Физические свойства грунтов

Подземные воды находятся в верхней толще земной коры, вклю­чая кору выветривания и почвенный слой. Эту толщу в гидрогео­логии называют горными породами, в гидрологии — почвогрунтами. Будем называть ее для краткости просто грунтом. Режим подзем­ных вод во многом определяется физическими и водными свой­ствами вмещающих их грунтов.

К числу основных физических свойств фунта относятся его плотность, гранулометрический состав и пористость.

Плотность грунта — это отношение массы однородного грунта к его объему:

Prp = w_rp/Kp. (5.1)

Различают плотность сухого грунта и плотность грунта при естественной влажности. Плотность грунта отличается от плотности его «скелета» р, зависящей от характера вещества или минерала, слагающего грунт. Например, для частиц кварцевого песка р при­близительно равна 2650 кг/м³, супесей — 2700, суглинков — 2710, глин — 2740 кг/м³.

Поскольку грунт состоит не только из скелета, но и из пор, заполненных либо воздухом, либо водой, либо льдом, плотность как сухого, так и влажного грунта всегда меньше плотности его «скелета». Так, плотность песка (как грунта, а не как минерала) обычно находится в пределах 1200—1500 кг/м³.

Многие рыхлые грунты представляют собой смесь частиц раз­личной крупности. Процентное содержание (по массе) в рыхлых грунтах групп частиц (фракций) различного диаметра называют гранулометрическим, или механическим, составом грунта. Для ха­рактеристики гранулометрического состава грунта используют по­нятие «средний диаметр частиц грунта Д._р» и некоторые другие величины, о которых подробнее будет сказано в разд. 6.9, посвя­щенном речным наносам.

Практически все грунты (как рыхлые, так и скальные) обладают скважностью (пустатностью), под которой понимают наличие в грунтах пустот независимо от их размеров, формы и происхож­дения. Скважность, обусловленная порами, т. е. промежутками (обыч­но <0,1 мм) между отдельными частицами, называется пористо­стью. Скважность, обусловленная трещинами в грунте, называется трещиноватостью. Скважность, обусловленную наличием в грунте крупных (> 1 мм) пустот (каверн), называют кавернозностью.

Грунты (породы, в гидрогеологии — иногда среды), где преобла­дает один из трех названных выше видов скважности, называют соответственно пористыми, трещинными (трещиноватыми) и кавер- новыми (В. А. Всеволожский, 1991). К пористым грунтам относятся многие осадочные породы (пески, илы, глины, лессы, суглинки), торф, обломочные породы; к трещинным — многие метаморфиче­ские и магматические горные породы; к каверновым — известняки, гипсы и другие породы, подвергаемые выщелачиванию легко ра­створимых соединений, например в районах проявления карста.

Пористость грунтов характеризуется коэффициентом пористо­сти р, который равен выраженному в процентах отношению объема пор Кю_Р ^к объему всего грунта в сухом состоянии:

/> = (К,о_Р/Рф)100%. (5.2)

Коэффициент пористости р и соотношение между плотностью сухого грунта р_ф и его «скелета» р, о которых речь шла выше, связаны следующей формулой:

/^, = (1 ~ Ргр/_Р)100 %. (5.3)

Пористость — одна из важнейших характеристик грунта, опре­деляющих его способность пропускать воду (см. ниже). Разные грунты обладают различной пористостью:

Заметим, что иногда не разделяют понятий «скважность» и «по­ристость» и коэффициент пористости используют для характери­стики скважности (пустотности) любых грунтов.