22. Физические и водные свойства грунтов

1. Плотность грунта – это отношение массы однородного грунта к его объему:_гр = m _гр /V _гр. 2. Гранулометрический (механический) состав - процентное содержание (по массе) в рыхлых грунтах групп частиц (фракций) различного диаметра.

Водные свойства грунтов определяются их физическими свойствами и содержанием в них воды. 1.Влажность W_m – это отношение массы воды к массе сухого грунта, выраженное в %:W_m = (m_в/m_гр)  100% Часто вместо массовой влажности используют понятие объемная влажность W_об, которая характеризует объем воды, содержащейся в 1 м3 влажного грунта. 2. Влагоемкость грунта - способность вмещать и удерживать определенное количество воды. Полная влагоемкость (W_ПВ ) - это суммарное содержание в грунте всех видов воды при полном заполнении всех пор. Полная влагоемкость – это максимально возможная влажность для данного грунта. Наименьшая влагоемкость (W_НВ) -характеризует количество гигроскопической, пленочной и капиллярной влаги, остающейся в грунте после окончания свободного стекания воды.3. Водоотдача - способность водонасыщенных грунтов отдавать воду путем свободного стекания. Удельная водоотдача – это количество воды, которое можно получить из 1 м3 грунта.4. Водопроницаемость грунтов – способность их пропускать воду через себя, которая зависит от размера и формы частиц грунта, от размера и количества пор и трещин в грунте, его гранулометрического состава.

23. Виды воды в порах грунтов

Основные силы, действующие на воду в порах грунта: - силы молекулярного взаимодействия; - капиллярные силы; - силы тяжести и гидростатического давления; - сосущая сила корневой системы растений (десукция).В зависимости от физического состояния, подвижности и характера связи с грунтом выделяют несколько видов воды в грунтах: - химически и физически связанная, - капиллярная, - свободная (гравитационная), - вода в твердом и парообразном состоянии. Классификация подземных вод- По температуре подземные воды делятся на исключительно холодные (ниже 0⁰С), весьма холодные (4-20⁰С), теплые (20-37⁰С), горячие (37-42⁰С), весьма горячие (42-100⁰С), исключительно горячие (более 100⁰С). К термальным водам относят воды с температурой более 20⁰С. Если такие воды имеют лечебное значение (обычно это воды и специфического химического состава), их называют «термами». По минерализации подземные воды, как и все природные воды делят на пресные, солоноватые, соленые и рассолы. Подземные воды, оказывающие бальнеологическое воздействие на организм человека, называют минеральными. Они подразделяются на углекислые, сульфидные или сероводородные, железистые и мышьяковистые, бромистые и йодистые, воды с большим содержанием органических веществ, радоновые. По гидравлическим условиям подземные воды подразделяют на напорные (артезианские и глубинные) и безнапорные (грунтовые).По характеру вмещающих воду грунтов подземные воды подразделяют на поровые, пластовые, трещинные, трещинно-жильные. Движение подземных вод- В зоне аэрации происходит проникновение атмосферных осадков и поверхностных вод в грунт, называемое инфильтрацией. Различают свободное просачивание и нормальную инфильтрацию .В зоне насыщения под действием силы тяжести и гидростатического давления свободная (гравитационная) вода по порам и трещинам грунта перемещается в сторону уклона поверхности водоносного горизонта или в сторону уменьшения напора. Это движение называется фильтрацией. В мелкопористых грунтах движение вод имеет ламинарный режим-Закон фильтрации Дарси: ф = K ф I, где ф – скорость фильтрации, K ф - коэффициент фильтрации, I - гидравлический уклон, равный либо уклону поверхности уровня грунтовых безнапорных вод (этот уклон пропорционален продольной составляющей силы тяжести), либо градиенту пьезометрического напора (пропорционального градиенту гидростатического давления) у напорных артезианских вод. Скорость фильтрации (м/сут, мм/мин или см/с) – это отношение расхода фильтрационного потока к площади поперечного сечения в пористой среде. Скорость фильтрации (м/сут, мм/мин или см/с) – это отношение расхода фильтрационного потока к площади поперечного сечения в пористой среде. Коэффициент фильтрации характеризует водопроницаемость грунтов. Он зависит от количества и размера пор и от свойств фильтрующей жидкости. Коэффициент фильтрации численно равен скорости фильтрации при гидравлиеческом уклоне, равном 1. Коэффициент фильтрации выражают в единицах скорости: м/сут, мм/мин, см/с и т.д. для определения скорости фильтрации в зоне насыщения необходимо знать величину гидравлического уклона. Для безнапорных грунтовых вод уклон определяют через величину падения уровня грунтовых вод  на расстоянии L: /L = (1 – H2)/L . Тогда формула Дарси приобретает вид: ф = K ф/L . В крупнообломочных и трещиноватых грунтах режим движения вод турбулентен. В таких случаях вместо формулы Дарси применяют зависимость типа формулы Шези в таком виде: ф = K ф I, где K ф – коэффициент турбулентной фильтрации, который определяют опытным путем. Для поверхности бассейна- x = yпов + yинф + zпов uпов,где x – атмосферные осадки на поверхности бассейна, yпов - поверхностный (склоновый) сток, yинф - вода, поступившая в зону аэрации в процессе инфильтрации, zпов - испарение непосредственно с поверхности смоченных водой растений, с участков, залитых водой и т.д., uпов - изменение содержания (запасов) воды в неровностях поверхности бассейна, например в водных объектах на этой поверхности. Для зоны аэрации-yинф + zгр.в = yпочв + yпит.гр.в. + zтр + zз.а uз.а, где yинф – поступление воды в процессе инфильтрации с поверхности, yпочв - сток в почвенном слое, yпит.гр.в. - вода, поступающая из зоны аэрации в грунтовые воды и участвующая в их питании, zтр - поглощение воды из зоны аэрации корневой системой растений (десукция) и затрачиваемой впоследствии на транспирацию, а частично на увеличение биомассы растений, zз.а - подземное испарение воды из зоны аэрации в атмосферу, zгр.в - испарение воды с поверхности грунтовых вод (эта вода идет на пополнение содержания вод в зоне аэрации), uз.а - изменение содержания (запасов) воды в зоне аэрации, выражающееся в изменении влажности грунтов. Для зоны насыщения-yпит.гр.в = y.гр.в + zгр.в  yгл  uгр.в , где yпит.гр.в – питание грунтовых вод из зоны аэрации, y.гр.в - сток грунтовых вод, zгр.в - испарение с поверхности грунтовых вод,  yгл - питание грунтовых вод из глубинных напорных горизонтов или разгрузка грунтовых вод в эти глубинные горизонты,  uгр.в - изменение содержания (запасов) воды в водоносном горизонте грунтовых вод, выражающееся в изменении уровня грунтовых вод. Для всего речного бассейна-x = y + z  yгл  u, где y = yпов + yпочв + y.гр.в, z = zпов + zтр + zз.а,  u =  uпов  uз.а.  uгр.в