[医学]水文地质学第二章

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时间:2019-07-15

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1、第二章岩石中的孔隙与水分岩石中的孔隙孔隙裂隙溶穴昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系岩石中水的存在形式结合水重力水毛细水气态水、固态水及矿物中的水昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系与水的储容及运移有关的岩石性质容水度含水量给水度持水度透水性昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系有效应力原理与松散岩土压密有效应力原理地下水位变动引起的岩土压密昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系2.1岩石中的空隙地壳表层十余公里范围内,都或多或少存在着空隙,特别是深部一、两公里以内,空隙分布较为普遍。这就为地下水的赋存提供了必要的空间条件。按维尔纳茨基(B.II.B

2、epHaдckй)的形象说法,“地壳表层就好像是饱含着水的海绵”。岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律,对地下水的分布和运动具有重要影响。将岩石中空隙作为地下水储存场所和运动通道研究时,可分为三类,即:松散岩石中的孔隙,坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶穴。作业2-1:岩石中空隙可分为、和三类.昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系2.1.1孔隙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(参见图2-1)。昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系图2-1岩石中的各种空隙1—分选良好,排列疏松

3、的砂;2—分选良好,排列紧密的砂;3-分选不良的,含泥、砂的砾石;4-经过部分胶结的砂岩;5-具有结构性孔隙的粘土;6-经过压缩的粘土;7-具有裂隙的岩石;8-具有溶隙及溶穴的可溶岩昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系岩石中孔隙体积的多少是影响其储容地下水能力大小的重要因素。孔隙体积的多少可用孔隙度表示。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①。若以表示岩石的孔隙度,V表示包括孔隙在内的岩石体积,Vn表示岩石中孔隙的体积,则:n=Vn/V或n=Vn/V×100%昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系孔隙度是一个比值,可用小数或百分数

4、表示。孔隙度的大小主要取决于分选程度及颗粒排列情况,另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。对于粘性土,结构及次生孔隙常是影响孔隙度的重要因素。为了说明颗粒排列方式对孔隙度的影响,我们不妨设想一种理想所副产品,即构成松散岩石的颗粒均为等粒圆球;当其为立方体排列时(图2-2,a)。可算得孔隙度47.64%,为四面体排列时(图2-2,b)菱面体排列孔隙度39.54%,孔隙度仅为25.95%。由几何学可知,六方体排列为最松散排列,四面体排列为最紧密排列,自然界中松散岩石中的孔隙度大多介于此两者之间。作业2-2:孔隙度的大小主要取决于及情况,另外颗粒形状及胶结充

5、填情况也影响孔隙度。昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系另一种表示松散岩石中孔隙多少的参数是孔隙比。岩石的孔隙比(ε,简称隙比)是指某一体积岩石内孔隙的体积(Vn)与固体颗粒体积(Vs)的比值,即ε=Vn/Vs或ε=(Vn/Vs)×100%。因为V=Vn+Vs,故孔隙度与孔隙比之间有如下关系:松散岩石压缩(或膨胀变形)时,孔隙体积(Vn)发生变化,而颗粒体积(Vs)不变,故孔隙比与孔隙体积变化成正比,在涉及变形时,采用孔隙比方便些;而涉及水的储容与流动时,则采用孔隙度。昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系孔隙与粒径关系昆明理工大学国土资源工程学院地球

6、科学系图2-2颗粒的排列形式图2-3不同粒度等粒岩石的孔隙度与孔隙大小a-立方体排列;b-四面体排列昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系应当注意,上述讨论并未涉及圆球的大小。如图2-3所示,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。昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系自然界中并不存在完全等粒的松散岩石。分选程度①愈差,颗粒大小愈悬殊的松散岩石,孔隙度便愈小。细小颗粒充填于粗大颗粒之间的孔隙中,自然会大大降低孔隙度(图2-1中3)。当某种岩石由两种大小不等的颗粒组成,且粗大颗粒之间的孔隙,完全为细小颗粒所充填时,由此岩石的孔隙度等于由

7、粗粒或细粒单独组成的岩石的孔隙度的乘积。n=n1×n2①在颗粒成分累积曲线上,取累积含量为60%处的颗粒直径d60,除以累积含量为10%的颗粒直径D10,得不等粒系数,此系数可表征松散岩石的分选程度。作业2-3:如果把孔隙度为40%的细砂与孔隙度为40%的砾石充分混合,即细砂完全充填于砾石的孔隙中,试问混合后的砂砾的孔隙度是多少?昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系松散砂砾石孔隙大小与分选的关系—好、坏?昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系自然界中的岩石的颗粒形状多是不规则的。组成岩石的颗粒形成愈不规则,棱角愈明显,通常排列就愈松散,孔隙度也愈大。粘

8、土的孔隙度往往可以超过上述理论上最大孔隙度值。这是因为粘土颗粒表面常带有电荷,在

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