水文地质学基础第二章

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1、水文地质学基础FundamentalsofHydrogeology第二章岩石中的空隙与水分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土压密地下水是赋存于地面以下岩石空隙中的水。地壳表层就象是一个饱含水的海绵！地下水的赋存空间是空隙！这是水文地质学基础地质。自然界的岩石没有无空隙的，也就是说再致密的岩石也存在空隙。岩石—水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层。岩石中的空隙—岩石中大小不等、形状各异的空间。空隙—是地下水赋存场所和运移通道。岩石的空隙性—岩石空隙

2、的大小、多少、形状、连通情况和分布规律。岩石中的空隙按成因分为三大类：a.松散岩石中的孔隙(pore)；b.坚硬岩石中的裂隙(fissure)；c.可溶岩石中的溶穴（溶洞）(vugularporespace)。2.1岩石中的空隙一、孔隙松散岩石是由大小不等的颗粒组成，在颗粒之间充满空隙，这些空隙相互连通并呈孔状，就称“孔隙”。松散岩石的空隙性主要表现为孔隙的多少和大小。孔隙—松散岩石中颗粒或颗粒集合体之间的空隙。孔隙度（n）——孔隙体积（Vn）在包括孔隙在内的某一岩石体积（V）中所占的比例。孔隙度是反映孔隙多少的一个

3、参数。其中：——岩石的孔隙体积，V——包括孔隙在内的整个岩石总体积。孔隙度的大小主要取决于颗粒排列情况及分选程度，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。①颗粒的排列—以理想等粒圆球状颗粒为例，理论上几何计算立方体排列最疏松，孔隙度为47.64%，四面体排列为最紧密，孔隙度为25.95%。注意：三种颗粒直径不同的等粒岩石，排列方式相同时，孔隙度完全相同。②颗粒的分选—在颗粒大小不等时，分选差则孔隙度小，分选好则孔隙度大。③颗粒的形状及胶结—磨圆愈好，孔隙度愈小，胶结可以降低孔隙度。④考虑粘性土的结构孔隙及次生孔隙。松

4、散岩石储容水分的能力，与孔隙度关系很大，而地下水的运动条件则首先取决于孔隙的大小，影响孔隙大小的主要因素是颗粒大小，颗粒排列方式，对于粘性土，结构孔隙及次生孔隙的影响不可忽视。孔隙大小特征的描述：孔喉：孔隙通道最细小的部分。孔腹：孔隙通道最宽大的部分。①颗粒的大小—颗粒大则孔隙大，反之则孔隙小。注意：对于分选不好，颗粒大小悬殊的松散岩石来说，孔隙大小并不取决于颗粒的平均直径，而是取决于细小颗粒的直径。②颗粒的排列方式—以理想等粒圆球状颗粒为例，颗粒直径为D，孔喉直径为d，立方体排列时，d=0.424D，作四面体排列时

5、，d=0.155D。③考虑粘性土的结构孔隙及次生孔隙。孔隙通道最细小的部分称作孔喉，最宽大的部分称作孔腹，孔喉对水流的影响更大。松散岩石分类（按粒径的毫米数大小）漂砾、块石>200大于罐头瓶卵石、碎石200~20罐头瓶~玻璃球砾石、石屑20~2玻璃球（鹌鹑蛋~大米砂（粗、中、细）2~0.05大米~小米~粗玉米面粉砂（土）0.05~0.005细玉米面黏土<0.005特粉混合类：砂黏（砂质黏土），以黏土为主但含少量砂砂卵石，以卵石为主，含少量砂。………………..二、裂隙(fissure)裂隙—坚硬岩石中由破裂变形而产生的

6、裂缝式空隙。松散沉积物的空隙主要是孔隙，而固结坚硬岩石除沉积岩含有一定原生孔隙外，火成岩和变质岩的空隙主要表现为裂隙。裂隙按成因可分为三种：成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙。a.成岩裂隙—岩石在形成过程中产生的裂隙。b.构造裂隙—岩石在构造运动中受力破坏所产生的裂隙。c.风化裂隙—岩石在风化作用下破坏而产生的裂隙。风化裂隙赋存于岩体的风化带中。风化作用与卸荷作用决定了岩体的风化裂隙带在近地表处呈壳状分布，通常厚数米至数十米。风化裂隙通常分布比较均匀，连通性好，从地表至地下逐渐闭合。成岩裂隙赋存于各类成岩裂隙中。成岩裂隙是

7、沉积岩固结脱水及岩浆岩冷凝收缩形成的裂隙。一般情况下，成岩裂隙多为闭合，但陆地喷溢的玄武岩裂隙发育且张开，可构成良好含水层。岩脉及侵入岩体与围岩的接触带，冷凝后可形成张开的呈带状分布的裂隙。熔岩流冷凝过程中末冷凝的熔岩流走，在岩体中留下的巨大熔岩孔道，易形成管状裂隙。构造裂隙构造裂隙是固结岩石在构造应力作用下形成的最为常见的裂隙。构造裂隙分布不均匀，连通性不好，小到节理大到断层，大小悬殊，具有方向性。裂隙岩石的空隙特征：主要表现在裂隙发育方向，几何大小，分布的不均匀性，裂隙间的连通程度，裂隙的充填情况以及裂隙面的粗糙

8、度等方面。主要参数：①裂隙（密度）②优势方位；③裂隙的展布情况；④连通的（好、中、差）；⑤充填性；⑥粗糙度。裂隙率(Kr)—岩石中裂隙的体积Vr与包括裂隙在内的岩石体积V之比。Kr=Vr/V(小数或百分数）体积裂隙率—（同上）。面积裂隙率—单位面积岩石上裂隙面积所占的比例。线裂隙率—在垂直于裂隙方向上单位长度内裂隙所占比例。三、溶穴(vu