Какая рыхлая порода обладает водопроницаемым свойством
Часто только за счет подъема влаги в капиллярах глинистых пород и строительных материалов в помещениях появляется сырость.
Поэтому в капиллярной зоне обязательно должна предусматриваться гидроизоляция.
Песок может отдавать почти всю имеющуюся в его порах воду, вытекающую под действием силы тяжести.
В то же время шурфы, колодцы и котлованы, пересекающие полностью насыщенные водой глины, могут совсем не иметь воды.
Мелкозернистые породы способны отбирать влагу у крупнозернистых.
Грунтовые воды, полностью заполняющие поры грунтов и трещины в горных породах, при определенных условиях перемещаются в порах.
Водопроницаемость грунта зависит от:
- его пористости, а также
- от характера пустот и пор.
Но одна величина пористости еще не определяет степени его водопроницаемости.
Грунт может обладать очень значительной пористостью (например, в глине пористость часто достигает 50%), а в то же время быть практически водонепроницаемым;
песок даже при пористости в 30% хорошо проницаем для воды. В данном случае играет роль размер пустот или диаметр пор.
По степени водопроницаемости грунты можно разделить на три группы:
- водопроницаемые;
- полупроницаемые;
- непроницаемые.
К водопроницаемым грунтам относятся галечник, гравий, песок, а также все сильно трещиноватые породы.
К полупроницаемым грунтам можно отнести такие породы, как супеси и суглинки, лёсс, торф, реже пористые известняки и мергели.
К непроницаемым грунтам принадлежат глины, а также массивные кристаллические и нетрещиноватые осадочные породы.
Практическая водонепроницаемость глины объясняется прежде всего тем, что поры в ней имеют незначительный размер и вода при движении испытывает большое сопротивление, создаваемое силами поверхностного натяжения частиц.
Поверхность же всех глинистых частиц в единице объема очень велика. Существенным обстоятельством, делающим глину непроницаемой, является и щелевидная форма пор.
Таким образом, глинистые слои являются водоупорными для находящейся над ними грунтовой воды. Поэтому глину используют для предупреждения фильтрации воды к сооружению или через плотину, устраивая специальные глиняные замки.
Движение подземных вод в порах рыхлых и в трещинах скальных пород в случае полного заполнения их водой называется фильтрацией.
Коэффициент фильтрации является важнейшей характеристикой породы.
Ориентировочные величины этого коэффициента даны в табл. 2.
Уточнение их для каждого конкретного случая может быть произведено расчетным либо лабораторным методом или найдено в полевых условиях.
Между величинами коэффициента фильтрации и высотой капиллярного поднятия имеется определенная зависимость.
Ориентировочное значения коэффициента фильтрации рыхлых горных пород
| Наименование породы | Коэффициент фильтрации в мсутки |
| Суглинок | 0,05 |
| Супесь | 0,05-0,1 |
| Лесс | 0,05-1 |
| Песок: | |
| пылеватый | 0,5-1 |
| мелкозернистый | 1-5 |
| среднезернистый | 5-20 |
| крупнозернистый | 20-50 |
| Гравий | 50-150 |
| Галечник | 100-500 |
| Галечник крупный без | |
| песчанного заполнителя | 500-1000 |
В хорошо проницаемых для воды породах, при отсутствии водоупорной толщи над водоносным горизонтом, вода появляется при проходке шурфов и скважин на отметке, соответствующей статическому установившемуся уровню подземных вод.
В малопроницаемых породах отметка появления воды несколько меньше отметки статического уровня, которого вода достигает через несколько часов или суток.
В водонепроницаемых породах статический уровень воды обычно не устанавливается.
Водоотдача и водопроницаемость пород, обладающих различной пористостью, зависят не только от общей пористости и размера отдельных пор, но и от их расположения в породе и взаимной связи. Если рыхлые породы сложены неоднородным плохо отсортированным материалом, то пустоты между крупными обломками заполнены более мелкими частицами, что уменьшает объем пустот, а следовательно, и пористость.
Среди скальных пород наименьшую пористость имеют изверженные, у которых она обычно не превышает долей процента. Исключением является артикский туф Армении, пористость которого достигает 60 %.
Пористость глинистых пород, несмотря на очень малую величину отдельных пор, в большинстве случаев превосходит пористость песков и нередко достигает 60 % и более; поры в этих породах обычно имеют щелевидную форму. Пористость глинистых пород непостоянна и изменяется в зависимости от степени их увлажнения и величины внешнего давления.
К водным (гидрогеологическим) свойствам горных пород относят те, которые проявляются в них при взаимодействии с водой — водопроницаемость, капиллярное поднятие, влагоемость, водоотдачу, растворимость, набухание, усадку, пластичность и консистенцию. Некоторые из этих свойств (набухание, усадка пластичность и консистенция) характеризуют и физико-механические свойства пород и поэтому рассмотрены ниже во второй части книги.
Водопроницаемость — это свойство пород пропускать воду под действием силы тяжести, которое обусловливается их скважностью и пористостью.
Не все породы водопроницаемы.
Глинистые породы, пористость которых почти всегда выше пористости раздельнозернистых пород (пески и др.), практически не пропускают воду вследствие того, что поры в них очень мелкие и находящаяся в них физически связанная вода не подвержена действию сил гравитации.
Глинистые породы — водонепроницаемые, или водоупорные.
Водоупорными бывают также монолитные невыветрелые скальные нетрещиноватые породы.
Пески, гравий, щебенка, известняки и другие породы, свободно пропускающие воду – водопроницаемые.
Водопроницаемость пород характеризуется:
— коэффициентом фильтрации,
— коэффициентом водпроводимости
КОЭФФИЦИЕНТ ФИЛЬТРАЦИИ k представляет собой скорость движения воды при гидравлическом градиенте, равном единице
Коэффициент фильтрации k измеряется в метрах в секунду или в метрах сутки
Гидравлический градиент это величина, характеризующая собой потерю напора на единицу длины русла.
Гидравлическим, или напорным, градиентом называется отношение разности напоров в двух точках гидростатической поверхности к расстоянию между ними, считая по горизонтали.
Примерные величины коэффициентов фильтрации (м/сут)различных осадочных пород приведены ниже:
Глины………………..<0,001
Суглинки ……………….0,001-0,1
Супеси ………………..0,1-1
Пески:
мелкозернистые …………….1- 6
средне- и крупнозернистые …………6 — 60
Галечники:
с песком ……………….20-100
отсортированные …………….>100
Бурые угли: ………..0,5 – 14
КОЭФФИЦИЕНТ ВОДОПРОВОДИМОСТИ Т выражает способность водоносного горизонта мощностью h и шириной 1 м фильтровать воду в единицу времени при напорном градиенте, равном единице.
Коэффициент водопроводимости Т измеряется в квадратных метрах в сутки:
Т = kh , м2/сут.
где
k — коэффициент фильтрации, м/сут.
h — мощность водоносного горизонта, м.
Коэффициенты фильтрации и водопроводимости количественно выражают водопроводимость горной породы.
КАПИЛЛЯРНЫЕ СВОЙСТВА ПОРОД.
Рыхлые горные породы имеют большое число мелких пустот и канальцев, обладающих свойствами капилляров, которые разветвляются в разных направлениях, образуя тончайшую капиллярную сетку.
Капилляры – мелкие пустотные каналы в породе.
Date: 2015-04-23; view: 2155; Нарушение авторских прав
Лекция 8
Слайд 1
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
К подземным водам относятся все воды, находящиеся в порах и трещинах горных город. Они широко распространены в земной коре, и изучение их имеет большое значение при решении вопросов: водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий, гидротехнического, промышленного и гражданского строительства, проведения мелиоративных мероприятий, курортно-санаторного дела и т.д.
Слайд 1
Велика геологическая деятельность подземных вод. С ними связаны карстовые процессы в растворимых горных породах, оползание земляных масс по склонам оврагов, рек и морей, разрушение месторождений полезных ископаемых и образование их в новых местах, вынос различных соединений и тепла из глубоких зон земной коры.
Подземные воды, их происхождение, распространение, миграция, качественные и количественные изменения во времени и геологическая деятельность являются предметом изучения особой науки – гидрогеологии, одной из ветвей геологии.
Слайд 2
ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
В формировании подземных вод большое значение имеет водоппоницаемость горных пород, т.е. способность горной породы пропускать воду. Наблюдении показывают, что в одних местах, где развиты глины, атмосферные осадки застаиваются на поверхности и испаряются, в других районах, сложенных песками, достаточно быстро проникают в глубину. Еще быстрей просачиваются осадки в галечниках.
По степени проницаемости горные породы подразделяются на 3 группы:
1) водопроницаемые, к которым относятся пески, гравий, галечники, трещиноватые песчаники, конгломераты и другие скальные породы, трещиноватые и закарстованные известняки, доломиты и другие растворимые породы;
2) слабопроницаемые – супеси, легкие суглинки, лесс, неразложившийся торф и др.;
Слайд 3
3) относительно водонепроницаемые, или водоупорные, – глины, тяжелые суглинки, хорошо разложившийся торф и нетрещиноватые массивные кристаллические и сцементированные осадочные горные породы.
Слайд 4
Водопроницаемость горных пород обусловлена либо тем что порода рыхлая и зернистая (например, песок, гравий), и вода в этом случае может просачиваться по промежуткам (порам) между отдельнымн зернами, либо тем, что порезы хотя и массивные и сцементированные (гранит, известняк), но разбиты трещинами, по которым и происходит перемещение воды.
Под пористостью понимают отношение объема пор в данном образце породы ко всему объему породы: n= Vпор/V, или в процентах n= Vпор/V×100%, где n – пористость пород; Vпор объем пор в образце породы; V – объем всего образца.
Рис. 8.1. Характер водопроницаемых пород:
А – пористые породы; Б – трещиноватые породы; В – размеры водопроводящих трещин; Г – размеры и плотность расположения зерен в пористых породах. 1 – водонепроницаемые породы; 2 – породы, насыщенные водой
Следует отметить, что не всегда значительная пористость обеспечивает свободное проникновение воды. Так, например, глины обладают значительной пористостью, достигающей 50 – 60%, но в то же время практически являются водонепроницаемыми. Это объясняется тем, что поры в глинах чрезвычайно тонки (субкапилляры), и вода при движении в них испытывает огромное сопротивление,создаваемое поверхностным натяжением. Обычные же пески, имеющие в среднем пористость 30 – 35%, хорошо проницаемы для воды. Чем крупнее зерна, слагающие рыхлую обломочную породу, тем большей водопроницаемостью она обладает. Галечники с крупным песком обладают в среднем пористостью около 20% и характеризуются наибольшей водопроницаемостью. Следовательно, водопроницаемость рыхлых обломочных горных пород зависит не от количества пор, а от размера и формы слагающих породу зерен и от плотности сложения их.
Слайд 5
Примеры различной пористости породы и зависимости от плотности сложения зерен и размеров трещин видны на рис. От состава рыхлых горных пород зависит их влагоемкость, т.е. способность вмещать и удерживать в себе то или иное количество воды. Различают полную влагоемкость, когда вода заполняет все поры (включая и тонкие капиллярные) горной породы, и максимальную молекулярную влагоемкость, показывающую количество воды, удерживаемой в породе силами молекулярного сцепления после того, когда вся гравитационная вода стечет из породы. Разность между полной и максимальной молекулярной влагоемкостью называют водоотдачей горной породы. Для практических целей важно знать удельную водоотдачу – количество свободной воды, которое можно получить из 1 куб. м породы. Наибольшая водоотдача у крупнозернистых рыхлых пород (пески, гравий). Влагоемкие глины воду практически не отдают.
Водопроницаемость трещиноватых пород зависит от размера и характера трещин.
Если подземные воды движутся по порам в рыхлых породах, они называются поровыми, по трещинам – трещиниыми. Если же помимо трещин, в горных породах развиты карстовые пещеры и другие подземные каналы, то подземные воды, циркулирующие в них, называют трещинно-карстовыми, или просто карстовыми.
Слайд 6
Дата добавления: 2016-12-05; просмотров: 2851 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов
Читайте также:
Рекомендуемый контект:
Поиск на сайте:
© 2015-2020 lektsii.org — Контакты — Последнее добавление
Тема: Водные свойства горных пород.
1. Водные свойства горных пород и методы их определения.
2. Физические свойства подземных вод. Оценка физических свойств подземных вод.
1. Водные свойства горных пород и методы их определения.
Для характеристики горных пород по отношению к воде необходимо иметь представление о таких ее свойствах как гранулометрический состав, плотность и объемная масса, кроме порозности и пористости.
Гранулометрический состав — процентное содержание в рыхлой горной породе частиц различного размера. Гранулометрический состав служит классификационным признаком, позволяющим установить название грунта.
Плотность — масса единицы объема твердой фазы (минеральных частиц), породы, г/см3. Для большинства горных пород она изменяется от 2,6 до 2,7 г/см3. Плотность входит в ряд расчетных формул для определения физических и механических свойств пород.
Объемная масса — масса единицы объема породы (г/см3, т/м3).
К основным водным свойствам горных пород относят: влажность, влагоемкость, водопроницаемость, водоотдача и водоподъемная способность.
1. Влажность горных пород
Естественная влажность — отношение массы воды к массе минеральной части грунта (массовая влажность Wa.) или отношение объема воды к объему всей породы (объемная влажность W,) выражается в
процентах.
Объемная влажность равна
Wo = W *б
где б — объемная масса твердой фазы
Wd — массовая влажность в %.
Массовую влажность определяют взвешиванием образца до высушивания и после него. Полученную разность делят на массу высушенного образца. Для определения влажности применяют и другие методы — ядерные, тензометрические и другие.
2. Влагоемкость – это способность горных пород вмещать и удерживать в пустотах определенное количество воды. Выражается в процентах отношением массы воды, заключенной в пустотах, к массе сухой породы, или отношением объема воды, заключенной в пустотах, к общему объему породы.
Различают следующие виды влагоемкости:
1) гигроскопическую влагоемкость Wa — наибольшее количество прочно-связанной воды, которое порода может адсорбировать из воздуха, насыщенного водяными парами;
2) максимальную молекулярную влагоемкость W,
количество связанной воды, которое может быть удержано породой под воздействием поверхностных сил притяжения. Наибольшей максимальной молекулярной влагоемкостью обладают глинистые породы;
3) W — капиллярную влагоемкость — это наибольшее количество капиллярной влаги, которое может содержаться в породе при полном заполнении только капилляров. Величина переменная, зависит от высоты слоя, для которого она определяется над уровнем свободной воды.
4) W, (ПВ) — полная влагоемкость — наибольшее количество связанной, капиллярной и гравитационной воды, которое может содержаться в породе при заполнении всех пор и пустот.
5) W, — (НВ, 111 IB) — наименьшая или 111 1В — наибольшее
количество подвешенной воды, которое может прочно удерживаться породой.
По степени влагоемкости выделяют 3 группы пород:
1. влагоемкие — торф, глина, суглинок;
2. слабовлагоемкие — глинистый песок, лёсс, мергель и др.;
3. невлагоемкие — песок, гравий, галечник, метаморфические горные породы.
4. Водопроницаемость – это способность горных пород пропускать через себя воду. Она обусловлена наличием в породе пустот.
Водопроницаемость зависит от особенностей структуры породы. Так у лессов, отличающихся макропористостью, она значительно уменьшается при разрушении естественной структуры и уплотнении при оптимальной влажности. Водопроницаемость лессовых пород в естественном залегании по вертикали выше, чем по горизонтали. Это объясняется тем, что поры ориентированы преимущественно по вертикали. В других породах может быть наоборот. Это характерно для глинистых, речных, озерных и морских отложений, если они содержат песчаные пропластки. Обменные катионы, содержащиеся главным образом в глинистых породах и в воде, также влияют на водопроницаемость. Са+ и Mg+2 повышают ее, Na+ и К+ — уменьшают. Это влияние обменных катионов используется в мелиорации. Например для удаления из 1111К Na+ и замены его кальцием проводят гипсование солонцов, что существенно повышает водопроницаемость почв и соответственно улучшает их водный и солевой режим. Коэффициент увеличивается с повышением температуры.
Показателем водопроницаемости пород является коэффициент фильтрации. Коэффициент м/сут. Водопроницаемость скальных горных пород зависит от их трещиноватости. Вот примерно какие коэффициенты фильтрации м/сут:
Глина — менее 0,001 м/сут;
Лесс — 0,25 — 0,5 м/сут;
Песок пылеватый — 0,5 — 1 м/сут;
Песок крупнозернистый — 20 — 50 м/сут;
Гравий — 20 — 150 м/сут;
Галечник — 100 — 500 м/сут.
По-видимому водопроницаемость тем выше, чем больше площадь сечения пустот. Поэтому галечники, гравий, крупные и средние пески, трещиноватые скальные породы обладают хорошей водопроницаемостью. То есть горные породы обладают водопроницаемостью:
1. водопроницаемые — галечник, гравий, песок;
2. полуводопроницаемые — глинистый песок, супесь, суглинок легкий, лесс и т.д.;
3. практически водопроницаемые — глина, тяжелый суглинок, плотный хорошо разложившийся торф, осадочные нетрещиноватые горные породы и др.
Абсолютно водопроницаемых горных пород нет.
5. Водоотдача – это способность водонасыщенных горных пород отдавать воду путем свободного стекания под действием силы тяжести. Величина водоотдачи определяется отношением объема свободно стекающей воды к объему всей породы и выражается в долях единицы или в процентах. Водоотдача м равна разности полной и максимальной молекулярной влагоемкостями:
м = Wn – Wi .
Породы имеют различную водоотдачу. Такие, как глина и торф практически водоотдачей не обладают. Отличаются высокой водоотдачей пески, галечники и др.
6. Водоподъемная способность – это способность горных пород поднимать воду по капиллярам.
В мелких порах горных пород над УГВ под влиянием сил поверхностного натяжения образуется кайма капиллярной воды. Высота и скорость поднятия капиллярной воды зависит от гранулометрического состава, плотности, однородности сложения их, формы частиц, от температуры и минерализации воды. С повышением температуры высота капиллярного поднятия уменьшается, с увеличением минерализации — возрастает. Высоту капиллярного поднятия Н^ определяют прямыми наблюдениями в шурфах, углубленных до УГВ, а также в лабораторных условиях. Значение Н:
Например:
Глина — 500см;
Суглинок тяжелый — 300 — 400см;
Суглинок легкий — 200 — 300см;
Песок среднезернистый — 15 — 35см;
Песок мягкий — 35 — 100см;
Супесь — 100- 150см;
Суглинок легкий — 150 — 200см.
2. Физические свойства подземных вод. Оценка физических свойств подземных вод.
К физическим свойствам подземных вод относятся температура, прозрачность, цвет, запах, вкус и привкус, плотность, сжимаемость, вязкость, электропроводность и радиоактивность. (ГОСТ 18963 — 73)
1. Температура изменяется в широких пределах и зависит от геологического строения, физико-географических условий и режима питания их. Например, температура воды в многолетних мерзлых породах имеет величину -5° С и ниже. Температура неглубоких вод в средних широтах изменяется от 5°С до 15°С. В областях молодой вулканической деятельности, а так же на участках выхода воды на поверхность из глубоких частей земной коры известны источники с температурой воды более 100° С (гейзеры Камчатки, Исландии, Японии, Америки и др.)
Питьевая вода наиболее вкусная, если ее температура 7 — 11 °С.
2. Прозрачность зависит от количества растворенных в них минеральных веществ, содержания механических примесей, органических веществ.
По степени прозрачности подземные воды подразделяются на 4 категории:
а) прозрачные;
б) мутные;
в) слегка мутные;
г) очень мутные.
Определяют прозрачность на глаз. Для этого в полевых условиях воду наливают в цилиндр h = (30 — 40)см из бесцветного стекла с плоским дном. Сравнивают эту воду с дистиллированной водой, заполняющей такой же цилиндр. По ГОСТ 2874 — 73 мутность не должна превышать 1,5 мг/см.
3. Цвет зависит от химсостава и наличия примесей. Цвет воды определяют так же как и прозрачность в стеклянном цилиндре h = 30 — 40см, просматривая воду сверху. Полезно эту воду сравнить с дистиллированной водой налитой в такой же сосуд. Согласно нормам ГОСТ 2874 — 73 цветность по платинокобальтовой шкале допускается не более 200.
4. Запах обычно в подземных водах отсутствует, но иногда ощущается. Так, например, сероводород придает запах тухлых яиц. Установлено, что запах воды чаще связан с деятельностью бактерий, разлагающих органическое вещество.
Для определения запаха воду подогревают до 40 — 60°, сильно встряхивают, а затем производят определение.
Согласно ГОСТ 2874 — 73 запах при 20° С и при нагревании воды до 60° С не более 2 баллов (всего 5 баллов), т.е. вода должна иметь слабый запах (с 1 по 5балл объясняется по книге).
5. Вкус и привкус придают воде растворенные в ней минеральные соединения, газы и посторонние примеси (здесь добавить по книге).
По ГОСТу 2874 — 73 привкус при температуре 20° С не более 2 баллов.
6. Плотность количественно определяется отношением 
ее массы к объему при определенной температуре. За единицу плотности принята плотность дистиллированной воды при температуре 4° С. Плотность зависит от температуры, количества солей, газов и взвешенных частиц. Изменяется от 1 до 1,4 г/см3. Изменяется с помощью ареометра или пикнометра.
7. Сжимаемость показывает изменение объема воды под действием давления. Степень сжимаемости зависит от количества растворенного в ней газа, температуры, химического состава. Число, показывающее на какую долю первоначального объема жидкости уменьшается объем при увеличении давления на 105 Па, называется коэффициентом сжимаемости.
, где
— изменение объема, соответствующее изменению давления .
7. Вязкость характеризует внутреннее сопротивление частиц жидкости ее движению. Она зависит от температуры и количества растворенных в ней солей.
8. Электропроводность.
9. Радиоактивность.
Контрольные вопросы:
1. Назовите водные свойства горных пород.
2. Назовите физические свойства подземных вод.