水文地质学第二章

第二章岩石中的空隙与水分学习目的和要求：了解岩石中空隙的类型，掌握孔隙度、孔隙比、裂隙率、岩溶率的概念。了解结合水、重力水、毛细水的概念。在与水的储容及运移有关的岩石性质一节中，掌握容水度、重量含水量、体积含水量、给水度、持水度的概念，相互间的关系及其影响因素，重点掌握给水度的有关概念。理解太沙基有效应力原理。2．1岩石中的空隙岩石空隙可分为三类：（1）松散岩石中的孔隙；（2）坚硬岩石中的裂隙；（3）可容岩石中的容穴。1．孔隙孔隙体积的多少可用孔隙度表示：孔隙度（n）——指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。孔隙比（ε）——指某一体积岩石内孔隙的体积（Vn）与固体颗粒体积（Vs）之比。两者之间的关系为：ε=n/(1-n)影响因素：（1）分选程度；（2）颗粒的排列情况；（3）颗粒的形状；（4）胶结充填程度。2．裂隙裂隙按成因可分为：（1）成岩裂隙；（2）构造裂隙；（3）风化裂隙。裂隙的多少以裂隙率表示：裂隙率（Kr）——裂隙体积（Vr）与包括裂隙在内的岩石体积（V）的比值。实际应用时，还用到面裂隙率，线裂隙率的概念。另外，通过测定裂隙的几何参数→计算渗透张量K。3．溶穴（溶隙）岩溶率(Kk)——指溶穴的体积(Vk)与包括溶穴在内的岩石体积(V)的比值。自然界中岩石空隙的发育状况是复杂的。岩石中的空隙以一定方式连接起来→空隙网络，成为地下水有效的储容空间和运移通道。三种空隙网络具有不同的特点。2．2岩石中水的存在形式1．结合水结合水——受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部分水称为结合水。2．重力水重力水——重力的影响大于固体表面的吸引力，在自身重力下能运动的那部分水岩土空隙中的重力水能够自由流动。井泉取用的地下水，都属于重力水。3．毛细水松散岩石中细小的孔隙通道构成毛细带，在地下水面以上的包气带中广泛存在毛细水。进一步分为：（1）支持毛细水；（2）悬挂毛细水；（3）触点毛细水。4．气态水、固态水及矿物中的水2．3与水的储容及运移有关的岩石性质1．容水度容水度——指岩石完全饱水时所能容纳的最大的水体积与岩石总体积的比值。2．含水量（或含水率）（1）重量含水量(Wg)——松散岩石孔隙中所含水的重量(Gw)与干燥岩石重量(Gs)的比值，称为重量含水量。（2）体积含水量(Wv)——含水的体积(Vw)与包括孔隙在内的岩石的体积(V)的比值，称为体积含水量。两者之间的关系：（当水的比重为一时），其中：γα为岩石干容量。3．给水度给水度（μ）——地下水位下降一个单位深度，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积的岩石柱体，在重力作用下释放出水的体积称为给水度。给水度是潜水含水层的主要参数之一。影响给水度的因素：（1）岩性；（2）初始地下水位埋藏深度；（3）地下水位下降速率；（4）释水时间，释水比较充分时→理论最大值。4．持水度持水度（Sr）——地下水位下降一个单位深度，单位水平面积岩石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量称为持水度。μ、Sr、n三者之间的关系：μ＋Sr＝n5．透水性岩石的透水性——指岩石允许水透过的能力。定量指标为渗透参数（K）。影响透水性的因素，主要是孔隙的大小：（1）孔隙愈大，透水性愈强，K大；（2）孔隙愈小，透水性愈差，K小。2．4有效应力原理与松散岩土压密1．有效应力原理作用于沙层骨架上的应力称为有效应力：Pz＝P－u。有效应力等于总应力减去孔隙水压力称为——太沙基有效应力原理。2．地下水位变动引起的岩土压密（1）水头下降（孔隙水压力降低）→岩土压密；（2）水头上升（孔隙水压力恢复）→砂层基本上恢复原状。砂砾类岩土基本上呈弹性变形，粘性土以塑性变形为主。思考题（略）