水文地质学基础2010.ppt

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1、水文地质学基础BasicHydrogeology第二章岩石中的孔隙与水分2.1岩石中的空隙（*）2.2岩石中水的存在形式2.3与水的储容及运移有关的岩石性质（*）2.4有效应力原理与松散岩石压缩2.1岩石中的空隙2.1.1孔隙（1）孔隙是指组成松散岩石的物质颗粒或其集合体之间的空间。特点：①呈小孔状，②分布均匀且密集，③连通性好。（2）孔隙大小的影响因素孔喉是指孔隙通道中最细小的部分，孔腹是孔隙中最宽大的部分。孔隙大小影响地下水运动，孔喉对水流动的影响更大。①颗粒大小及分选性：颗粒大而均匀,孔隙就大；颗粒大小不均时，小颗粒充填大颗粒形成的孔隙，孔隙就小；②颗粒排

2、列方式：四面体排列孔喉直径d=0.155D，立方排列d=0.414D；③颗粒形状：带棱角的易形成架空空间---较大的空隙；④结构孔隙及次生孔隙（粘性土）。（3）孔隙度是指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。n=Vn/V·100%，V=Vn+Vs,其中n为孔隙度，Vn为孔隙体积，Vs为岩石固体颗粒体积，V为岩石总体积。（4）孔隙度(n)大小的影响因素：①分选程度：分选差时n小，大小混杂时n小；②颗粒排列：立方体时n=47.64%，四面体n=25.95%，其余一般介于两者之间，菱面体排列n=26.795%≈37%。③颗粒形状：棱角多、松散的，n大。④胶

3、结充填：充填物多时n小。⑤结构及次生裂隙：粘性土中有结构孔隙和虫孔、根孔等次生裂隙，均使n增大。2.1.2裂隙裂隙是指固结的坚硬岩石（沉积岩、岩浆岩和变质岩）在各种应力作用下岩石破裂变形而产生的空隙。以裂隙率表示。成岩裂隙是指岩石在成岩过程中由于冷凝收缩（岩浆岩）或固结干缩（沉积岩）而产生的裂隙，以玄武岩柱状节理最有水文地质意义。构造裂隙是指岩石在构造变动中受力而产生的裂隙。具有方向性，大小悬殊，分布不均匀。风化裂隙是指岩石在风化营力作用下发生破坏而产生的裂隙。主要分布于地表附近。裂隙率（Kr）是岩石中裂隙体积（Vr）与包含裂隙体积在内的岩石体积（V）的比值，此

4、为体积裂隙率，即Kr=Vr/V或Kr=Vr/V×100%。亦可用面积裂隙率和线裂隙率表示。裂隙玄武岩成岩裂隙花岗岩构造裂隙风化裂隙2.1.3溶穴（1）溶穴（溶隙）（Karst/solutioncave）是指可溶的沉积岩（如盐岩、石膏、石灰岩、白云岩等）在地下水溶蚀作用下所产生的空隙（空洞）。（2）岩溶率（Kk）（karstrate）是指溶穴的体积（Vk）与包含溶穴在内的岩石体积（V）的比值，即即Kk=Vk/V或Kk=Vk/V×100%。空隙网络是由岩石中的空隙按一定方式连接起来所构成的网络。空隙网络决定空隙的连通性①松散岩石中的孔隙连通性好，分布均匀，在不同方向

5、上，孔隙通道的大小和多少都很接近，赋存于其中的地下水分布与流动比较均匀。②坚硬基岩中的裂隙，宽窄不等，多具有方向性，连通性较差，分布不均匀，其中的地下水相互关联差，分布流动不均匀。③可溶岩石中的溶穴是一部分原有裂隙与原生孔缝溶蚀而成，大小悬殊，分布不均，其中的地下水分布与流动多极不均匀。赋存于不同岩层中的地下水，由于其含水介质特征不同，具有不同的分布与运动特点。因此，按岩层的空隙类型将地下水划分为孔隙水、裂隙水、岩溶水。2.2岩石中水的存在形式2.2.1结合水结合水是指受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部分水，亦即被岩土颗粒的分子引力和静电引力吸附在颗粒表面

6、的水。最接近固相表面的结合水为强结合水，为紧附于岩土颗粒表面结合最牢固的一层水，其所受吸引力可相当于一万个大气压。特点：①厚达上百个水分子直径，②吸引力大，密度大（2g/l），③冰点低(-78℃),呈固态，④无溶解能力，不能运动。结合水的外层由于分子力而粘附在岩土颗粒上的水成为弱结合水，又称薄膜水。特点：①厚度较大，状态处于固态与液态之间，②吸引力小，密度较大，③有溶解能力，④有一定运动能力，在饱水带中，能传递静水压力，静水压力大于结合水的抗剪强度时能够运移，其外层可被植被吸收，有抗剪强度。2.2岩石中水的存在形式2.2.2结合水和重力水结合水与重力水（a）椭圆

7、形小粒代表水分子，结合水部分的水分子带正电荷一端朝向颗粒；（b）箭头代表水分子所受合力方向2.2岩石中水的存在形式2.2.2重力水重力水是指距离固体表面更远、重力对其影响大于固体表面对其吸引力、能在重力影响下自由运动的那部分水。井、泉所采取的均为重力水，为水文地质学和地下水水文学的主要研究对象。2.2.3毛细水毛细水是由于毛细管力作用而保存于包气带内岩层空隙中的地下水，可分为支持毛细水、悬挂毛细水和孔角（触点）毛细水。毛细管由松散岩石中细小的孔隙通道构成。支持毛细水是在地下水面以上由毛细力作用所形成的毛细带中的水。2.2.4气态水、固态水和矿物中的水岩石空隙中的

8、这部分水含量小。其中气态