Учебно-методическое пособие Санкт-Петербург 2010 удк ббк рецензент

1.9. Основные гидрогеологические понятия и определения. Вода в горных породах. Фильтрация в грунтах

Проектирование мелиоративных мероприятий невозможно без понимания процессов, определяющих содержание и перемещение воды в горных породах. Для этого нужно иметь представление об основных гидрогеологических понятиях и определениях, а также знать законы движения воды в почвогрунтах, лежащие в основании расчетных методик.

Основные гидрогеологические понятия и определения


По отношению к воде горные породы можно разделить на две основные группы: водопроницаемые и водоупорные.
Водопроницаемые породы быстро поглощают воду и легко ее транспортируют. В зернистых породах – галечниках, гравии и песках – вода движется по промежуткам между частицами, а в массивных – скальных и полускальных – по трещинам или карстовым пустотам.
Водоупорные породы практически не проводят через себя воду, так как их водопроницаемость близка к нулю. Это глины, илы, тяжелые суглинки и разложившийся уплотненный торф. Водоупорными также являются монолитные нетрещиноватые скальные породы.
Гидрогеологические свойства пород определяются их гранулометическим составом и пористостью.
Гранулометрический (механический, зерновой) состав определяет количество и качество частиц (в процентах и размерах) в объеме грунта по относительному содержанию групп (фракций) частиц той или иной величины. Пример кривой гранулометрического состава грунта в полулогарифмическом масштабе показан на рис.1.9.1.
Для удобства многих расчетов (определение водопроницаемости пород, расчет обратных фильтров, выбор диаметра отверстий фильтра) весь цифровой материал механического анализа выражают следующими показателями: действующий (эффективный) диаметр и коэффициент неоднородности.

Рис.1.9.1. Суммарная кривая гранулометрического состава грунта
в полулогарифмическом масштабе

Действующий диаметр d_I0 (рис.1.9.1) равен диаметру отверстий сита, сквозь которое просеивается 10% пробы породы по весу.

Коэффициентом неоднородности η называется отношение диаметра частиц, содержащихся в породе в количестве менее 60%, к величине действующего диаметра. Значения d₆₀ и d₁₀ определяются по графику гранулометрического состава, составленному для данной породы (рис. 1.9.1).
η= d₆₀ /d₁₀. (1.9.1)
Чем неоднороднее порода, тем она менее пориста и обладает меньшей водопроницаемостью.
Водопроницаемость грунтов – способность пропускать через себя воду. Она зависит от размеров пустот, диаметра пор и трещиноватости пород.
Плотность ρ_г - это отношение массы твердых частиц грунта к объему, занимаемому этим грунтом.
Пористость n - это объем пор в единице объема грунта в процентах.
Под влагоемкостью понимают способность грунтов вбирать и удерживать определенное количество воды. Различают три вида влагоемкости: полную, молекулярную (пленчатую) и капиллярную. Полная влагоемкость - это суммарное количество воды всех видов в грунте при полном насыщении пор; выражается она в процентах к весу сухою грунта. Молекулярная влагоемкость характеризуется количеством воды, удерживаемой на частицах грунта в виде пленок. Капиллярная влагоемкость - это количество воды, удерживаемое грунтом под действием капиллярных сил при свободном движении воды в его порах.
Капиллярностью называется свойство грунта (породы) подтягивать воду вверх по тонким капиллярам (каналам) над свободной поверхностью. Столб капиллярного поднятия зависит от пористости и характеристики грунтов: в связных (глинистых) грунтах высота капиллярного поднятия значительно больше, чем в несвязных (песчаных). Предельным размером зерен грунта, среди которых наблюдается ка­пиллярное поднятие, можно считать 2 мм.
Способность грунта, насыщенного водой, отдавать ее путем свободного стекания называется водоотдачей. Водоотдачу определяют как разность между полной и молекулярной влагоемкостью.
Мелкозернистые грунты и глины являются наиболее влагоемкими. Так, полная влагоемкость глин достигает 50 % веса сухого грунта и почти равна максимальной молекулярной влагоемкости. Поэтому водоотдача глинистых грунтов весьма мала.
Из-за высокой пористости после осушения торф под действием собственного веса и внешней нагрузки дает значительную осадку. Иногда она достигает 10-30 % толщины осушенного слоя. При проектировании сооружений на основаниях, содержащих торф, необходимо учитывать величину этих порой неравномерных осадок.