Инженерная геология и грунтоведение

Прочносвязанная вода - вода, содержащаяся в грунтах в форме  пленки толщиной в 2-3 молекулы воды. Удерживается силами электромолекулярного притяжения. По своим свойствам близка к твердому телу, имеет высокую плотность.

 Физически связанная  вода - вода связана с поверхностью  м-лов в п. и почвах; подразделяется  на рыхлосвязанную, или слабосвязанную, воду (или осмотически впитанную) и прочносвязанную. При поглощении рыхлосвязанной воды выделение тепла не происходит, поглощение прочно связанной воды сопровождается выделением тепла (теплота смачивания).

ПЛЕНОЧНАЯ ВОДА (рыхло связанная, осмотически впитанная) (по А. Ф. Лебедеву) вода, покрывающая тонкой пленкой поверхности отдельных частиц, пор, трещин и других пустот в горных породах поверх слоя гигроскопической воды. П. в. вместе с гигроскопичен ии водой называется молекулярной водой. Находясь под влиянием молекулярных сил сцепления между частицами породы и молекулами воды, П. в. перемещается как жидкость, причем движение происходит в направлении от более толстых пленок к более тонким. Сила тяжести не оказывает влияния на движение П. в. С повышением температуры передвижение П. в. ускоряется.

 

КАПИЛЛЯРНАЯ ВОДА - вид подземных вод, удерживаемых в порах горных пород силами поверхностного натяжения.

Гравитационная вода является источником других видов воды в грунте; ее химический состав сказывается на составе этих видов. При температуре  грунта ниже O°C гравитационная вода замерзает  и содержится в грунте в виде льда. Лед может содержаться в грунте в виде отдельных кристаллов или  в виде прослоев чистого льда, достигающих  местами значительной мощности. Кристаллы  льда в большинстве случаев играют роль цемента, скрепляющего минеральные  частицы друг с другом. Благодаря  присутствию льда резко изменяются свойства грунта.

 

Кристаллизационная вода и химически  связанная (конституционная) вода принимают  участие в строении кристаллических  решеток различных минералов. Кристаллизационная вода входит в состав минералов типа CaSO₄•2H₂O (гипс). Кристаллизационная вода, участвуя в построении кристаллической решетки минералов, сохраняет свою молекулярную форму. Химически связанная вода входит в гидраты типа гидроокисей Ca(OH)₂. Молекулы ее в результате химической реакции распадаются на ионы H⁺ и ОН-. Химически связанная вода не сохраняет своего молекулярного единства.

Химически связанная вода по сравнению  с кристаллизационной водой более  прочно связана с другими молекулами кристаллических решеток. Удаление из минералов химически связанной  воды возможно только путем их -нагревания при высокой температуре, превышающей 200°С. Кристаллизационная вода может быть выделена из минералов при более низких температурах. Значительное количество кристаллизационной воды, содержащейся в гипсе (16% из общего содержания ее в гипсе — 20,93%), выделяется уже после 32-часового нагревания при температуре 82°C. Удаление кристаллизационной воды из минералов заметно отражается на многих их химических и физических свойствах. Выделение химически связанной воды из минералов приводит к их распаду.

22. Физические свойства  подземных вод:

Цвет подземных вод зависит от их химического состава и механических примесей. Обычно подземные воды бесцветны. Желтоватый цвет характерен для вод болотного происхождения, содержащих гуминовые вещества. Сероводородные воды вследствие окисления H₂S и образования тонкой коллоидной мути, состоящей из частиц серы, имеют изумрудный оттенок. Цвет воды оценивается по стандартной платино-кобальтовой шкале в градусах.

Запах в подземных водах обычно отсутствует. Ощущение запаха свидетельствует или о наличии газов биохимического происхождения (сероводород и др.), или о присутствии гниющих органических веществ. Характер запаха выражают описательно: без запаха, сероводородный, болотный, гнилостный, плесневелый и т.д. Интенсивность запаха оценивают по шкале в баллах.

Вкус воды зависит от состава растворенных веществ. Соленый вкус вызывается хлористым натрием, горький - сульфатом магния, ржавый - солями железа. Сладковатый вкус имеют воды, богатые органическими веществами, наличие свободной углекислоты придает приятный освежающий вкус. Вкус воды оценивается по таблицам в баллах.

Прозрачность подземных вод зависит от количества растворенных в них минеральных веществ, содержания механических примесей, органических веществ и коллоидов. Для указания степени прозрачности подземных вод служит следующая номенклатура: прозрачная, слабопалесцирующая, опалесцирующая, слегка мутная, мутная, сильно мутная. Подземные воды обычно бывают прозрачными. Мутность воды оценивается в мг\л по стандартной шкале.

Температура подземных вод изменяется в очень широких пределах и зависит от геотермических особенностей района. Она отражает возрастные, тектонические, литологические и гидродинамические особенности водовмещающих толщ. Температура вод влияет на их химический состав, на вязкость и на коэффициент фильтрации.

В естественных условиях подземные воды могут быть переохлажденными (ниже 0°С, распространены в районах многолетних не мерзлых пород), холодными (ниже 20°С, приурочены к верхней зоне земной коры до пояса постоянных годовых температур в средних широтах),термальными (20-100°С, вскрываются буровыми скважинами на различных глубинах) иперегретыми (100-375°С встречаются в районах современной вулканической деятельности).

Плотность воды определяется отношением ее массы к объему при определенной температуре. За единицу плотности воды принята плотность дистиллированной воды при температуре 4°С. Плотность воды зависит от температуры, количества растворенных в ней солей, газов и взвешенных частиц и изменяется от 1 до 1,4 г/см³.

Сжимаемость воды незначительна и характеризуется коэффициентом сжимаемости β = (2,7-5)10^-5 Па. Вязкость воды характеризует внутреннее сопротивление частиц жидкости ее движению, количественно она выражается коэффициентами динамической и кинематической вязкости.  

Электропроводность подземных вод зависит от количества растворенных в них солей. Пресные воды обладают незначительной электропроводностью. Дистиллированная вода является изолятором. Электропроводность воды оценивают по удельному электрическому сопротивлению, которое выражается в Ом^.м и изменяется от 0,02 до 1,0 Ом^.м.  

Радиоактивность воды определяется содержанием в ней радона, эманации радия. За редким исключением подземные воды в той или иной степени радиоактивны.

23.Химические свойства подземных вод:

лавнейшими    химическими    компонентами    подземных     вод

являются катионы – Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, анионы – HCO3^-, Cl^-, SO4^2-, микрокомпоненты – Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, Mn²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Br, I, N и другие газы – N2, O2, CO2, CH4, H2 и др., комплексные органические соединения – фенолы, битум, гумус, углеводороды органические кислоты.

Химический состав подземных вод  принято выражать в ионной форме  в мг/л и г/л.

Главными источниками веществ, растворенных в подземных водах, являются горные породы, газы атмосферы  и поверхностные воды, питающие подземные  воды и те геохимические условия, которые

сложились в пределах площади распространения  и на различных глубинах.

По степени минерализации (содержания в воде ионов, молекул и различных  соединений) подземные воды месторождений  твердых полезных ископаемых могут  быть пресными, с минерализацией до 1 г/л, слабосолоноватыми – 1-3 г/л: солеными – 3-10 г/л, очень солеными – 10-50 г/л  и рассолами – более 50 г/л.

Жесткость воды (Н) – свойство воды, обусловленное присутствием в ней  солей кальция и магния. Выражается жесткость в мг^.экв/л. Различают жесткость общую, временную (устранимую) и постоянную (неустранимую), карбонатную и некарбонатную

Агрессивность воды – способность разрушать бетон, железобетонные и металлические конструкции. Различают сульфатную, углекислую, выщелачивания магнезиальную и общекислотную виды агрессии.

Сульфатная агрессия определяется повышенным содержанием иона SO4^2-. При избытке иона SO4^2- происходит кристаллизация в бетоне новых соединений: образуется гипс CaSO4^. 2H2O с увеличением объема на 100 % и сульфоалюминат кальция (бетонная бацилла) с увеличением объема в 2,5 раза, что приводит к разрушению бетона. Вода агрессивна к бетону при содержании иона SO4^2- - свыше 250 мг/л.

Углекислая агрессивность. При  воздействии агрессивной угольной кислотой происходит растворение и  вынос из бетона CaCO3^- основной составной части цемента. При избытке СО2 наблюдается переход СаСО3 в Са(НСО3)2, который легко растворяется и выносится из бетона.

Избыток СО2 > 20 мг/л называется агрессивной углекислотой.

Агрессивность выщелачивания (бикарбонатная  щелочность) происходит за счет растворения  и вымывания из бетона извести  СаСО3 при малом содержании в воде иона НСО3^-. Воды, содержащие менее 30 мг/л связанной углекислоты и обладающие жесткостью менее 1,4 мг/л, считаются агрессивными, независимо от других показателей.

24.Классификация подземных вод и их режим:

25. Динамика подземных вод: