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1、3 岩石中的空隙与水The Interstices and Water in RocksFundamentals of Hydrogeology 水文地质学基础水文地质学基础庐衬域蔓禁肋孪蜂标掘提皆圈曰篱笔养脱啪酵铬愧紧鼻本匙拒议杏物植浦东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版3.1 岩土中的空隙岩土中的空隙3.2 岩土中的水岩土中的水3.3 岩石的水理性质岩石的水理性质3.4 有效应力原理与岩土体变形破坏有效应力原理与岩土体变形破坏本章内容拯幸吾峰留熟壕稿毕龚耸炒阐烃葡蘑金趁承事德堤枝孟剑型胀酉淤码妆儿东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版3.1 岩土中的空隙岩土中的空隙岩
2、土：水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层（沉积物）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：岩、土中存在数量不等、大小不一、形状各异的空洞的总称 空空隙隙孔孔 隙隙（porepore）：松散岩石颗粒间的空隙）：松散岩石颗粒间的空隙裂裂 隙隙（ fissure fissure ）：非可溶岩（坚硬岩石）中的空隙）：非可溶岩（坚硬岩石）中的空隙溶溶 穴穴（ cavity cavity ）：）：可溶岩产生的小空隙称溶隙，大空隙则称溶洞可溶岩产生的小空隙称溶隙，大空隙则称溶洞地下水赋存场所和运移通道，它的多少、大小、形状、地下水
3、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连通情况和分布规律对地下水的分布和运动有重要影响枯氯诡室阳湛价埂碌室摔绸重猛彬窥烦晨千貉炕搔耪饭舅艰泡豪期螺奖命东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版空隙度（空隙度（P P）：衡量岩石中空隙的发育程度）：衡量岩石中空隙的发育程度V VP P：岩石中的空隙体积岩石中的空隙体积V V： 岩石总体积（包括空隙在内岩石总体积（包括空隙在内）空隙度针对不同类别可称为：空隙度针对不同类别可称为：孔隙度孔隙度裂隙率裂隙率岩溶率岩溶率摹但碰琅之登溃角蓝促炮涝甄锡融冻羞乓括趟兵信酿赵互公丑刘秦峨渡狭东华理工大学水
4、文地质学3 岩石中的空隙与水网络版1)1)孔隙度孔隙度(n)(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。隙度就越大。柱孺蚂拙妮期校豹写讨喀带罐诊曾悔短勒钩餐蝉壬柬持纽做檀主朽妙爷雷东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版岩石分选程度越差，颗粒大小越悬殊的松散岩石，孔隙度越小岩石分选程度越差，颗粒大小越悬殊的松散岩石，孔隙度越小1)1)孔隙度孔隙度(n)(n)：菌铝任亿刀耐玲壬泼获掷御孟椭谈弱茫陈芥枝访盐讼颅钵合诱娶惨要图泽东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版2)2)裂隙率裂隙率(Kr)(Kr
5、)： 固结的坚硬岩石中，一般仅残存很小部分孔隙，而存固结的坚硬岩石中，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）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、构造裂隙风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙砂岩岩芯中的裂隙砂岩岩芯中的裂隙融着裙稠赖守钠哈摆能赚镑困活玉荐龙药摩碾兹侈预眠或抄匣酉铅坝止赵东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版3)3)岩溶率岩溶率(K(Kk k) )：溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等早抵暖名充视泵澳欺泞喜蛋材乃昌唁挠委峪惮揩宝攘碌避掷眺武赛漠嗓垣东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙
6、与水网络版松散岩石的孔隙分布于颗粒之间，连通良好，分布均松散岩石的孔隙分布于颗粒之间，连通良好，分布均匀，在不同方向上，孔隙通道的大小和多少都很接近。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。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。隙中的相
7、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。存于其中的地下水分布与流动极不均匀。小结：小结：御毙锐幂萌蛇掸陪栈廊跋渍悉坯俐寐给夺贱炔犊医哗窃领嘎上撑帐套贾赶东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版岩岩土土中中水水的的存存在在形形式式气态水气态水：存在于未饱和岩石空隙中的水蒸气：存在于未饱和岩石空隙中的水蒸气液态水液态水固态水固态水：当岩石孔隙中水温低于：当岩石孔隙中水温低于00时，液态水转化为固态水时，液态水转化为固态水结合水结合水：束缚在岩石颗粒表面，不能在重力影响下运动
8、的水束缚在岩石颗粒表面，不能在重力影响下运动的水毛细水毛细水：在表面张力作用下沿岩土细小空隙上升的水在表面张力作用下沿岩土细小空隙上升的水重力水重力水：指岩石颗粒表面不能吸引、仅受重力影响运动的水指岩石颗粒表面不能吸引、仅受重力影响运动的水矿物结合水矿物结合水：沸石水、结晶水和结构水沸石水、结晶水和结构水3.2 岩土中的水岩土中的水蘸麓则魁舜横赦会漫蜜汐蹄殃腕梗迂绰劲赡芍婪巳骨透丹淳迟填畦粳囱无东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版结合水、重力水：结合水、重力水：洁腔交波诀赣两氯毕筒哉男捎埋把刘茫吃烟则驻织勘扛机耻现烷锭伸谐仇东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版毛细水：毛
9、细水：孔角毛细水孔角毛细水支持毛细水支持毛细水悬挂毛细水悬挂毛细水媒睬各侵乞阁嚷刺荡匹理戴痪块蝎标肢施待泵疽馋掘俄植寿嗓类樊歹彭翁东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版气态水：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，当水汽增多达到饱和时，或当气温的地方向小的地方迁移，当水汽增多达到饱和时，或当气温降低时，能与液态水相互转化。降低时，能与液态水相互转化。固态水：固态水：在岩石空隙中的水温低于
10、在岩石空隙中的水温低于00时，液态水转为固态水。北方时，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。冬季的冻土就是常见的土空隙中的水呈固态形式。腥韵刷蒋洞缩蔚迫吨雄率恩塔渣耶颜呜厨者带研寥疽喳氢忘碍澳湖锈疵唬东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版定义：与水储容及运移有关的岩石性质定义：与水储容及运移有关的岩石性质 容水性容水性持水性持水性给水性给水性含水量含水量渗透性渗透性3.3 与水有关的岩土性质与水有关的岩土性质楷疮弟梦馏销版漂产勘礼戚倾戍疑淹盖狈篱漾腹努溅疽赁莎脂纫仆迫钟娶东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版容水性：岩石容纳一定水量的性能，在数
11、值上通常用容容水性：岩石容纳一定水量的性能，在数值上通常用容水度来表示。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。当岩石空隙不连通时，容水度会小于空隙度。 1)1)容水性：容水性：本挖丝谓词之忌灰江拇朽茅弦锁非纵裳长界熏涌币段翻伐差鼻该熊邪深翠东华理工大学水文地质学3
12、 岩石中的空隙与水网络版持水性：岩石依靠分子引力和毛细力，在重力作用下岩持水性：岩石依靠分子引力和毛细力，在重力作用下岩石仍能保持一定水量的性能。在数值上用持水度表示。石仍能保持一定水量的性能。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积之比 。2)2)持水性：持水性：潞渺焦焚慌纪牲战皆委桨史笺糕蔗猫咕蝉啄霄彝跑虫宛桃血产考裙妮毕授东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版给水性：地下水位下降时，其下降范围内饱水岩石及相给水性：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
13、空隙中释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。出的现象。影响因素：影响因素： 1. 1. 岩性岩性 2. 2. 初始地下水水位埋深初始地下水水位埋深 3. 3. 地下水位下降速率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。单位时，在重力作用下释放出来的水量。3)3)给水性：给水性：苑估婴鉴勿获桑嫡茁啄涯昂贞诲赢衣绪婉闷锗铬蕉室守殆蔬暮斡更阔呜壁东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版透水性：岩石允许水透过的能力。表征岩石透水性的定透水性：岩石允许水透过的能力。表征
14、岩石透水性的定量指标是渗透系数量指标是渗透系数K K。 影响透水性的因素主要是岩性（空隙的影响透水性的因素主要是岩性（空隙的大小大小和多少）。和多少）。此外，岩石颗粒的分选性也会对透水性产生影响。此外，岩石颗粒的分选性也会对透水性产生影响。4)4)透水性：透水性：佐蹭换沧辆幅彪绕碘鳃贸延冻梢纂咱义瑰馒伙莹钩岔蒙峻爪专搓逞篇捎琴东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版含水量：说明松散岩石实际保留水分的状况。含水量：说明松散岩石实际保留水分的状况。 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。石重量的比值。体积含水量：含水体
15、积与包括空隙体积在内的岩石体积体积含水量：含水体积与包括空隙体积在内的岩石体积的比值。的比值。5)5)含水量：含水量：恐辰鹏粘篱城洲吕舜服因申韧生静妨幂舷筒铀碴蚀般惺倍朗矩陀占帅狐训东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版一、有效应力原理一、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。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：主要受三个力的作用： 1P：上覆重压（又叫总应力）。：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：下伏松散层骨架支持
16、力，等于实际作用在骨架上的力（又叫有效应力）。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。：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有效应力原理与岩土体变形破坏擎站邀切间鸳干霄沙援乡尊庸剖妙釜丈群涎迁甚窜枢枷年力测溜韦雷刊跋东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版Company Logo一、有效应力原理一、有效应力原理 3.4 有效应力原理与岩土体变形破坏有效应力原理与岩土体变形破坏念搓行淡阮捏攘付乍浙刊备祖逆场送盂答旁恕始练分钙胁煽菇疵象希啄壁东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版一、有效应力原理一
17、、有效应力原理三个力处于平衡状态，即：三个力处于平衡状态，即：P=PP=PZ Z+U+U总应力等于有效应力与孔隙水压力之和。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。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。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有效应力原理与岩土体变形破坏APUPzB丹座姑似亏勃屉采偏增韭关沛侧无肮侯钞堑端母站哈漱新麦矛宏吓孪肌涉东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版二、岩土体变形破坏二、岩土体变形破坏1 1、地下水位变动引起的岩土压密、地下水位变动引起的岩土压密假设整个含水砂层
18、充满水，且水位下降后其测压管高度仍高出饱水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。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总应力P 不变，孔隙水压力降低不变，孔隙水压力降低u ，相应地有效应力增加，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：层骨架（颗粒本身）承担： P Z +P Z =P （uu）有效应力的增加有效应力的增加 3.4 有效应力原理与岩
19、土体变形破坏有效应力原理与岩土体变形破坏噪洋索崖胀阔柳疽厂移樊檄蔷静袜敌炔朗蛾惑末铡坍抉冰栏刀盆般寄妻群东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版 3.4 有效应力原理与岩土体变形破坏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(地面沉降地面沉降)。 抽水抽水后引起砂层的压密后引起砂层的压密，是弹性变形是弹性变形，待水位恢复后，待水位恢复后，地面沉降又会复原；地面沉降又会复原；但但若压密发生在粘性土中若压密发生在粘性土中，则是塑性变形则是塑性变形，是不可恢复，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，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。不可逆转。 第三章结束第三章结束紧梅碰窘锡营搁郎窒峨呼颗奢潦脉捡罗暑尸江篇卯绞品惑括念八莫囚馒疡东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水网络版
