水在岩石、土壤中的赋存形式有气态水、结合水、毛细水、矿物水和重力水。对工程降水有影响的主要是重力水、毛细水和结合水。
1.气态水、固态水及矿物中的水
气态水是指赋存于岩石土壤空隙中的水蒸气。气态水可随空气流动或从水气压力高的地方向压力低的地方迁移。当温度低于0°时,空隙中的液态水转变为固态水。另外还有存在于矿物晶体内部及晶体间的结晶水或结构水。
图1-1 结合水示意图
2.结合水
土粒表面带有负电荷,可在土粒周围形成电场,由于水分子是极性分子,一端带正电荷,另一端为负电荷,在土粒电场范围内的水分子和阳离子一起吸附在土粒表面而定向排列形成一层薄的水膜,这层水就称为结合水。结合水可分为强结合水和弱结合水(图1-1)。
(1)强结合水
由颗粒电场吸引,紧紧吸附于颗粒周围的结合水称为强结合水,厚度几个水分子厚。
特征:没有溶解能力,不能传递静水压力,性质近于固体,密度1.2~1.4g/cm3,难于蒸发,难于结冰(-78℃),具很大黏滞性、弹性和抗剪强度。
(2)弱结合水
弱结合水是强结合水外围的结合水膜,厚度<200Å。
特征:弱结合水不能传递静水压力,可向邻近水膜移动,冰点-0.5~-30℃,弱结合水厚度大时,粘性土为可塑状。
结合水的存在对水在粘性土中的渗流有很大影响,它增加了水的渗流阻力,阻碍了水在孔隙中的流动,使得粘性土由于结合水的存而出现渗流速度变慢、排水固结时间加长、作为地基土受力后土层沉降压缩时间缓慢等现象。
3.毛细水
毛细水存在于岩土的毛细孔隙及窄缝之中,靠表面张力支持。根据存在的状态及与饱水带中重力水的联系情况,毛细水又分为悬挂状毛细水、接触毛细水和一般毛细水。
4.重力水
重力水是指存在于岩石、土壤颗粒之间、结合水层之外,不受颗粒静电引力的影响,可在重力作用下自由运动的水。我们所讲的地下水如井水、泉水、基坑涌水等都是重力水,它具有液态水的一般特征。重力水能产生浮托力,可传递静水压力、孔隙水压力;流动的重力水在运动过程中会产生动水压力;重力水具有溶解能力,对可溶性岩石产生化学潜蚀,导致岩石的成分及结构产生破坏。它是水文地质学研究的主要对象。