоупор і представляють собою постійний в часі і значний за площею поширення водоносний горизонт.

Гігроскопічна вода - вода, що поглинається сухим грунтово-грунтом з повітря.

Гравітаційна вода - підземна вода, здатна пересуватися по порах, тріщинах та інших пустот гірських порід під впливом сили тяжіння.

Прочносвязанная вода - вода, що міститься в грунтах у формі плівки товщиною в 2-3 молекули води. Утримується силами електромолекулярного тяжіння. За своїми властивостями близька до твердого тіла, має високу щільність.

Капілярні води - води, що утримуються в порах грунту під впливом капілярних (менісків) сил.

Хімічний склад підземних вод. Підземні води завжди містять розчинені гази і солі. Утворюючись за рахунок атмосферних опадів, вони заносять з поверхні Землі розчинені в них кисень, азот, вуглекислоту. Проходячи через грунт і гірські породи, що містять органічну речовину, вони збагачуються сірководнем, метаном та ін вуглеводнями. Циркулюючи по тріщинах гірських порід, води збагачуються карбонатами, сульфатами, хлоридами, а також і важко розчинними речовинами: кремнеземом, оксидами заліза та ін Грунтові води сильніше залежать від клімату, ніж міжпластові. В областях з вологим кліматом грунтові води зазвичай прісні або слабко мінералізовані. У посушливих областях з уповільненою циркуляцією вод вони звичайно сильніше мінералізовані, аж до солоних, в яких поряд з карбонатами містяться сульфати Na, K, Ca, а також хлористі солі.

Характер мінералізації підземних вод сильно залежить від складу порід, за якими вони циркулюють. Склад розчинних у воді речовин часто визначає її лікувальні властивості. У місцях виходу підземних вод з лікувальними властивостями, так званих бальнеологічних вод, створюються курорти.

Агресивна вода - вода, що руйнує бетон, метали та гірські породи. Розрізняють вуглекислотний витравлюють, общекіслотний, сульфатний, магнезіальний і кисневий види агресивності.

Основний закон фільтрації.

Рух води в порах гірської породи математично виражається наступним чином:

Q = KJW

де Q - витрата води, м3/сут.; К - коефіцієнт фільтрації м / добу; J - напірний градієнт (дорівнює tg кута нахилу фунтового потоку); W - поперечний переріз фільтруючої породи, м2.

Це вираз сформульовано в 1856 р. французьким інженером і на ім'я автора отримало назву закону Дарсі. Виведено це вираз для порід з ламінарним (паралельно, струйчатую, без пульсації) характером руху підземних вод, яке має місце в пісках, пісковиках та інших породах. Пізніше М.М. Павловським, Т.М. Каменським і Н.К. Гірінскім доведено правомірність цього закону і для гравелистих порід, де швидкості досягають 125 м / добу.

Швидкість фільтрації з виразу Дарсі становить

Цю швидкість фільтрації називають здається, оскільки витрата потоку віднесений до всієї площі поперечного перерізу фільтруючої породи. Якщо прийняти напірний градієнт за одиницю, то коефіцієнт фільтрації можна розглядати як уявну швидкість руху води.

Дійсну швидкість (Vq) являє собою відношення витрати води до тієї частини поперечного перерізу, яка зайнята порами:

У глинистих породах, де багато фізично вологи, не бере участь в гравітаційному русі води і примусового пори, розрізняють активну пористість (Пакт), що показує яка частина перерізу породи здатна пропускати рухому воду

Де WММВ - максимальна молекулярна вологоємність в частках одиниці; y ск - об'ємна вага скелета породи.

Тріщинні підземні води-підземні води циркулюють у тріщинах скельних грунтів. Вони переміщуються по тріщинах різного походження: тектонічних розломах, тріщинах окремих магматичних масивів, тріщин вивітрювання і утворюють єдину гідравлічну систему, що нагадує систему сполучених посудин.

Схема залягання тріщинних вод:

1-трещінноватие породи зони вивітрювання; 2-тріщини-грунтові води; 3-рівень тріщини-грунтових вод; 4-нижня межа зони вивітрювання; 5-монолітні породи; 6-тектонічні розломи з тріщини-жильними напірними водами; H - напір тріщинних вод над покрівлею тунелю; С-свердловини

У верхній зоні масивів скельних грунтів до глибини 100м. розвинені тріщини-грунтові води. Вони поповнюються за рахунок інфільтрації атмосферних опадів. Водообільность їх визначається інтенсивністю поповнення та ступенем трещіннватості гірських порід. Скельні грунти долини річок тектонічного походження більш водообільние, ніж грунти, що складають вододіли. При розтині тріщини-грунтових вод гірничої виробки з поверхні вони ведуть себе як звичайні не напірні грунтові води.

Нижче по розрізу в зонах глибоких тектонічних розломів залягають тріщини-жильні води. Це лінійно витягнуті водні потоки, що йдуть в глибину до кількох сотень метрів. Харчуються вони з допомогою просочування трещинно-грунтових вод, тобто також за рахунок інфільтрації атмосферних опадів.

Різновидом тріщини-жильні води є карстові води, що циркулюють по тріщинах і печерам карстового походження. Карстові води переміщуються у вигляді річкових потоків за системою сполучених печер або заповнюються ізольовані підземні порожнини і створюють великі запаси. Харчування карстових вод відбувається також за рахунок інфільтрації атмосферних опадів або за рахунок просочування води з поверхні річок.

У гірничо-складчастих областях в зонах тектонічних розломів і в карстових печерах тріщини-жильні і карстові води зосереджені у вигляді гігантських обсягів і володіють підвищеним тиском. При будівництві підземних транспортних споруд часто відбуваються раптові водообільние прориви тріщини-жильні вод, що значною мірою ускладнює будівництво.

Хімічний склад як тріщини-жильних, так і карстових вод визначається складом вміщуючих їх гірських порід. У зоні інтенсивного водообміну тріщини-жильні звичайно прісні, гідрокарбонатні в (вапняках) або жорсткі сульфатні (в гіпсах)