巖石中的空隙優(yōu)秀公開課

第二章巖石中的空隙與水分

本章內(nèi)容：

巖石中的空隙巖石中水的存在形式巖石的水理性質(zhì)有效應(yīng)力原理與松散巖土壓密第一節(jié)巖石中的空隙

一引言1.巖石空隙在地球上的分布：地殼表層十余公里，尤其近一、兩公里以內(nèi)。2.巖石空隙的水文地質(zhì)意義：是地下水的賦存場所和運(yùn)移通道。3.巖石空隙的描述：形狀、大小、多少、分布規(guī)律和連通性。4.巖石空隙的水文地質(zhì)分類：松散巖石中的孔隙、堅(jiān)硬巖石中的裂隙、可溶巖石中的溶穴。二、孔隙1.概念：存在于松散的或未完全膠結(jié)的巖石顆粒之間或顆粒集合體之間的空隙。2.分布：最新沉積、新生界、主要在第四系沉積層中的碎石土、砂土、粘土等，其次是膠結(jié)不完全的第三系或中生界部分地層。3.特征：

多少

度量指標(biāo)：孔隙度（n）（1）概念：某一體積巖石（包括孔隙在內(nèi)）中孔隙體積所占的比例。

（2）研究意義（作用）：影響巖石儲(chǔ)容地下水的能力的大小。（3）測定方法：砂、礫等松散巖石一般用注水方法，粘土遇水膨脹不能；容重-比重法：細(xì)砂，先測巖石的容重r、比重

（4）孔隙度的影響因素顆粒排列方式：等粒狀：最疏松排列----立方體---n=47.64%;最緊密排列---四面體：n=25.95%。(未涉及粒徑大小，粒徑大小不同，但等粒狀、排列方式相同時(shí)，孔隙度是相同的）

顆粒分選程度：分選性越好，孔隙度越大；分選程度不好，大顆粒孔隙被小顆粒充填，降低孔隙。（分選程度是指顆粒粒度的均勻程度，土力學(xué)中也稱不均勻系數(shù)。）顆粒形狀：越不規(guī)則，越疏松，孔隙度就越大。膠結(jié)充填：孔隙被膠結(jié)充填，孔隙度減小。對(duì)于粘性土，還與結(jié)構(gòu)孔隙、次生孔隙有關(guān)。表2-1松散巖石孔隙度參考數(shù)值（據(jù)弗里澤等，1987）

注：（１）與粒徑的關(guān)系不是粒徑愈大則孔隙度愈大（２）孔隙度超過最疏松排列的47.64％，達(dá)到70％

大?。?）研究意義（作用）：孔腹和孔喉，影響地下水的運(yùn)動(dòng)，尤其是孔喉直徑大小對(duì)地下水流動(dòng)起關(guān)鍵性作用。（2）影響因素：

顆粒大?。河绕涫羌?xì)小顆粒的大小，顆粒越大形成的孔隙越大。

顆粒排列方式：理想等粒圓球狀顆粒，顆粒直徑為D，孔喉直徑為d，作立方體排列時(shí)，d=0.414D；作四面體排列時(shí)，d=0.155D。對(duì)于粘性土：還與結(jié)構(gòu)孔隙、次生孔隙有關(guān)。三、裂隙

1.概念：堅(jiān)硬巖石形成以后，由于各種內(nèi)外營力的作用，使巖石遭到破壞而形成的空隙。2.分布：主要分布在堅(jiān)硬巖層：除沉積巖、變質(zhì)巖、巖漿巖等保留原生成巖孔隙外，主要是在后期構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生后生裂隙。3.分類：按成因分：成巖裂隙巖漿作用：侵入、噴出、冷凝收縮（巖漿巖）沉積作用：固結(jié)、干縮（沉積巖）。巖漿巖最普遍，玄武巖（基性）柱狀節(jié)理最有水文地質(zhì)意義。風(fēng)化裂隙：后期風(fēng)化作用形成的各種裂隙；構(gòu)造裂隙：后期的構(gòu)造應(yīng)力作用形成的各種裂隙；４．特征

大小：具有級(jí)次性，如，大構(gòu)造斷裂帶，次級(jí)造斷裂帶，再次一級(jí)造斷裂帶，小到用顯微鏡進(jìn)行微觀裂隙觀測。連通性：總體上不好，局部可能很好，形成裂隙系統(tǒng)。找水，局部裂隙，最好找在最大斷裂帶上，主干斷裂，裂隙含水系統(tǒng)。多少：裂隙率。包括線裂隙率、面裂隙率和體裂隙率。在野外研究裂隙時(shí)，測定裂隙的方向、寬度、延伸長度、充填等。四、溶穴或巖溶1.概念：具有可溶巖石裂隙，在地下水流作用下形成。2.分布：可溶巖的沉積巖，如常見的灰?guī)r，白云巖。3.種類：溶孔（石灰?guī)r的微空隙）、溶蝕裂隙、溶洞、地下暗河等。４．特征：形狀：有方向性，主要在裂隙基礎(chǔ)上進(jìn)一步溶蝕而成，所以具有裂隙特征。大?。撼叽鐦O不均勻，暗河，主干溶蝕形成。多少：巖溶率分布：極不均勻（保留了原有裂隙特征）連通性：總體上差，局部可以很好，形成溶穴含水系統(tǒng)。五、自然界巖石空隙的復(fù)雜性發(fā)育狀況復(fù)雜：粘性土層既有孔隙也有裂隙，按水井講，粘土--隔水層，若粘土中有存在干縮裂隙可以為含水層，如河南駐馬店粘土層，可以為含水層（取的是裂隙中的水）。堅(jiān)硬巖石：既有孔隙，又有裂隙，如甘肅白堊系巖石?？扇軒r里保留原來的裂隙，甚至有孔隙存在。第二節(jié)巖石中水的存在形式

一、水的存在形式及類型

二、結(jié)合水

1、概念：分布在顆粒表面受靜電引力大于重力，而不能在自身重力作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)的那部分水。2、成因：帶電荷的固體土顆粒表面，一般帶負(fù)電，主要存在于細(xì)小空隙、裂隙；極性分子水，水分子是偶極體，被吸入；巖石顆粒周圍水分子受到庫侖力（靜電引力）的作用。靜電引力受到距離的影響，結(jié)合水的自由不同3、結(jié)合水的類型及特征：按吸附能力的程度劃分強(qiáng)結(jié)合水密度大于1，平均2g/cm3左右冰點(diǎn)：-78℃類似固體，不能流動(dòng)。在溫度105℃上才能以氣態(tài)的形式脫離顆粒表面溶解鹽類能力弱、不能為植物吸收有較大的粘滯性、彈性和抗剪強(qiáng)度弱結(jié)合水排列規(guī)則，密度大于1，為1.3~1.774g/cm3在外力作用下可產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，但速度十分緩慢溶解鹽類能力較弱冰點(diǎn)為-15℃有一定的粘滯性和抗剪強(qiáng)度弱結(jié)合水的外層能被植物吸收利用四、毛細(xì)水毛細(xì)現(xiàn)象：在液體表面張力作用下，毛細(xì)管中水位上升一定高度的現(xiàn)象。毛細(xì)空隙是巖土中的細(xì)小空隙，一般指直徑小于1mm的孔隙或?qū)挾刃∮?.25mm的裂隙。毛細(xì)上升高度與毛管直徑成反比。松散巖石中細(xì)小的孔隙通道構(gòu)成毛細(xì)管，在地下水面以上的包氣帶中廣泛存在毛細(xì)水。結(jié)論：松散巖層的顆粒越大，孔隙越大，則毛細(xì)上升高度越小。毛細(xì)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是毛細(xì)張力的作用。形彎液面產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)Pc，個(gè)負(fù)壓強(qiáng)，稱毛細(xì)負(fù)壓。實(shí)驗(yàn)室用張力計(jì)來測定。二、給水性飽水巖石在重力作用下能自由排出一定數(shù)量水的性質(zhì)，用給水度表示。給水度（u）單位體積的飽水巖石在重力作用下所能排出的最大水的體積。即當(dāng)?shù)叵滤幌陆狄粋€(gè)單位時(shí)，在重力作用下單位水平面積巖石柱體中所能釋放出的水體積。1.巖性影響，主要為：組成巖石的礦物成分（決定空隙的大小、多少）；顆粒大小、級(jí)配及分選程度；空隙多少；

2.初始地下水埋藏深度3.地下水位下降速率影響給水度大小的因素表2-3常見的松散巖石的平均給水度表2-4松散巖石持水度數(shù)值

三、持水性巖石在重力釋水后能在空隙中保持一定數(shù)量水的性質(zhì)。用持水度表示。持水度（Sr）重力釋水后單位體積巖石中所能保持的最大水體積（一般為最大簿膜水層厚度時(shí)的體積）。若以重量計(jì)，則稱持水量。若空隙中除持有最大簿膜水外，還保持有一定量的懸掛毛細(xì)水和孔角水，則稱田間持水度或田間持水量。以上三者之間關(guān)系可表示如下：四、透水性滲透系數(shù)（K）：水力坡降為1時(shí)的滲透流速（m/d），K為衡量透水性能大小的指標(biāo)。影響滲透性大小的因素