ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД. При большей величине пористости и малом диаметре зерен вода, вошедшая в породу, имеет очень большую поверхность соприкосновения с породой и находится всецело под влиянием удерживающих ее поверхностных молекулярных сил. Размер зерна в мм Сумма поверхностей частиц в м³
1000 600
1 6000
0,001 6 000 000
0,0001 60 000 000
Для 1 м³ плотной породы сумма свободных поверхностей составит 6 м². Если тот же объем заполнить раздробленными частицами, то сумма свободных поверхностей быстро возрастает с уменьшением величины зерен.
Гидрогеологической особенностью глин является их свойство жадно поглощать воду, но почти не пропускать ее. При этом глина разбухает, увеличивается в объеме, так как значительная часть воды абсорбируется частицами глинистых минералов, проникая внутрь их кристаллической решетки и как бы раздвигая ее. Это приводит к замыканию даже тех капиллярных пор, которые могли ранее проводить собственно пленочную и капиллярную влагу.
Набухание при увлажнении определяет плохое качество влажных глин при опоре на них фундаментов зданий. Глина становится пластичной и под весом здания из нее выжимается вода, глина уменьшается в объеме, что может повести к деформации здания. В этом отношении значительно надежнее песок, даже влажный; он не пластичен, не набухает и не оседает под нагрузкой, являясь прекрасным основанием. Поэтому не оправдывается старинная поговорка, считающая неустойчивым, непрочным все, что «построено на песке».
Итак, водопроницаемость горных пород связана с пористостью сложной зависимостью и определяется не столько общей пористостью, сколько средними размерами пор, их поперечниками. Размеры пор в случае рыхлых пород в известной мере также зависят от гранулометрического состава — чем крупнее зерно, тем легче проницаема порода для гравитационной воды. Поэтому существуют способы расчета водопроницаемости по данным гранулометрического анализа. Однако, если порода гранулометрически очень неоднородна, а тем более если она сцементирована или имеет массивно кристаллическое строение, то водопроницаемость с гранулометрическим составом вообше не связана и может быть определена лишь опытным путем.
Степень водопроницаемости породы принято характеризовать коэффициентом фильтрации, или коэффициентом водопроницаемости, указывающим скорость, с которой гравитационная вода просачивается через породу при уклоне подземного потока равном 45° или единице, если за меру уклона брать тангенс этого угла.
Коэффициент фильтрации выражают обычно в литрах в сутки.
По степени водопроницаемости все горные породы можно разделить на 5 групп или категорий (табл. ).
Пород, при любых условиях абсолютно не пропускающих воду, в природе не существует. Даже самые плотные глины пропускают гравитационную воду в ничтожном количестве в капиллярном и пленочном состоянии. Но проникнуть через них могут заметные количества воды за сроки порядка сотен тысяч или даже десятков миллионов лет, что ке имеет никакого значения для обычной практики человека. Поэтому породы V категории всегда и характеризуются как непроницаемые, или водоупорные.
Таблица Классификация горных пород по степени водопроницаемости.
Категория I. Хорошо водопроницаемые (галечники, крупнозернистые пески, массивные сильнотрещиноватые и пещеристые породы). Kоэффициент фильтрования больше 10 м/сутки
Категория II. Водопроницаемые (пески, трещиноватые породы). Kоэффициент фильтрования 10-1 м/сутки Категория III.Слабоводопроницаемые (мергели, песчаники, супеси). Kоэффициент фильтрования 1—0,01 м/сутки. Категория IV. Весьма слабо проницаемые или полупроницаемые (глинистые песчаники, супеси, суглинки). Kоэффициент фильтрования 0,01-0,001 м/сутки. Категория V. Непроницаемые, практически водоупорные породы (глины, нетрещиноватые скальные породы и др.). Kоэффициент фильтрования <0,001 м/сутки
Породы IV и даже III категории также могут в природе играть роль относительно водоупорных, если они залегают среди более водопроницаемых слоев. Если сверху лежит песок, а под ним супесь, то вода с поверхности земли легко будет проникать в песчаный слой, а в супесь будет просачиваться с трудом. В результате в нижней части песка над границей с супесью задержится вода, быстро прибывающая сверху и лишь медленно проникающая вниз. Супесь будет служить относительным водоупором для этой воды.
Эту относительность понятий «водопроницаемая» и «водоупорная» порода надо всегда иметь в виду при изучении условий залегания и движения подземных вод в земной коре.
Влагоемкость горных пород. Под этим гидрогеологическим свойством горных пород понимают способность их вмещать и удерживать определенное количество воды при данной температуре и давлении. Различают влагоемкость максимальную, или иолную, и влагоемкость молекулярную.
Максимальная, или полная, влагоемкость определяется количеством всех видов воды, содержащихся в породе ири условии полного заполнения пор.
Молекулярная влагоемкость — количество воды, которое удержится в породе силами молекулярного сцепления, если гравитационной воде будет предоставлена возможность выпекать из породы под влиянием силы тяжести. Разность между полной и молекулярной влагоемкостью называют водоотдачей породы. Ею определяется количество свободной гравитационной воды, которое можно извлечь из породы. Водоотдача 1 м³ породы носит название удельной водоотдачи.
Допустим, что пористость породы 40% (мелкий песок). Тогда 1 м³ при полном насыщении вместит в себя 400 л воды, что и будет полной влагоемкостью породы. Пусть после стока гравитационной воды в породе будет удержано молекулярными силами 150 л, т. е. 15%. Это и будет молекулярной влагоемкостью. Разность обеих величин даст нам удельную водоотдачу. В данном случае она будет равна: 400—150 = 250 л.
Для глин, которые не могут содержать гравитационной воды, молекулярная влагоемкость будет равна полной влагоемкости, а следовательно, удельная водоотдача их при обычных условиях равна нулю. Иными словами, глины не могут быть водоносными, из них воду обычными методами добыть нельзя. Назад Далее...
|
