Водні властивості ґрунтів

Водні властивості ґрунтів визначаються їх фізичними властивостями і вмістом в них води. До основних водних властивостей ґрунтів відносяться вологість, вологоємність, водовіддача, водопроникність, капілярність.

Природна вологість - це вміст води в породі за природних умов і виражається відношенням маси води в породі до маси породи після її висушування при температурі 105 – 110⁰ С:

W = (m_в / m_с) 100 % = [(m_n - m_с) / m_с] 100 %,

де W – вологість, m_в – маса води в породі, m_с – маса сухої породи, m_n – маса проби породи до висушення.

Вологість породи, яка визначається відношенням маси води в породі, до маси сухої породи називається ваговою вологістю. Розрізняють ще:

Об’ємну вологість – це відношення об’єму води, що міститься в породі, до об’єму всієї породи;

Відносну вологість – відношення об’ємної вологості до пористості породи показує ту частину пор, яка зайнята водою. В абсолютно сухій породі відносна вологість дорівнює нулю, а при цілковитому заповненні пор водою - одиниці.

Вологоємність – здатність порід уміщати й утримувати в собі певну кількість води. Розрізняють породи досить вологоємні (торф, глини, суглинки), слабко вологоємні (крейда, пухкі пісковики), невологоємкі (скельні породи, галечник). Розрізняють вологоємність повну, капілярну, найменшу (або польову) та максимальну молекулярну.

Дефіцит вологи, або недостача насичення – це кількість води, яка може додатково вміститись у породі в природних умовах вологості і визначається за різницею між повною вологоємністю і природною вологістю.

Водовіддача – це здатність водонасиченої породи віддавати воду шляхом вільного стікання. Величина водовіддачі визначається відношенням об’єму води, що вільно стекла, до об’єму всієї породи. Величина водовіддачі залежить від гранулометричного складу або розміру та стану тріщин і пустот.

Водопроникністю ґрунтів називають їх здатність пропускати через себе воду під дією сили ваги або градієнтів гідростатичного тиску. Водопроникність залежить від розміру і форми часток ґрунту, від розміру і кількості пор і тріщин у ґрунті, його гранулометричного складу. Кількісно водопроникність визначається величиною коефіцієнта фільтрації, який відображає швидкість фільтрації води при напірному градієнті, рівному одиниці і виражається в м/добу, см/с, м/с (табл. 9.2). Розуміння суті цього коефіцієнта базується на законі Дарсі, за яким кількість води (Q), що просочується крізь породу за одиницю часу, прямо пропорційна коефіцієнту фільтрації (к), падінню напору (h), площі поперечного перетину породи (F) та обернено пропорційна довжині шляху фільтрації (L):

Q = .

Падіння напору (h) – це різниця рівнів (h = Н₁ – Н₂) у двох точках підземного потоку.

За фільтраційними властивостями, всі гірські породи поділяють на три групи: водопроникні (галька, гравій, добре відсортований чистий пісок, закарстовані та тріщині породи); напівпроникні (глинисті піски, торф, скельні, напівскельні та закарстовані породи, пустоти і тріщини яких заповнені дрібнозернистими і глинистими відкладами); водонепроникні, або водотривкі (глини та масивно-кристалічні породи).

Капілярністю ґрунту називають його здатність утримувати і пропускати капілярну воду. Висота капілярного підняття залежить від розміру капілярних пор, гранулометричного складу породи, температури води та інших характеристик. Висота капілярного підняття може змінюватися від нуля (гравій, галька) до 12 м (деякі види глини).