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1、第二章岩石中的孔隙与水分第1页，共85页，编辑于2022年，星期三 第一节 岩石中的空隙岩石岩石水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层。水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层。岩石空隙是地下水岩石空隙是地下水储存存场所和运所和运动通道。空隙的多少、大小、通道。空隙的多少、大小、形状、形状、连通情况和分布通情况和分布规律，律，对地下水的分布和运地下水的分布和运动具有重具有重要影响。要影响。孔隙孔隙 松散沉松散沉积物中的空隙物中的空隙;（第四纪地质学）（第四纪地质学）裂隙裂隙 坚硬岩石地硬岩石地层中的空隙中的空隙;（构造地质学）（构造地质学）溶穴溶穴 可溶性基岩地可溶性基岩地层中中经溶溶蚀后的空隙后的
2、空隙;（岩溶地（岩溶地貌学）貌学）第2页，共85页，编辑于2022年，星期三第一节 岩石中的空隙不同介不同介质中的空隙特征中的空隙特征第3页，共85页，编辑于2022年，星期三第一节 岩石中的空隙孔隙概念：概念：松散岩石是由大小不等的颗粒组成的。颗粒松散岩石是由大小不等的颗粒组成的。颗粒或颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。或颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。孔隙度（孔隙度（n n）：）：V V 表示包括孔隙在内的岩石体积表示包括孔隙在内的岩石体积 V Vn n表示岩石中孔隙的体积表示岩石中孔隙的体积 第4页，共85页，编辑于2022年，星期三思考：试样思考：试样a与与b构成的孔隙哪种大？哪种小？构
3、成的孔隙哪种大？哪种小？孔隙大小与颗粒大小孔隙大小与颗粒大小-有关吗？有关吗？简单归纳简单归纳-砂砾石土孔隙大小与什么有关？砂砾石土孔隙大小与什么有关？颗粒颗粒大小、大小、排列排列立方体或四面体立方体或四面体、分选、胶结与充分选、胶结与充填填等等 第5页，共85页，编辑于2022年，星期三松散土体宏观上可以分为松散土体宏观上可以分为2大类：砂性土与粘性土类大类：砂性土与粘性土类第6页，共85页，编辑于2022年，星期三孔隙孔隙与分选的关系与分选的关系黄黄 土土 沙沙 丘丘 洪积物洪积物 粒径粒径 mm 含含 量量%松散砂砾石孔隙大小与分选的关系松散砂砾石孔隙大小与分选的关系好、坏？好、坏？第7
4、页，共85页，编辑于2022年，星期三颗粒排颗粒排列列等径圆等径圆球最疏球最疏松与最松与最紧密紧密立方体排列立方体排列 四面体排列四面体排列第8页，共85页，编辑于2022年，星期三孔腹和孔喉孔腹和孔喉立方体排列与四立方体排列与四面体排列面体排列孔孔腹和孔喉腹和孔喉孔隙大小的描述：孔喉孔隙大小的描述：孔喉(d)d=0.414D 孔腹孔腹(d)d=0.732D（立方体排列的理想等径园球颗粒）（立方体排列的理想等径园球颗粒）第9页，共85页，编辑于2022年，星期三D dD d立方体排列立方体排列 四面体排列四面体排列等径园球颗粒立方体排列等径园球颗粒立方体排列 孔隙大小的描述：孔隙大小的描述：孔
5、喉孔喉(d)d=0.414D 孔腹孔腹(d)d=0.732D d 第10页，共85页，编辑于2022年，星期三第一节 岩石中的空隙孔隙孔隙度（孔隙度（n n）：）：V V 表示包括孔隙在内的岩石体积表示包括孔隙在内的岩石体积 V Vn n表示岩石中孔隙的体积表示岩石中孔隙的体积 思考：孔隙度的大小与什么有关？思考：孔隙度的大小与什么有关？与颗粒大小有关？与颗粒大小有关？a.与排列与排列有关有关紧密与疏松紧密与疏松 b.与分选有关与分选有关下面试样哪个孔隙度大？哪下面试样哪个孔隙度大？哪个小？个小？试样：试样：砾石砾石 砂石砂石 混合样混合样 完全混合试样时，孔隙度完全混合试样时，孔隙度 n混混
6、=n砾砾n砂砂 影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度。影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度。第11页，共85页，编辑于2022年，星期三不同颗粒大小的试样不同颗粒大小的试样孔隙度？孔隙度？不同排列的试样不同排列的试样孔隙度？孔隙度？理想最疏松孔隙为理想最疏松孔隙为 47.64%，最紧密排列孔隙为最紧密排列孔隙为 25.95%。D dD d立方体排列立方体排列 四面体排列四面体排列第12页，共85页，编辑于2022年，星期三自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的还有些不同？自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的还有些不同？表表2-1 松散岩石孔隙度参考数值松散岩石孔隙度参考数值 矛盾之一：与
7、粒径的关系不是愈大则愈大？矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大？矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的47.64%达到达到70%孔隙度参考数值孔隙度参考数值第13页，共85页，编辑于2022年，星期三第一节 岩石中的空隙孔隙对于粘性土：特殊孔隙的影响：于粘性土：特殊孔隙的影响：1）结构性孔隙构性孔隙第14页，共85页，编辑于2022年，星期三 第一节 岩石中的空隙孔隙2 2）虫孔、根孔、干裂缝等次生空隙）虫孔、根孔、干裂缝等次生空隙 因此，对粘性土，它们对因此，对粘性土，它们对n n的大小影响很的大小影响很大，不可忽视。大，不可忽视。第15页，共85页，编辑于2022
8、年，星期三2000蒙脱石、片状粘土矿物蒙脱石、片状粘土矿物淤泥粘土淤泥粘土第16页，共85页，编辑于2022年，星期三 第一节 岩石中的空隙孔隙小结：小结：影响孔隙度的因素影响孔隙度的因素1.1.颗粒大小：理论上讲（按等体积球），颗粒大小：理论上讲（按等体积球），n n与颗粒大与颗粒大小无关，但实际上则无理想的等体积颗粒，大小必不小无关，但实际上则无理想的等体积颗粒，大小必不相等，甚至大小悬殊。一般颗粒越大，则相等，甚至大小悬殊。一般颗粒越大，则n n越大。但越大。但由于分选性的影响，往往孔隙度反而减小。由于分选性的影响，往往孔隙度反而减小。第17页，共85页，编辑于2022年，星期三 第一节
9、 岩石中的空隙孔隙2.2.分选性分选性:分选性越差，颗粒大小越悬殊，分选性越差，颗粒大小越悬殊，n n则越小。反之则越大。则越小。反之则越大。3.3.颗粒形状颗粒形状:形状越不规则，棱角越明显，排列形状越不规则，棱角越明显，排列越疏松，越疏松，n n越大。反之则越小。越大。反之则越小。4.4.胶结程度胶结程度:胶结越好，胶结越好，n n越小。越小。第18页，共85页，编辑于2022年，星期三松散砂土孔隙松散砂土孔隙 粘土粘土 孔隙孔隙 裂隙裂隙 溶隙溶隙第19页，共85页，编辑于2022年，星期三 第一节 岩石中的空隙裂隙 坚硬岩石中的空隙，除沉积岩尚包含一定的原生孔隙外，坚硬岩石中的空隙，除
10、沉积岩尚包含一定的原生孔隙外，其余的岩浆岩和变质岩一般均很少存在粒间孔隙。岩石中其余的岩浆岩和变质岩一般均很少存在粒间孔隙。岩石中的空隙主要由各种成因的裂隙的空隙主要由各种成因的裂隙成岩裂隙、构造裂隙和成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙所构成。风化裂隙所构成。第20页，共85页，编辑于2022年，星期三裂隙岩体：从水的赋存与运移角度来看，裂隙的描述包括：1)裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度）2)张开性（裂隙宽度）3)裂隙率等第21页，共85页，编辑于2022年，星期三第22页，共85页，编辑于2022年，星期三成岩裂隙、成岩裂隙、构造裂隙构造裂隙 第23页，共85页，编辑于2022年，星期三第2
11、4页，共85页，编辑于2022年，星期三 第一节 岩石中的空隙裂隙体积裂隙率（体积裂隙率（K Kr r）:裂隙体积（裂隙体积（V Vn n）与包括裂隙在）与包括裂隙在内的岩石体积（内的岩石体积（V V）的比值，即）的比值，即 面积裂隙率（面积裂隙率（K Ka a）:单位面积岩石上裂隙面积的多少。单位面积岩石上裂隙面积的多少。线裂隙率（线裂隙率（K Kl l）:垂直裂隙走向方向上单位长度上垂直裂隙走向方向上单位长度上裂隙的条数。裂隙的条数。第25页，共85页，编辑于2022年，星期三第一节 岩石中的空隙溶穴第26页，共85页，编辑于2022年，星期三第一节 岩石中的空隙溶穴概念概念 可溶的沉积岩
12、，如岩盐、石膏、石灰岩和白可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等，在地下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙云岩等，在地下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙称为溶穴（隙）。称为溶穴（隙）。岩溶率（岩溶率（KkKk）第27页，共85页，编辑于2022年，星期三岩溶岩体：要描述裂隙岩溶岩体：要描述裂隙 特征及岩溶发育特征特征及岩溶发育特征（裂隙（裂隙+溶洞）溶洞）1）岩溶发育方向）岩溶发育方向 2）溶蚀率）溶蚀率-钻孔岩溶发育程度钻孔岩溶发育程度 3）溶洞（方向、规模等）溶洞（方向、规模等）第28页，共85页，编辑于2022年，星期三 第一节 岩石中的空隙三者比较含水介质由各类空隙所构成的岩石称为含水介质
13、，也称为介质场。三种主要类型的含水介质比较：三种主要类型的含水介质比较：1.1.连连 通通 性性 孔隙介质最好，其它较差孔隙介质最好，其它较差 。2.2.空间分布空间分布孔隙介质分布最均匀，裂隙不均匀，溶穴极不均匀孔隙介质分布最均匀，裂隙不均匀，溶穴极不均匀孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊。孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊。3.3.空隙比率空隙比率孔隙介质最大，裂隙最小。孔隙介质最大，裂隙最小。4.4.空隙渗透性空隙渗透性孔隙介质孔隙介质-各向同性，裂隙与溶穴各向同性，裂隙与溶穴-各向异性。造成各向异性。造成空隙介质上述差异的主要原因：沉积物形成和空隙形成的环境。空隙介质上述差异的
14、主要原因：沉积物形成和空隙形成的环境。第29页，共85页，编辑于2022年，星期三空隙发育的复杂性空隙发育的复杂性 松散层主要发育孔隙，但粘性土失水干松散层主要发育孔隙，但粘性土失水干缩后可产生裂隙；缩后可产生裂隙；坚硬岩石中也不全为裂隙或裂隙坚硬岩石中也不全为裂隙或裂隙-溶穴。溶穴。如有些沉积岩往往存在大量的原生孔隙，其如有些沉积岩往往存在大量的原生孔隙，其数量可大大超过裂隙与溶穴。数量可大大超过裂隙与溶穴。第30页，共85页，编辑于2022年，星期三思考题：思考题：（1）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？别吗？（2）粘性土孔隙度大）粘性土孔隙度大是
15、含水层吗？是含水层吗？第31页，共85页，编辑于2022年，星期三 第二节 岩石中水的存在形式第32页，共85页，编辑于2022年，星期三第二节 岩石中水的存在形式结合水结构水：结构水：以以H H+和和OHOH-离子形式存在于矿物结晶格架中，与离子形式存在于矿物结晶格架中，与矿物结合紧密。矿物结合紧密。结晶水：结晶水：以以H H2 2O O分子形式存在于矿物结晶格架中，与矿分子形式存在于矿物结晶格架中，与矿物结合紧密。物结合紧密。沸石水：沸石水：以以H H2 2O O分子形式存在于矿物晶格的空隙中，与矿分子形式存在于矿物晶格的空隙中，与矿物结合不紧密。物结合不紧密。第33页，共85页，编辑于2
16、022年，星期三岩石空岩石空隙中水隙中水第34页，共85页，编辑于2022年，星期三存在形式：气态存在形式：气态 固态固态 液态液态 设想实验设想实验：材料（玻璃珠子、细管）：材料（玻璃珠子、细管）+水（水杯）水（水杯）第35页，共85页，编辑于2022年，星期三 第二节 岩石中水的存在形式 结合水 第36页，共85页，编辑于2022年，星期三土粒土粒（强结合水）吸着水紧束在土粒表面，不能自由移动弱结合水（薄膜水）吸附于吸湿水外部，只能沿土粒表面做 微小的移动具有固态和液态水的双重性质；具有固态和液态水的双重性质；即自身重力作用下不能运动，在即自身重力作用下不能运动，在外力作用下能够移动（运动
17、）及外力作用下能够移动（运动）及变形变形 第37页，共85页，编辑于2022年，星期三结合水与重力水结合水与重力水第38页，共85页，编辑于2022年，星期三重力水：受重力支配不能为 土壤所保持的水分第39页，共85页，编辑于2022年，星期三重力水重力水远离固相表面，水分子受固相表面吸引力的影远离固相表面，水分子受固相表面吸引力的影响极其微弱，主要受重力影响。重力影响下可响极其微弱，主要受重力影响。重力影响下可以自由运动以自由运动 地层内岩石空隙中如果存在一定的重力水，就可地层内岩石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通过泉，或井流出（抽出）以通过泉，或井流出（抽出）重力水是水文地质学研究的主
18、要对象，也是勘察的重力水是水文地质学研究的主要对象，也是勘察的主要对象主要对象第40页，共85页，编辑于2022年，星期三毛细水:受毛管力的作用保 持在岩石中的水分 第二节第二节 岩石中水的存在形式岩石中水的存在形式毛细水毛细水第41页，共85页，编辑于2022年，星期三毛细水毛细水（capillary water）1.基本概念基本概念 毛细现象毛细现象：细小管插入水中，水上升至一定高度停下来细小管插入水中，水上升至一定高度停下来 毛细力毛细力：毛细水：受到表面吸引力，重力，还有另一种力毛细水：受到表面吸引力，重力，还有另一种力称称毛细力的作用，产生毛细现象。毛细力的作用，产生毛细现象。第二节
19、 岩石中水的存在形式毛细水第42页，共85页，编辑于2022年，星期三 第二节 岩石中水的存在形式毛细水我们可以把毛细力归纳为我们可以把毛细力归纳为3点：点：1).毛细力的产生：是在三相界面上内弯液面引起毛细力的产生：是在三相界面上内弯液面引起液液面弯曲产生的面弯曲产生的 2).毛细力的方向：作用方向始终指向弯曲液面的凹例毛细力的方向：作用方向始终指向弯曲液面的凹例 凹凸弯液面是指相对于液相一侧而言的凹凸弯液面是指相对于液相一侧而言的 凹形弯液面凹形弯液面负的毛细压强负的毛细压强-如同真空吸力如同真空吸力 凸形弯液面凸形弯液面正的毛细压强正的毛细压强 第43页，共85页，编辑于2022年，星期
20、三 第二节 岩石中水的存在形式 毛细水3.3.毛细力的大小：毛细力大小与弯液面的曲率成毛细力的大小：毛细力大小与弯液面的曲率成正比（曲率大正比（曲率大,毛细力大毛细力大;曲率小，毛细力小）曲率小，毛细力小）一根毛细管子，管径越小，毛细力越大；反一根毛细管子，管径越小，毛细力越大；反 之亦然之亦然 。毛细力大，毛细上升高度也越大。毛细力大，毛细上升高度也越大.第44页，共85页，编辑于2022年，星期三Smaller pores hold water with greater energy第45页，共85页，编辑于2022年，星期三第二节 岩石中水的存在形式 毛细水 土的最大毛细上升高度据西林别
21、克丘林，1958 第46页，共85页，编辑于2022年，星期三第47页，共85页，编辑于2022年，星期三第48页，共85页，编辑于2022年，星期三饱和带、包气带、毛细水饱和带、包气带、毛细水饱水带包气带潜水面重力排水区第49页，共85页，编辑于2022年，星期三 第二节 岩石中水的存在形式 毛细水毛毛细水水类型型 支持毛支持毛细水水：存在于：存在于饱水水带以上并与地下水面相以上并与地下水面相连的毛的毛细空隙空隙 中中的水。的水。能能传递静水静水压力，当温度低于力，当温度低于0时冰冰结。悬挂毛挂毛细水水：存在于包气：存在于包气带并与地下水面不相并与地下水面不相连的毛的毛细空隙中空隙中的水。呈
22、的水。呈“悬挂挂”状状态，经蒸蒸发后消失。后消失。成因：入渗重力水；成因：入渗重力水；地下水面急地下水面急剧下降由支持毛下降由支持毛细水水转化而成。化而成。孔角毛孔角毛细水水（触点毛（触点毛细水）：水）：颗粒与粒与颗粒接触粒接触处孔隙狭窄地孔隙狭窄地方呈点滴状方呈点滴状态的水。的水。结合合紧密，不易移密，不易移动。第50页，共85页，编辑于2022年，星期三 滴水滴水 下雨下雨 砂土砂土 黄土黄土 器皿器皿 砾石砾石 思考：思考：1.上细下粗土层，滴水，水停留在何处？上细下粗土层，滴水，水停留在何处？2.黄土层中挖平洞，下大雨后，洞内能否接到水黄土层中挖平洞，下大雨后，洞内能否接到水？第51页
23、，共85页，编辑于2022年，星期三 第二节 岩石中水的存在形式 气态水概念概念 储存并运动于未饱和岩石空隙中呈水汽状态的水。水汽来源水汽来源 地表水气进入 地下水面蒸发 水汽运动水汽运动 从水汽压大处向水汽压小的方向运动或从绝对湿度大处向绝对湿度小的方向运动 从温度高处向温度低的方向运动第52页，共85页，编辑于2022年，星期三汽态水：存在于岩石空隙 中的水汽 第53页，共85页，编辑于2022年，星期三 第二节 岩石中水的存在形式 固态水概念概念 指以固态形式存在于岩石空隙中的水（地下冰）。指以固态形式存在于岩石空隙中的水（地下冰）。我国北方冬季常形成我国北方冬季常形成冻土冻土；东北及青
24、藏高原有一部分地下水多年保持固态东北及青藏高原有一部分地下水多年保持固态多年冻土多年冻土。第54页，共85页，编辑于2022年，星期三 第三节 岩石的水理性质1.1.容水性容水性2.2.含水量含水量3.3.给水性给水性4.4.持水性持水性5.5.透水性透水性 第55页，共85页，编辑于2022年，星期三 第三节 岩石的水理性质容水度1.1.容水度（容水度（McMc）单位体积饱水岩石中所能容纳的最大水的体积。单位体积饱水岩石中所能容纳的最大水的体积。若以重量计，则称容水量。若以重量计，则称容水量。除膨胀性粘性土外，容水度与孔隙度（体积裂隙率、岩溶除膨胀性粘性土外，容水度与孔隙度（体积裂隙率、岩溶
25、率）相当。率）相当。第56页，共85页，编辑于2022年，星期三四、土壤含水率四、土壤含水率2.2.含水量含水量:一定量的土壤中所含水分的数量。一定量的土壤中所含水分的数量。（1 1）土壤重量含水率）土壤重量含水率 （2 2）土壤容积含水率）土壤容积含水率 第57页，共85页，编辑于2022年，星期三 第三节 岩石的水理性质给水度3.3.给水度（给水度（u u）单位饱水岩石在重力作用下所能排出的最大水的体积。单位饱水岩石在重力作用下所能排出的最大水的体积。即当地下水位下降一个单位时，单位水平面积岩石柱体，在即当地下水位下降一个单位时，单位水平面积岩石柱体，在重力作用下中所能释放出的水体积。重力
26、作用下中所能释放出的水体积。在数值上在数值上 第58页，共85页，编辑于2022年，星期三第59页，共85页，编辑于2022年，星期三 第三节 岩石的水理性质给水度当水位下降一个单位，土层孔隙中是否所有的水都流出来？在当水位下降一个单位，土层孔隙中是否所有的水都流出来？在土层中会保留什么形式的水？土层中会保留什么形式的水？保留的水有：结合水保留的水有：结合水(膜膜)，孔角毛细水，有时悬挂毛细水与支，孔角毛细水，有时悬挂毛细水与支持毛细水持毛细水 第60页，共85页，编辑于2022年，星期三2.影响给水度影响给水度值的因素值的因素？砾石、粗砂、细砂、砂砾混合样相比较，哪种样给水度大砾石、粗砂、细
27、砂、砂砾混合样相比较，哪种样给水度大 a)岩性岩性：空隙大的样品，给水度大，：空隙大的样品，给水度大，n 砾砾 粗砂粗砂 粉砂粉砂（与粒径有关）（与粒径有关）颗粒细小者，比表面积大，结合水与孔角毛细水残留多，除岩性外，同一岩颗粒细小者，比表面积大，结合水与孔角毛细水残留多，除岩性外，同一岩层中其它原因也可造成层中其它原因也可造成不同，为什么？不同，为什么？b)地下水位初始埋深地下水位初始埋深（H0）当地下水位初始埋深大于支持毛细水带高度时当地下水位初始埋深大于支持毛细水带高度时H0 hc,可达最大可达最大值。当值。当H0 hc 时，地下水位下降时，原重力水大多转化为支持毛细水，土层给水量大时，
28、地下水位下降时，原重力水大多转化为支持毛细水，土层给水量大大降低，大降低，变小。变小。土层含水量曲线分析：当水位埋深足够大时，土层给水度不发生变化（为土层含水量曲线分析：当水位埋深足够大时，土层给水度不发生变化（为定值），此时给水度定值），此时给水度也是最大理论给水度也是最大理论给水度第61页，共85页，编辑于2022年，星期三当当H0 hc 时，时，地下水位下降时，地下水位下降时，原重力水大多转原重力水大多转化为支持毛细水，化为支持毛细水，土层给水量大大降土层给水量大大降低，低，变小。变小。第62页，共85页，编辑于2022年，星期三c)与地下水位下降速度有关与地下水位下降速度有关 地下水位
29、下降快慢会影响给水度地下水位下降快慢会影响给水度 的大小的大小（下降快（下降快理理、下降慢、下降慢理理）这是因为释水滞后，而导致的释水减量这是因为释水滞后，而导致的释水减量 d)土层结构土层结构 均质土特征与上述讨论一致均质土特征与上述讨论一致 岩土层为层状非均质土时，往往会影响岩土层为层状非均质土时，往往会影响值，值，多层状土的特征而言，上粗下细，上细下粗结构影响是不多层状土的特征而言，上粗下细，上细下粗结构影响是不同的。同的。第63页，共85页，编辑于2022年，星期三给水度与颗粒粒径的关系给水度随时间变化的关系第64页，共85页，编辑于2022年，星期三 第三节 岩石的水理性质给水度 常
30、见岩石的给水度 岩 石 名 称 给 水 度（%）最 大 最 小 平 均粘土 亚粘土 粉砂 细砂 中砂 粗砂 砾砂 细砾 中砾 粗砾5 12 19 28 32 35 35 35 26 260 3 3 10 15 20 20 21 13 122 7 18 21 26 27 25 25 23 22第65页，共85页，编辑于2022年，星期三 第三节 岩石的水理性质持水度4.持水度（持水度（Sr）重力重力释水后水后单位体位体积岩石中所能保持的最大水体岩石中所能保持的最大水体积（一般（一般为最大最大簿膜水簿膜水层厚度厚度时的体的体积）。）。若以重量若以重量计，则称持水量。称持水量。若空隙中除持有最大簿膜
31、水外，若空隙中除持有最大簿膜水外，还保持有一定量的保持有一定量的悬挂毛挂毛细水水和孔角水，和孔角水，则称田称田间持水度或田持水度或田间持水量。持水量。第66页，共85页，编辑于2022年，星期三第三节 岩石的水理性质渗透系数 单位吸水率5.5.渗透系数（渗透系数（K K）水力坡降为水力坡降为1 1时的渗透流速（时的渗透流速（m/dm/d）。）。单位吸水率（单位吸水率（w w）指单位长度的试段在单位压力水头的作用下的指单位长度的试段在单位压力水头的作用下的 稳定流量。稳定流量。（L/min.m.mL/min.m.m或或LuLu）1Lu 1Lu定义为当试段压力为定义为当试段压力为1MPa1MPa时
32、时,每米试段的压力流量为每米试段的压力流量为L/min.L/min.1L/min.m.m=100 Lu 1L/min.m.m=100 Lu第67页，共85页，编辑于2022年，星期三ux 第68页，共85页，编辑于2022年，星期三第69页，共85页，编辑于2022年，星期三影响渗透性大小的因素影响渗透性大小的因素:对松散松散层:颗粒大小、形状、分粒大小、形状、分选程度、密程度、密实度、胶度、胶结情况情况 水水质、水温、液体、水温、液体类型型 对坚硬岩体硬岩体 更取决于裂隙的几何更取决于裂隙的几何结构特征：构特征：延伸方向、延伸方向、宽度、密度、密度、度、长度、度、连通性、充填物、裂隙面的粗糙
33、程度等。通性、充填物、裂隙面的粗糙程度等。第70页，共85页，编辑于2022年，星期三第三节 岩石的水理性质渗透系数 坝(闸)基岩土体透水性分基岩土体透水性分类 根据水利水根据水利水电工程地工程地质勘察勘察资料内料内业整理整理规程程SDJ19-78 对坚硬岩体：硬岩体：透水性分透水性分级 单位吸水量（位吸水量（Lu）极极严重透水重透水 大于大于 1000 严重透水重透水 1000 100 较严重透水重透水 100 10 中等透水中等透水 10 5 微透水微透水 5 1 极微透水极微透水 小于小于1 第71页，共85页，编辑于2022年，星期三第三节 岩石的水理性质渗透系数 单位吸水率对松散松散
34、层：透水性分透水性分级 渗透系数（渗透系数（m/d）极极强透水透水 大于大于 100 强透水透水 100 25 较强透水透水 25 5 弱透水弱透水 5 0.2 微弱透水微弱透水 0.2 0.02 弱透水弱透水 小于小于0.02 第72页，共85页，编辑于2022年，星期三四四 有效应力原理与松散岩石压密有效应力原理与松散岩石压密 1.1.太沙基有效应力原理太沙基有效应力原理 太沙基有效应力原理太沙基有效应力原理 作用在饱水岩层中任一作用在饱水岩层中任一平面上的总应力等于有效应力与孔隙水压力之和。平面上的总应力等于有效应力与孔隙水压力之和。第73页，共85页，编辑于2022年，星期三第74页，
35、共85页，编辑于2022年，星期三2.2.地下水位下降引起的岩土压密地下水位下降引起的岩土压密 PZ+PZ =P（u u）第75页，共85页，编辑于2022年，星期三第二章第二章1 1岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。空隙的岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。空隙的 、和和 ，对地下水的分布和，对地下水的分布和运动具有重要影响。运动具有重要影响。2 2岩石空隙可分为松散岩石中的岩石空隙可分为松散岩石中的 、坚硬岩石中的、坚硬岩石中的 、和可溶岩石中的、和可溶岩石中的 。3 3岩石裂隙按成因分为：岩石裂隙按成因分为：、。第76页，共85页，编辑于2022年，星期三判断题判断题1 1松散岩石中也
36、存在裂隙，坚硬岩石中也存在孔隙。松散岩石中也存在裂隙，坚硬岩石中也存在孔隙。（）2 2松散岩石中颗粒的形状对孔隙度没有影响。松散岩石中颗粒的形状对孔隙度没有影响。（）3 3两种颗粒直径不同的等粒圆球状岩石，排列方式相同时，两种颗粒直径不同的等粒圆球状岩石，排列方式相同时，孔隙度完全相同。孔隙度完全相同。（）4 4裂隙率是裂隙体积与不包括裂隙在内的岩石体积的比值。裂隙率是裂隙体积与不包括裂隙在内的岩石体积的比值。（）第77页，共85页，编辑于2022年，星期三1.1.结合水具有抗剪强度。结合水具有抗剪强度。（）2 2在饱水带中也存在孔角毛细水。在饱水带中也存在孔角毛细水。（）3 3在松散的砂层中
37、，一般来说容水度在数值上与孔在松散的砂层中，一般来说容水度在数值上与孔隙度相当。隙度相当。（）4 4在连通性较好的含水层中，岩石的空隙越大，给水在连通性较好的含水层中，岩石的空隙越大，给水度越大。度越大。（）第78页，共85页，编辑于2022年，星期三5 5松散岩石中，当初始地下水位埋藏深度小于最大毛细上松散岩石中，当初始地下水位埋藏深度小于最大毛细上升高度时，地下水位下降后，给水度偏小。升高度时，地下水位下降后，给水度偏小。（）6 6对于颗粒较小的松散岩石，地下水位下降速率较大时，对于颗粒较小的松散岩石，地下水位下降速率较大时，给水度的值也大。给水度的值也大。（）7 7颗粒较小的松散岩石中，
38、重力释水并非瞬时完成，颗粒较小的松散岩石中，重力释水并非瞬时完成，往往滞后于水位下降，所以给水度与时间有关。往往滞后于水位下降，所以给水度与时间有关。（）第79页，共85页，编辑于2022年，星期三8 8松散岩石中孔隙度等于给水度与持水度之和。松散岩石中孔隙度等于给水度与持水度之和。（）9 9松散岩石中，孔隙直径愈小，连通性愈差，透水性就愈松散岩石中，孔隙直径愈小，连通性愈差，透水性就愈差。差。（）1010在松散岩石中，不论孔隙大小如何，孔隙度对岩石的在松散岩石中，不论孔隙大小如何，孔隙度对岩石的透水性不起作用。透水性不起作用。（）1111饱含水的砂层因孔隙水压力下降而压密，待孔隙压饱含水的砂
39、层因孔隙水压力下降而压密，待孔隙压力恢复后，砂层仍不能恢复原状。力恢复后，砂层仍不能恢复原状。（）第80页，共85页，编辑于2022年，星期三1212粘性土因孔隙水压力下降而压密，待孔隙压力恢复后，粘性粘性土因孔隙水压力下降而压密，待孔隙压力恢复后，粘性土层仍不能恢复原状。土层仍不能恢复原状。（）1313在一定条件下，含水层的给水度可以是时间的函数，也可以在一定条件下，含水层的给水度可以是时间的函数，也可以是一个常数。是一个常数。（）1414在其它条件相同而只是岩性不同的两个潜水含水层中在其它条件相同而只是岩性不同的两个潜水含水层中.在补给期在补给期时，给水度大时，给水度大,水位上升大，给水度
40、小，水位上升小。水位上升大，给水度小，水位上升小。（）1515某一松散的饱水岩层体积含水量为某一松散的饱水岩层体积含水量为3030，那么该岩层的孔隙度，那么该岩层的孔隙度为为0.30.3。（）第81页，共85页，编辑于2022年，星期三思考题思考题 1 1岩石空隙分为哪几类，各有什么特点？岩石空隙分为哪几类，各有什么特点？2 2为什么说空隙大小和数量不同的岩石，为什么说空隙大小和数量不同的岩石，其容纳、保持、释出及透水的能力不同？其容纳、保持、释出及透水的能力不同？3 3地下水位的埋藏深度和下降速率，对松地下水位的埋藏深度和下降速率，对松散岩石的给水度产生什么影响？散岩石的给水度产生什么影响？
41、第82页，共85页，编辑于2022年，星期三1 1 参考答案：岩石空隙分为：孔隙、裂隙和溶穴。参考答案：岩石空隙分为：孔隙、裂隙和溶穴。孔隙分布于颗粒之间，连通好，分布均匀，在不孔隙分布于颗粒之间，连通好，分布均匀，在不同方向上孔隙通道的大小和多少都很接近；裂隙具有同方向上孔隙通道的大小和多少都很接近；裂隙具有一定的方向性，连通性较孔隙为差，分布不均匀；溶一定的方向性，连通性较孔隙为差，分布不均匀；溶穴孔隙大小悬殊而且分布极不均匀。穴孔隙大小悬殊而且分布极不均匀。第83页，共85页，编辑于2022年，星期三2 2 参考答案：岩石容纳、保持、释出及透水的能力与空参考答案：岩石容纳、保持、释出及透
42、水的能力与空隙的大小和多少有关。而空隙的大小和多少决定着地壳隙的大小和多少有关。而空隙的大小和多少决定着地壳岩石中各种形式水所占的比例。空隙越大，结合水所占岩石中各种形式水所占的比例。空隙越大，结合水所占的比例越小，则容纳、释出及透水能力越强，持水能力的比例越小，则容纳、释出及透水能力越强，持水能力越弱；反之，空隙度越小，结合水所占的比例越大，则越弱；反之，空隙度越小，结合水所占的比例越大，则容纳、释出及透水能力越弱，持水能力越强。所以说空容纳、释出及透水能力越弱，持水能力越强。所以说空隙大小和数量不同的岩石其容纳、保持、释出及透水的隙大小和数量不同的岩石其容纳、保持、释出及透水的能力不同。能
43、力不同。第84页，共85页，编辑于2022年，星期三3 3 参考答案：初始地下水位埋藏深度小于最大毛细上参考答案：初始地下水位埋藏深度小于最大毛细上升高度时，地下水位下降，重力水的一部分将转化为升高度时，地下水位下降，重力水的一部分将转化为支持毛细水而保持于地下水面以上，给水度偏小；在支持毛细水而保持于地下水面以上，给水度偏小；在细小颗粒层状相间分布的松散岩石，地下水位下降时，细小颗粒层状相间分布的松散岩石，地下水位下降时，易形成悬挂毛细水不能释放出来，另外，重力释水并易形成悬挂毛细水不能释放出来，另外，重力释水并非瞬时完成，而往往迟后于水位下降，给水度一般偏非瞬时完成，而往往迟后于水位下降，给水度一般偏小。小。第85页，共85页，编辑于2022年，星期三