Водно-физические свойства горных пород


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 влагоемкостью. 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:
ю (W) = ^обр • 100%,              (3.2)
где ю - объемное значение влагоемкости (W - влажность) горной породы, доли единицы или %; ve - объем воды, содержащейся в данном элементе горной породы, см3, м3 и т.д.; Уобр - объем элемента горной породы (образца) в абсолютно сухом состоянии, см3, м3 и т.д. (при отношении массы воды к массе образца получаем массовое значение влажности).

В связи с возможностью наличия в пустотах минерального скелета горных пород различных видов воды, а также в связи с различной степенью водонасыщения породы выделяются характерные значения влагоемкости и влажности горных пород (табл. 5).
Таблица 5
Характерные значения влагоемкости и влажности горных пород
(Всеволожский, 2007)

Влагоемкость (влажность)

Примечание

Г игроскопическая влаго-

Максимальное количество прочносвязанной

емкость (гигроскопич-

воды, образующейся в горной породе в резуль-

ность, максимальная гиг-

тате процессов адсорбции молекул парообраз-

роскопичность) Шг

ной воды поверхностью минеральных частиц при относительной влажности воздуха 90100%

Максимальная молеку-

По А.Ф. Лебедеву, соответствует содержанию

лярная влагоемкость шм м

в горной породе максимального количества воды, удерживающейся молекулярными силами на поверхности минеральных частиц

Наименьшая влагоем-

Влажность, определяемая максимальным ко-

кость (водоудержива-

личеством прочно связанной, осмотической,

ющая способность гор-

капиллярно-разобщенной, капиллярно-подве-

ной породы) шн

шенной воды

Капиллярная влагоем-

Количество воды, соответствующее полному

кость ш
к

заполнению всех капиллярных пустот (влажность капиллярной каймы)

Полная влагоемкость ш
о

Максимально возможное количество воды (все виды воды) при полном заполнении свободного пространства в минеральном скелете горной породы

Максимальная влажность

Влажность горной породы, соответствующая

W
о

полной влагоемкости

Естественная влажность

Влажность горной породы в естественных ус-

W

ловиях (в зависимости от условий залегания может соответствовать любому уровню влагоемкости)

Водоотдачей называется способность водонасыщенных грунтов отдавать воду путем свободного стекания. Коэффициент водоотдачи ц представляет собой отношение объема стекающей с грунта свободной (гравитационной) воды к объему всего грунта, выраженное в долях единицы или в процентах. Удельная водоотдача - количество воды, которое можно получить из 1 м3 грунта. Наибольшей водоотдачей обладают крупнообломочные породы. Водоотдача глин ничтожна.
Проницаемостью грунтов называют их способность пропускать через себя воду под действием силы тяжести или градиентов гидростатического давления. Применительно к движению свободной (гравитационной) воды (без учета ее плотности и вязкости) это свойство называется водопроницаемостью (фильтрационной способностью) горной породы и характеризуется так называемым коэффициентом фильтрации (К, см/с, м/сут и т.д.). Водопроницаемость зависит от размера и формы частиц грунта, от размера и количества пор и трещин в грунте, его гранулометрического состава. Чем больше размер частиц грунта и однороднее его состав, тем больше его водопроницаемость. Если промежутки между крупными частицами грунта заполнены более мелкими частицами, водопроницаемость грунта снижается.
Водопроницаемость грунтов - очень важная характеристика при исследовании движения подземных вод.

По степени проницаемости грунты подразделяют на шесть групп (табл. 6).
Таблица 6
Классификация грунтов по степени проницаемости (Всеволожский, 2007)

Группы грунтов

Тип грунта

Коэффициент
фильтрации
Кф, м/сут

Водоотдача
И

1

2

3

4

Высокопроница
емые

Гравий, галька, сильно закарстованные породы (известняки, гипсы)

gt; 100

0,2-0,3;
0,10-0,15

Хорошо проницаемые

Крупнозернистые пески, сильно трещиноватые породы (песчаники, граниты, базальты)

10-100

0,20-0,25;
0,03-0,05

Проницаемые

Средне- и мелкозернистые пески, умеренно трещиноватые и слабо закарстованные породы

0,1-10

0,15-0,20;
0,01-0,05


1

2

3

4

Слабопроницаемые

Суглинки, супеси, пес-

О
7
о

0,01-0,05;


чанистые глины, слабо-


0,01-0,03


трещиноватые породы



Весьма слабопро-

Тяжелые суглинки,

10-6-10-3

Менее 0,01

ницаемые

глины



Практически не-

Плотные глины, нетре-

lt; 10-6

Менее 0,01

проницаемые (во-

щиноватые скальные



доупоры)

породы, соляные пласты



Важно обратить внимание на то, что глины, несмотря на большую пористость благодаря очень малым размерам пор, обладают ничтожной водоотдачей и соответственно являются в целом водонепроницаемыми. Однако глинистые слои могут, хотя и медленно, все же фильтровать воду. Это необходимо учитывать при оценке питания подземных вод через толщи глины.
Капиллярностью грунта называют его способность содержать и пропускать капиллярную воду. Высота капиллярного поднятия зависит от размера капиллярных пор, гранулометрического состава грунта, температуры воды и других характеристик. Чем мельче частицы грунта и поры, тем больше высота капиллярного поднятия. Понижение температуры и увеличение минерализации воды ведут к увеличению вязкости воды и увеличению сил поверхностного натяжения, что повышает высоту капиллярного поднятия.
Высота капиллярного поднятия воды над уровнем грунтовых вод обратно пропорциональна диаметру капиллярных каналов и крупности частиц грунта. При диаметре зерен грунта более 2-2,5 см капиллярного поднятия не происходит. Высота капиллярного поднятия H в некоторых грунтах приведена в табл. 7.
Таблица 7
Высота капиллярного поднятия в некоторых грунтах (Грунтоведение, 1983)

Грунт

Высота капиллярного поднятия H, см

1

2

Песок:
крупнозернистый

2,0-3,5



1

2

среднезернистый

3,5-12,0

мелкозернистый

35-120

Супесь

120-350

Суглинки

350-650

Глины

650-1200

Вопросы для самоконтроля Каковы основные физические и водно-физические свойства горных пород? От чего зависит величина плотности грунта? Что такое скважность (пустотность) горных пород (общая, открытая и активная скважность)? Какие основные морфометрические типы скважности можно выделить? Что такое влажность и влагоемкость горных пород? Какие вы знаете характерные виды влагоемкости? Что такое водоотдача и проницаемость горных пород? Какова зависимость высоты и скорости капиллярного поднятия воды в рыхлых породах от их гранулометрического состава, диаметра пор и вязкости воды? 
<< | >>
Источник: Ю.А. Гледко. Гидрогеология. 2012

Еще по теме Водно-физические свойства горных пород:

  1. § 2. ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ И ДРУГИЕ СВЯЗАННЫЕ С НЕЙ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД
  2. Кузьмин Ю.О., Жуков В.С.. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород. — 2-е изд., стер., 2012
  3. Свойства горных породи их роль в рельефообразовании
  4.   § 1. СОСТОЯНИЕ И ВИДЫ ВОДЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ
  5. Г л а в а 1 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗРАСТА ГОРНЫХ ПОРОД
  6. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПНОГО ВОЗРАСТА ГОРНЫХ ПОРОД
  7. § 1. ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД
  8. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ВОЗРАСТА ГОРНЫХ ПОРОД
  9. СВЕДЕНИЯ О ГОРНЫХ ПОРОДАХ (ПЕТРОГРАФИЯ)
  10. § 2. МЕТАМОРФИЗМ ГОРНЫХ ПОРОД, ЕГО ВИДЫ И СВЯЗАННЫЕ С НИМ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ
  11.   § 1. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗРАСТА ГОРНЫХ ПОРОД И ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ МИНУВШИХ ЭПОХ
  12. ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД (ЭЛЕМЕНТЫ ТЕКТОНИКИ)
  13. § 3. ФОРМЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЛЕГАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД
  14. ПРОЦЕССЫ ДИАГЕНЕЗА ОСАДКОВ И МЕТАМОРФИЗМА ГОРНЫХ ПОРОД
  15. § 3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ
  16. § 15. Требования к юридической правоспособности физических лиц. Физическое существование: возникновение и прекращение. Способы доказательства
  17. § 2. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
  18. § 2. ОСАДОЧНЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
  19. ПРИМЕРЫ РАЗМЕЩЕНИЯ ДОРОГ В ГОРНЫХ РАЙОНАХ
  20. § 1. МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ И ИХ СТРУКТУРЫ