Гидрология учебник

5.2.3. Водные свойства грунтов

Водные свойства фунтов определяются их физическими свойствами и содержанием в них воды. К основным водным свойствам фунтов относятся влажность, влагоемкость, водоотдача, водопроницаемость, капиллярность.

Фактическое содержание воды в фунтах называют их влажностью W_m. Влажность — это отношение массы воды к массе сухого фунта, выраженное в %:

W_m = (т_в/т_с)Ж % = [(т_гр - т_с)/т_с] 100 %, (5.4)

где т_в — масса воды в образце фунта, кг; т_гр — масса исследуемого фунта с естественной влажностью, кг; т_с — масса того же образца, кг, высушенного при температуре 105—106 °С. Часто вместо массовой влажности используют понятие объемная влажность W^, которую можно определить по формуле

^_об = (К_в/К_с)100%, (5.5)

где V_B — объем воды в образце фунта, м³; V_c — объем образца фунта в абсолютно сухом состоянии, м³.

Между массовой и объемной влажностью существует соотношение W_o₆ = W_mp_cJp_B, где р_сгр — плотность сухого фунта, кг/м³; р_в — плотность воды, кг/м³.

Влагоемкостъю фунта называют его способность вмещать и удерживать определенное количество воды. Под полной влагоемкостъю W_nB понимают суммарное содержание в фунте всех видов воды при полном заполнении всех пор. Полная влагоемкость — это максимально возможная влажность для данного фунта. Влагоемкость определяют по формуле вида (5.4) и выражают ее в процентах.

Кроме полной влагоемкости выделяют наименьшую влагоемкость W_HB, характеризующую количество гифоскопической, пленочной и капиллярной влаги, остающейся в фунте после окончания свободного стекания воды (она составляет для песков 3—5 %, супесей 10—12 %, суглинков и глин 12—22 %).

По аналогии с дефицитом влажности воздуха используют и понятие дефицита влажности грунта (или недостатка насыщения) d.

Он равен разности между полной влагоемкостью и фактической

влажностью грунта. Например, оперируя объемной влажностью, можно получить:

d=W_UB-W_o₆. (5.6)

Дефицит влажности обычно выражают в процентах.

Водоотдачей называется способность водонасыщенных грунтов отдавать воду путем свободного стекания. Коэффициент водоотдачи |i представляет собой отношение объема стекающей из грунта свободной (гравитационной) воды к объему всего грунта, выраженное в долях единицы или в процентах. Удельная водоотдача — это количество воды, которое можно получить из 1 м³ грунта. Наибольшей водоотдачей обладают крупнообломочные породы. Водоотдача глин ничтожна.

Водопроницаемостью грунтов называют их способность пропускать через себя воду под действием силы тяжести или градиентов гидростатического давления. 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.

Грунты по степени водопроницаемости подразделяют на шесть групп (табл. 5.1).

Таблица 5.1. Классификация грунтов по степени водопроницаемости*

Группы фунтов	Тип грунта	Коэффициент фильтрации K^, м/сут
Высокопроницаемые	Гравий, галька, сильно закар- стованные породы	> 100
Хорошо водопроницаемые	Крупнозернистые пески, сильно трещиноватые породы	10-100
Водопроницаемые	Средне- и мелкозернистые пески, умеренно трещиноватые и закар- стованные породы	0,1-10
Слабоводопроницаемые	Суглинки, супеси, песчанистые глины, слаботрещиноватые породы	ю-³-ю-'
Весьма слабоводопроницаемые	Тяжелые суглинки, глины	0 А* о
Практически водонепроницаемые (водоупоры)	Плотные глины, нетрещиноватые скальные породы	< 10-⁶

* По В. А. Всеволожскому.

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 крупность частиц грунта и мельче 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 Н в некоторых грунтах приведена ниже:

Грунт Н, см

Песок крупнозернистый 2,0—3,5

» среднезернистый 3,5—12,0

» мелкозернистый 35—120

Супесь 120—350

Суглинки 350—650

Глины 650—1200

Содержание