Виды воды в горных породах

Рис. 8.2. Различные формы связи молекул воды с частицами породы (по А.Ф. Лебедеву):

1 – частицы почвы, 2 – молекулы воды; а – гигроскопическая вода при неполном насыщении; б – то же, при полном насыщении; в и г – пленочная вода: частица г при полном молекулярном насыщении с пленкой максимально возможной толщины; пленочная вода движется налево до выравнивания толщины пленки у обеих частиц; д – гравитацнонная вола, образующая каплю, которая стекает вниз под влиянием силы тяжести

В современной литературе приводятся различные классификации видов воды в горных породах. В СССР широко известна классификация, предложенная А.Ф. Лебедевым, который на основании тщательных экспериментальных и полевых исследований установил следующие виды воды в горных породах (рис. 8.2).

Слайд 7

1. Вода в виде пара (парообразная) содержится в воздухе, занимающем свободные от жидкой воды поры и трещины в горных породах. Она находится в динамическом равновесии с другими видами воды и с парами воды в атмосфере. При определенных условиях парообр ая вода конденсируется.

2. Гигроскопическая вода образуется в том случае, когда молекулы парообразной воды адсорбируются (лат. adsorbtio – поглощение) на поверхности минеральных частиц горных пород. Гигроскопическая вода облекает частицы породы одномолекулярной тонкой пленкой и прочно удерживается на их поверхности молекулярными и электрическими силами и может быть удалена при нагревании до температур не менее 105 – 110°.

3. Пленочная вода образует вокруг частиц горной породы и поверх гигроскопической воды более толстую пленку в несколько слоев молекул. Пленочная вода может передвигаться от одной частицы к другой. Если толщина пленок у соседних частиц различная, то происходит медленное перемещение воды от частиц с большей толщиной пленки к частицам с меньшей пленкой до тех пор, пока пленки не станут одинаковыми по толщине.

Как и гигроскопическая, пленочная вода содержится в большом количестве в глинистых породах и в меньшем – в песчаных.

4. Капиллярная вода заполняет частично или полностью тонкие поры и трещины в горных породах и удерживается в них силами поверхностного натяжения. Эта вода поднимается по тонким капиллярам снизу вверх от уровня подземных вод. Чем меньше диаметр частиц, слагающих горную породу, тем мельче диаметр пор и тем больше высота капиллярного поднятия. В суглинках высота капиллярного поднятия может достигать 2 м и более, в крупнозернистых песках – всего нескольких сантиметров.

Слайд 8

5. Капельно-жидкая (свободная) гравитационная вода, способная свободно передвигаться по порам, трешинам и другим пустотам в горных породах под влиянием силы тяжести. Она может быть подразделена на воду, полностью заполняющую поры и трещины в горных породах, образующую горизонт подземных вод, и воду, просачивающуюся сверху вниз в зоне аэрации (фр. – aeration – воздух), т.е. в зоне, расположенной выше подземных вод, где в горных породах находится воздух. На рис. 8.2 видно, что при увеличении влажности пород и толщины пленки на поверхности минеральных частиц горных пород силы энергетической связи их уменьшаются и в конце концов наступает момент, когда эти силы не в состоянии удерживать пленочную воду и часть ее будет переходить в капельножидкую и просачиваться сверху вниз.

6. Вода в твердом состоянии в виде льда, присутствует в горных породах, имеющих отрицательную температуру (ниже 0°). Лед может быть в виде отдельных микрокристаллов, тонких пленок или в виде прослоев чистого льда. Особенно большое распространение лед имеет на обширных пространствax северной части Сибири и Аляски, в областях развития многолетнемерзлых горных пород, или «вечной мерзлоты». Вода в твердом виде возникает также ежегодно в других зонах в слое сезонного промерзания.

7. Кристаллизационная вода входит в состав ряда минералов и принимает участие в строении их кристаллических решеток. Примером тому является вода гипса CaSO₄·2H₂O. Она может быть удалена при нагревании.

За последние годы в связи с накоплением новых данных экспериментальных и полевых исследований классификация А.Ф. Лебедева получила дальнейшее развитие в трудах многих ученых Советского Союза (Роде, 1952; Сергеев, 1971, Ломтадзе, 1970 и др.). Исходя из запросов инженернои геологии и грунтоведения, многие авторы детализируют представлния о гигроскопической и пленочной воде в классификации А.Ф. Лебедева. Эти виды воды называют физически связанной водой. По характеру связи с минеральными частицами и по особенностям свойств связанная вода подразделяется на прочносвязанную воду (адсорбированную, гигроскопическую), удерживаемую на поверхности частиц породы силами, соответствующими сотням и тысячам атмосфер, и рыхлосвязанную воду, слои которой более удалены от частиц горной породы. Рыхлосвязанная вода удерживается в породах значительно меньшими силами и, по своим свойствам существенно отличаясь от прочносвязанной, близка к свободной воде.

Слайд 9