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1、,3 岩石中的空隙与水The Interstices and Water in Rocks,Fundamentals of Hydrogeology 水文地质学基础,3.1 岩土中的空隙 3.2 岩土中的水 3.3 岩石的水理性质 3.4 有效应力原理与岩土体变形破坏,本章内容,3.1 岩土中的空隙,岩土：水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层（沉积物） 空隙：岩、土中存在数量不等、大小不一、形状各异的空洞的总称,空 隙,孔 隙（pore）：松散岩石颗粒间的空隙,裂 隙（ fissure ）：非可溶岩（坚硬岩石）中的空隙,溶 穴（ cavity ）：可溶岩产生的小空隙称溶隙，大空隙则称溶洞,地下
2、水赋存场所和运移通道，它的多少、大小、形状、 连通情况和分布规律对地下水的分布和运动有重要影响,空隙度（P）：衡量岩石中空隙的发育程度,VP：岩石中的空隙体积 V： 岩石总体积（包括空隙在内）,空隙度针对不同类别可称为：,孔隙度,裂隙率,岩溶率,1)孔隙度(n)：,组成岩石的颗粒形状越不规则，棱角越明显，排列越疏松，孔隙度就越大。,2)裂隙率(Kr)：,固结的坚硬岩石中，一般仅残存很小部分孔隙，而存 在有各种内外力作用下破裂变形产生的裂缝（缝隙） 风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙,砂岩岩芯中的裂隙,3)岩溶率(Kk)：,溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等,松散岩石的孔隙分布于颗粒之间，连通良好，分布
3、均匀，在不同方向上，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和流动都比较均匀。,坚硬岩石的裂隙宽窄不等，长度有限，呈线状，具有一定的方向性，只有当不同裂隙相互穿切连通时，才在某一范围内构成彼此连通的裂隙网络，地下水在裂隙中的相互联系交叉，分布和流动不均匀。,可溶岩石的溶隙或溶穴大小悬殊且分布极不均匀，赋存于其中的地下水分布与流动极不均匀。,小结：,3.2 岩土中的水,结合水、重力水：,毛细水：,孔角毛细水,支持毛细水,悬挂毛细水,气态水：,存在于未饱和岩石空隙中的水蒸气称为气态水，气态水可以 随空气的流动而移动，即便空气不流动，也能从水汽压力大 的地方向小的地方迁移，当水汽增多达到
4、饱和时，或当气温 降低时，能与液态水相互转化。,固态水：,在岩石空隙中的水温低于0时，液态水转为固态水。北方 冬季的冻土就是常见的土空隙中的水呈固态形式。,定义：与水储容及运移有关的岩石性质,容水性,持水性,给水性,含水量,渗透性,3.3 与水有关的岩土性质,容水性：岩石容纳一定水量的性能，在数值上通常用容水度来表示。,容水度：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 。,一般说来，容水度在数值上与空隙度相当。当具有膨胀性的粘土，充水后体积扩大，容水度会大于孔隙度；但当岩石空隙不连通时，容水度会小于空隙度。,1)容水性：,持水性：岩石依靠分子引力和毛细力，在重力作用下岩石仍能保持
5、一定水量的性能。在数值上用持水度表示。,持水度：在重力作用下，岩石所保持的水体积与岩石体积之比 。,2)持水性：,给水性：地下水位下降时，其下降范围内饱水岩石及相应的支持毛细水带中的水，在重力作用下，从空隙中释出的现象。,影响因素： 1. 岩性 2. 初始地下水水位埋深 3. 地下水位下降速率,给水度：单位水平面积岩层柱体中，当潜水位下降一个单位时，在重力作用下释放出来的水量。,3)给水性：,透水性：岩石允许水透过的能力。表征岩石透水性的定量指标是渗透系数K。,影响透水性的因素主要是岩性（空隙的大小和多少）。,此外，岩石颗粒的分选性也会对透水性产生影响。,4)透水性：,含水量：说明松散岩石实际
6、保留水分的状况。,重量含水量：松散岩石孔隙中所含有水的重量与干燥岩石重量的比值。,体积含水量：含水体积与包括空隙体积在内的岩石体积的比值。,5)含水量：,一、有效应力原理 取松散沉积物构成的承压含水层为研究对象，于其中任取一水平单元面积，分析其受力情况。 主要受三个力的作用： 1P：上覆重压（又叫总应力）。 2PZ：下伏松散层骨架支持力，等于实际作用在骨架上的力（又叫有效应力）。 3. U：水对上覆层的支持力或浮托力，等于孔隙水压力。,3.4 有效应力原理与岩土体变形破坏,Company Logo,一、有效应力原理,3.4 有效应力原理与岩土体变形破坏,一、有效应力原理 三个力处于平衡状态，即
7、：P=PZ+U 总应力等于有效应力与孔隙水压力之和。 即：有效应力等于总应力减去孔隙水压力。 此即著名的太沙基有效应力原理。,3.4 有效应力原理与岩土体变形破坏,二、岩土体变形破坏 1、地下水位变动引起的岩土压密 假设整个含水砂层充满水，且水位下降后其测压管高度仍高出饱水砂层顶面。 这种情况下，当由于抽水而引起测压管高度降低时，可近似地认为总应力P 不变，孔隙水压力降低u ，相应地有效应力增加 P Z 。 即原先由水承受的应力由于水头降低，浮托力减少而部分地转由砂层骨架（颗粒本身）承担： P Z +P Z =P （uu） 有效应力的增加,3.4 有效应力原理与岩土体变形破坏,3.4 有效应力原理与岩土体变形破坏,有效应力的增加势必会引起砂层颗粒的位移，产生压密(地面沉降)。 抽水后引起砂层的压密，是弹性变形，待水位恢复后，地面沉降又会复原； 但若压密发生在粘性土中，则是塑性变形，是不可恢复的，这主要是由于粘性土在压密过程中结构产生了破坏，不可逆转。 第三章结束,
