巖石中的空隙與水分課件

水文地質(zhì)學(xué)第三講巖石中的空隙與水分水文地質(zhì)學(xué)第三講2023/9/82OUTLINE巖石中的空隙巖石中水的存在形式與水的儲運(yùn)有關(guān)的巖石的性質(zhì)有效應(yīng)力原理與松散巖石的壓密2023/8/32OUTLINE巖石中的空隙怎樣認(rèn)識巖石中的空隙？怎樣認(rèn)識巖石中的空隙？怎樣認(rèn)識巖石中的空隙？你見過這些地貌類型嗎？你是否仔細(xì)觀察過巖石（土）的特征？是否存在“空隙”？這些“空隙”是如何產(chǎn)生的？如何定量描述空隙的大小多少？受什么因素影響？為什么要對巖石空隙進(jìn)行分類？如何理解“地殼表層就好像是飽含著水的海棉”？怎樣認(rèn)識巖石中的空隙？你見過這些地貌類型嗎？你是否仔細(xì)觀察過2023/9/85巖石中的空隙巖石中的空隙是地下水的儲存空間和運(yùn)移通道，空隙的性質(zhì)就決定著地下水的分布與運(yùn)動特征；巖石中的空隙分為三類：孔隙、裂隙和溶隙2023/8/35巖石中的空隙巖石中的空隙是地下水的儲存空間2023/9/86巖石中的空隙：松散巖石中的孔隙松散巖石是由大小不等的巖土顆粒組成的，顆?；蛘哳w粒集合體之間的空隙，稱為孔隙。圖2-1各類巖石中的孔隙示意孔隙度：指某一體積巖石（包括孔隙在內(nèi)）中孔隙所占的比例。與土力學(xué)中的孔隙比概念比較？！孔隙度的影響因素：主要是顆粒的分選程度和排列方式，其次是顆粒形狀和膠結(jié)充填情況。對于黏性土，會存在結(jié)構(gòu)孔隙和其他次生孔隙，也是重要因素。以等粒圓球?yàn)槔?，說明排列方式影響孔隙度的大小2023/8/36巖石中的空隙：松散巖石中的孔隙松散巖石是由2023/9/87松散巖石中孔隙度參考值巖石名稱礫石砂粉砂粘土孔隙度25-40%25-50%35-50%40-70%2023/8/37松散巖石中孔隙度參考值巖石名稱礫石砂粉砂孔2023/9/88巖石中的空隙：松散巖石中的孔隙孔隙度的大小決定了巖石的儲水能力；影響地下水運(yùn)動的是孔隙的大小與連通情況，孔喉決定了水流的大小孔隙的大小受顆粒大小和排列方式的影響。見圖2-5。對于粘性土，結(jié)構(gòu)孔隙與次生孔隙對地下水運(yùn)動的影響不可忽略。2023/8/38巖石中的空隙：松散巖石中的孔隙孔隙度的大小2023/9/89巖石中的空隙：堅(jiān)硬巖石中地裂隙堅(jiān)硬巖石本不存在太多裂隙，后天應(yīng)力作用、巖石破裂，遂有各類裂隙。按成因：成巖裂隙、構(gòu)造裂隙、風(fēng)化裂隙。裂隙的特點(diǎn)是在巖石中的不均勻性和方向性，各種裂隙又存在較大的差別。裂隙率：裂隙的體積與包括裂隙體積在內(nèi)的巖石體積的比值。面裂隙率、線裂隙率的概念2023/8/39巖石中的空隙：堅(jiān)硬巖石中地裂隙堅(jiān)硬巖石本不2023/9/810巖石中的空隙：可溶巖石中的溶隙可溶巖與地下水的溶蝕作用：石灰?guī)r、白云巖、巖鹽、石膏。溶隙率：溶隙的體積與包括溶隙在內(nèi)的巖石的體積的比值。溶隙（穴）特點(diǎn)：發(fā)育規(guī)模大小懸殊，在巖石中分布極不均勻巖石中的空隙只有互相聯(lián)通，形成網(wǎng)絡(luò)，才具有水文地質(zhì)意義上的儲水空間和運(yùn)移通道作用；而各類空隙的聯(lián)通情況各不相同，甚至相差甚遠(yuǎn)，這就定了賦存其中的地下水的運(yùn)動規(guī)律也不相同。2023/8/310巖石中的空隙：可溶巖石中的溶隙可溶巖與地巖石中水會以什么形式存在？你怎么認(rèn)識（知道）巖石中有水？水存在于巖石（土）之中，與巖石（土）之間如何相互作用？會有哪些存在形式？喜鵲knowwherewatercanbefound.巖石中水會以什么形式存在？你怎么認(rèn)識（知道）巖石中有水？喜鵲2023/9/812巖石中水的存在形式地殼巖石中的水巖石“骨架”中的水（礦物結(jié)合水）沸石水結(jié)晶水結(jié)構(gòu)水巖石空隙中的水結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水液態(tài)水重力水毛細(xì)水固態(tài)水氣態(tài)水巖石表面的結(jié)合水2023/8/312巖石中水的存在形式地殼巖石中的水巖石“骨2023/9/813巖石空隙中的結(jié)合水

定義:受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部分水，稱為結(jié)合水（強(qiáng)結(jié)合水與弱結(jié)合水）。圖2-6。強(qiáng)結(jié)合水，所受引力相當(dāng)于1萬個大氣壓，平均密度達(dá)正常水的2倍。不能流動，但可揮發(fā)。結(jié)合水區(qū)別于不同液態(tài)水的最主要特征是具有抗剪強(qiáng)度，即必須施加一定的力，才能使其發(fā)生變形。抗剪強(qiáng)度由內(nèi)層向外層減弱，當(dāng)施加的外力超過結(jié)合水的抗剪強(qiáng)度時，外層結(jié)合水就會發(fā)生流動，力越大，流動的結(jié)合水厚度就越大。2023/8/313巖石空隙中的結(jié)合水定義:受固相表面的引2023/9/814巖石空隙中的重力水

定義：受到的重力大于固體表面的吸引力，能夠在自身重力作用下自由流動的水，稱為重力水。井和泉所取用的地下水都是可以自由流動的重力水，是水文地質(zhì)的主要研究對象。2023/8/314巖石空隙中的重力水定義：受到的重力大于2023/9/815巖石空隙中的毛細(xì)水

毛細(xì)現(xiàn)象松散巖石中的毛細(xì)現(xiàn)象和毛細(xì)水。支持毛細(xì)水與包氣帶中的毛細(xì)水帶懸掛毛細(xì)水及其形成條件何謂孔角毛細(xì)水?孔角毛細(xì)水土中毛細(xì)水2023/8/315巖石空隙中的毛細(xì)水毛細(xì)現(xiàn)象孔角毛細(xì)水土2023/9/816巖石空隙中的氣態(tài)水與固態(tài)水

巖石中的氣態(tài)水，在未飽水的巖石空隙中都存在氣態(tài)水。氣態(tài)水可隨空氣流動而流動；空氣不流動時也能從水汽壓力大的地方向小的地方遷移。巖石中的固態(tài)水，當(dāng)巖石的溫度降到0°C以下時，空隙中的液態(tài)水就轉(zhuǎn)化為固態(tài)水。凍土與多年凍土。2023/8/316巖石空隙中的氣態(tài)水與固態(tài)水巖石中的氣態(tài)2023/9/817與地下水儲運(yùn)有關(guān)的巖石性質(zhì)（水理性質(zhì)）容水度是指巖石完全飽水時所能容納的最大水體積與巖石總體積的比值。一般情況下與巖石的空隙度相當(dāng)。含水量用來衡量巖石的實(shí)際含水的情況松散巖石空隙中所含水的重量與干燥巖石重量的比值，稱為重量含水量；松散巖石所含水的體積與巖石總體積的比值，稱為體積含水量。巖石充分飽水時的含水量，稱為飽和含水量。飽和差等于飽和含水量與實(shí)際含水量的差值。飽和度等于實(shí)際含水量與飽和含水量的比值。2023/8/317與地下水儲運(yùn)有關(guān)的巖石性質(zhì)（水理性質(zhì)）容2023/9/818與地下水儲運(yùn)有關(guān)的巖石性質(zhì)（水理性質(zhì)）給水度描述地下水位下降時給出水的能力當(dāng)?shù)叵滤嫦陆担瑒t下降范圍內(nèi)飽水巖石中的水和相應(yīng)的支持毛細(xì)水帶中的水，將在重力作用下，部分地從原先的賦存空間中釋出。給水度的定義：把地下水位下降一個單位深度，從地下水位延伸到地表的單位水平面積巖石柱體內(nèi)，在重力作用下釋出的水的體積，稱為給水度。2023/8/318與地下水儲運(yùn)有關(guān)的巖石性質(zhì)（水理性質(zhì)）給2023/9/819給水度（2）給水度的大小受巖性、初始地下水位埋藏深度和地下水位下降速率等因素的影響。巖性：顆粒大小與空隙大小初始水位埋深與最大毛細(xì)上升高度地下水位下降快，水可能來不及釋出；下降慢，才能充分給水。重力釋水并非瞬間完成，而是需要一個過程，因此往往滯后于水位下降2023/8/319給水度（2）重力釋水并非瞬間完成，而是需2023/9/820與地下水儲運(yùn)有關(guān)的巖石性質(zhì)（水理性質(zhì)）持水度與給水度相對，描述地下水位下降時巖石保留水的能力地下水位下降一個單位深度，單位水平面積巖石柱體中反抗重力而保持在巖石空隙中的水量，稱為持水度。相互關(guān)系：持水度=孔隙度-給水度。2023/8/320與地下水儲運(yùn)有關(guān)的巖石性質(zhì)（水理性質(zhì)）持2023/9/821與地下水儲運(yùn)有關(guān)的巖石性質(zhì)（水理性質(zhì)）透水性是指巖石允許水透過的能力。表征物理量是滲透系數(shù)。影響巖石透水性的因素空隙的大小：空隙直徑愈小，透水性愈差，見圖2-9空隙度的大?。褐挥挟?dāng)空隙大小達(dá)到一定程度后，空隙度的大小才起作用?？障抖扔?，透水性愈好空隙通道的連通程度與復(fù)雜程度最小孔徑，控制巖石的透水能力孔隙通道的彎曲程度，影響水流動時消耗的能量松散巖石顆粒的分選程度，影響空隙大小和通道的復(fù)雜性2023/8/321與地下水儲運(yùn)有關(guān)的巖石性質(zhì)（水理性質(zhì)）透巖石中的空隙與水分課件2023/9/823Terzaghi于1925年提出有效應(yīng)力原理：巖土顆粒上所承受的有效應(yīng)力等于總應(yīng)力減去孔隙水壓力。即：參見圖2-12，由松散沉積物構(gòu)成的飽和砂層，總應(yīng)力由砂層骨架與水共同承擔(dān)。由于水壓力的存在，砂層骨架所受的有效應(yīng)力小于總應(yīng)力。有效應(yīng)力原理與松散巖石的壓密2023/8/323Terzaghi于1925年提出有效應(yīng)力2023/9/824有效應(yīng)力原理與松散巖石的壓密地下水位下降引起巖石的壓密假設(shè)：1）承壓含水層，水位下降后含水層仍充滿水；2）水位下降后，總應(yīng)力不變。水位下降后，孔隙水壓力減小△u,根據(jù)有效應(yīng)力原理，有效應(yīng)力增加△Pz

，則改變后的應(yīng)力平衡式為：砂層是通過顆粒觸點(diǎn)而承受應(yīng)力的，有效應(yīng)力增加，則顆粒發(fā)生位移，排列更為緊密，孔隙度降低，砂層得到壓密。反之，當(dāng)水位上升，則發(fā)生相反的情況。此類情況同樣發(fā)生在粘性土層，但是由于黏性土的塑性變形，壓密后即使孔隙水壓力恢復(fù)，黏性土的壓密狀態(tài)仍將保持。2023/8/324有效應(yīng)力原理與松散巖石的壓密地下水位下降2023/9/825訓(xùn)練與思考題你如何理解”