2014-02-13
675
Гидрогеологические свойства горных пород.
4.1. Виды воды в горных породах
Вода в горных породах подразделяется на связанную и свободную. Согласно новейшим представлениям в развитии учения о видах воды, А.В.Лебедев в горных породах выделил следующие виды воды (рис. 2): парообразную, прочносвязанную (адсорбционную и гигроскопическую), рыхлосвязанную (вода поверхностных слоев, пленочная), капиллярную, свободную (гравитационную) и твердую. Парообразная вода – водяной пар заполняет вместе с воздухом не занятые водой пустоты в почве и горных породах. Она обладает большой подвижностью и перемещается от мест с большей упругостью к местам с малой упругостью паров, или от более влажных к менее влажным участкам. Перемещение происходит во всех направлениях. Пары проникают в почву из атмосферы или образуются при испарении влаги в почве в зоне аэрации. При охлаждении почвы парообразная влага конденсируется, переходя в капельножидкое состояние, тем самым создаются благоприятные условия для накопления воды в грунтах.
Связанная вода – подвижность ее значительно меньше, она удерживается на поверхности пород силами во много раз превышающими силы тяжести.
По некоторым физическим показателям связанную воду подразделяют на прочносвязанную (адсорбционную, гигроскопическую) и рыхлосвязанную (пленочную).
Адсорбционная вода образуется в результате сгущения паров на поверхности минеральных частиц. Эта вода удерживается на поверхности адсорбционными силами и движется с трудом. По своим свойствам она близка к свойствам твердого тела.
Гигроскопическая вода удерживается на поверхности породы молекулярными и электрическими силами сцепления и перемещается только при переходе в парообразное состояние. Количество гигроскопической воды в породе зависит от влажности, температуры и давления воздуха, окружающего породу. Она содержится в значительном количестве в мелкозернистых и глинистых породах, меньше в крупнозернистых.
Для определения количества гигроскопической воды в породе свежий образец взвешивают, затем высушивают при температуре 105-110° до постоянного веса. Разность в весе свежего и высушенного образцов дает количество гигроскопической воды.
Пленочная вода (рыхлосвязанная), так же как и гигроскопическая, облекает частицы породы, но не в виде отдельных частичек воды, а в виде пленки. Толщина пленки исчисляется долями микрометра. Пленочная вода удерживается на поверхности частиц породы под влиянием сил молекулярного притяжения и перемещается от одной частицы к другой как жидкость, в результате выравнивания толщины пленки. Пленочная вода не может перемещаться под действием силы тяжести, так как сила молекулярного притяжения, удерживающая пленочную воду на частицах грунта, превосходит силу тяжести. Для определения пленочной воды в грунте А.В.Лебедев предлагает смачивать образец, создавая условия свободного растекания воды, не удерживаемой капиллярными силами, и определять влажность выше капиллярного подъема в образце.
Содержание пленочной воды в породе можно определить и на центрифуге. Содержание пленочной воды в породах различно: в глинистых породах оно больше, чем в песчаных, а в мелкозернистых больше, чем в крупнозернистых.
Капиллярная вода может образоваться в местах соприкосновения минеральных частиц в виде отдельных капель (вода угловых пор). Эти капли изолированы друг от друга поверхностями частиц и менисковыми поверхностями, неподвижны и находятся как бы в защемленном состоянии. Капиллярные воды под действием капиллярных сил поднимаются выше уровня первого от поверхности Земли водоносного горизонта. Высота подъема зависит от гранулометрического состава пород. Для песка она составляет 2-3.5 см, для супеси – 350 см, для глины – 650 см.
Гравитационная вода – это вода, находящаяся в физически свободном состоянии под действием силы тяжести. Она заполняет все имеющиеся промежутки в горной породе. Часть пласта между зоной свободных вод и атмосферой А.В.Лебедев назвал зоной аэрации.
