东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水电子教案

东华理工大学水文地质学3 岩石中的空隙与水电子教案 3岩石中的空隙与水The Intersticesand Waterin RocksFundamentals ofHydrogeology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 P）衡量岩石中空隙的发育程度%100?VVPPV VP P岩石中的空隙体积V 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。 %100?VVnn2)裂隙率(Kr)%100r?VVKr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(K kk)%100k?VVKk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。 小结岩土中水的存在形式气态水存在于未饱和岩石空隙中的水蒸气液态水固态水当岩石孔隙中水温低于0时，液态水转化为固态水结合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在表面张力作用下沿岩土细小空隙上升的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矿物结合水沸石水、结晶水和结构水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。 %100?VVWnn1)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。 %100?VVWmm2)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%100?VVg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 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。 %100?swgGGW%100?VVWwv5)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）。 2P Z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P=P ZZ+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A PU PzB 二、岩土体变形破坏 11、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?（u?u）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