第二章 岩石中的空隙

第二章岩石中的空隙和水，本章内容：岩石中的空隙；岩石中水的形式；岩石的流体力学性质；有效应力原理与松散岩土的压实；第一节岩石中的空隙；导言1。地球上岩石空洞的分布：在地壳表面以上10公里以上，特别是1或2公里以内。2.岩石孔隙的水文地质意义：它是地下水的赋存场所和运移通道。3.岩石孔隙的描述：形状、大小、数量、分布规律和连通性。4.岩石孔隙的水文地质分类：松散岩石中的孔隙、坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的孔洞。2.孔隙度1。概念：松散或未完全胶结的岩石颗粒之间或颗粒聚集体之间存在空隙。2.分布：最新沉积、新生代、砾质土、砂质土和粘土，主要分布在第四系沉积物中，其次为一些第三纪或中生代地层，胶结不完全。3.特征：多少指标：孔隙度(n)(1)概念：一定体积的岩石(包括孔隙)中孔隙体积的比例。(2)研究意义(功能):对岩石储存地下水能力的影响程度。(3)测定方法：砂、砾石等松散岩石一般注水，粘土遇水不膨胀；容重-比重法：细砂，首先测量岩石的容重r和比重，(4)影响孔隙度的因素：颗粒排列：等颗粒：最松散排列-立方n=47.64%；最近的排列-四面体：n=25.95%。(不涉及颗粒尺寸，颗粒尺寸不同，但是当颗粒相同且排列方式相同时，孔隙率相同。)颗粒分选程度：分选性能越好，孔隙率越大；分选程度不好，大颗粒的孔隙被小颗粒填充，以减少孔隙。(分选程度是指颗粒大小的均匀性，在土力学中也称为不均匀系数。)颗粒形状：越不规则，越疏松，孔隙率越大。胶结充填：孔隙度是胶结充填，孔隙度降低。对于粘性土，它也与结构孔隙和次生孔隙有关。(1)粘土颗粒粘土：由于颗粒细小，比表面积大，颗粒直径小于0.005毫米的粘土，通常在颗粒表面带电，在悬浮过程中，具有强粘结力的粘性颗粒相互接触时，会粘结在一起形成“粘性团”,形成颗粒聚集体，形成比颗粒本身大的结构性孔隙聚集体，并与聚集体结合，形成粘性土的沉积结构特征。(2)粘土孔隙粘性土：蜂窝状和絮状结构，如海绵结构孔隙：集料和集料之间的孔隙，粘土颗粒和粘土颗粒。次生孔隙：虫洞、根孔、干裂缝等。表2-1松散岩石孔隙度参考值(根据Friese等人，1987年)注：(1)与粒度的关系不是粒度越大，孔隙度越大。(2)孔隙率超过最松散排列的47.64%，达到70%。尺寸(1)研究意义(功能):孔隙度和孔喉影响地下水运动，尤其是孔喉直径在地下水流动中起着关键作用。(2)影响因素：颗粒大小：特别是细颗粒的大小，颗粒越大，形成的孔隙越大。颗粒排列方式：理想的等颗粒球形颗粒，颗粒直径为d，孔喉直径为d，排列成立方体时，d=0.414d四面体排列，d=0.155d。粘性土：也与结构孔隙和次生孔隙有关。概念：坚硬岩石形成后，岩石被各种内外力破坏，形成空隙。2.分布：主要分布在坚硬岩层中；除沉积岩、变质岩、岩浆岩等。后生裂隙保留了原生岩石的孔隙，主要是在后期构造应力的作用下产生的。3.分类：按成因分类：成岩裂隙岩浆作用：侵入、喷出、冷凝和收缩(岩浆岩)沉积：固结和干燥收缩(沉积岩)。岩浆岩是最常见的，玄武岩(基本)柱状节理具有最重要的水文地质意义。风化裂隙：后期风化形成的各种裂隙；构造裂隙：后期构造应力形成的各种裂隙；4.特征尺寸：它是第二性的，例如，大的构造断层连通性：一般来说，它不好，局部来说可能是好的，形成一个裂隙系统。寻找水，局部断裂，最好是寻找最大的断裂带，主断裂和断裂含水系统。多少钱：骨折率。包括线断裂率、面断裂率和体断裂率。在现场研究裂缝时，应确定裂缝的方向、宽度、延伸长度和充填情况。表2-2各种岩石破裂率数值表(变化范围)，第四部分。溶解洞穴或喀斯特1。概念：它具有可溶性岩石裂隙，是在地下水流的作用下形成的。2.分布：可溶性岩石的沉积岩，如普通石灰岩和白云石。3.类型：溶孔(石灰岩的微孔隙)、溶裂缝、溶洞、地下河等。4.特征：形态：方向性，主要是在裂隙的基础上进一步溶解形成的，因此具有裂隙特征。大小：大小极不均匀，暗河和树干溶解形成。多少：岩溶率分布：极不均匀(保留原有断裂特征)连通性：整体较差，局部可很好，形成一个溶洞含水系统。5.自然界岩石孔隙的复杂性和发展是复杂的：粘性土层既有孔隙又有裂隙。根据水井，如果粘土中存在干缩裂隙，如河南驻马店的粘土层，粘土隔水层可以是含水层，也可以是含水层(裂隙中的水)。坚硬的岩石：既有孔隙又有裂隙，如甘肃的白垩纪岩石。原始裂缝保留在可溶性岩石中，甚至存在孔隙。6.地下水按含水介质(孔隙特征)分类：孔隙水、裂隙水和岩溶水。岩石中的孔隙必须以某种方式连接起来，形成孔隙网络，成为地下水的有效储存空间和运移通道。岩石中的水的形式。水的形式和类型。结合水1。概念：水的一部分，分布在粒子的表面，但在自身重力的作用下不能移动，因为静电引力大于重力。2.来源：带电固体土壤颗粒表面通常带负电荷，主要存在于小空隙和裂缝中；极性分子水，水分子甚至是极性物体，都被吸入；岩石颗粒周围的水分子受到库仑力(静电引力)的影响。静电引力受距离的影响，结合水的自由是不同的。3.结合水的类型和特性：根据吸附能力的程度，强结合水的密度大于1，平均约2g/cm3，凝固点：-78，类似固体，不能流动。只有在105时，它才能以气态形式从颗粒表面分离出来。溶解盐的能力很弱，不能被植物吸收。粘度、弹性和剪切强度大，束缚水弱，排列规则，密度大于1，1.31.774g/cm3。它可以在外力的作用下移动，但是速度很慢，溶解盐的能力很弱。冰点为-15，具有一定的粘度和剪切强度。弱结合水的外层可以被植物吸收和利用。第三，重力水相对远离固体颗粒的表面，对它们的吸引力较小。岩土空隙中的重力水可以自由流动。从井、泉中提取的地下水属于重力水，是水文地质研究的重点。第四，毛细水毛细现象：毛细管中的水位在液体表面张力的作用下上升到一定高度的现象。毛细孔隙是岩石和土壤中的小孔隙，通常指直径小于1毫米的孔隙或宽度小于0.25毫米的裂缝。毛细上升高度与毛细直径成反比。松散岩石中的细孔通道形成毛细管，毛细管水广泛存在于地下水表面上方的空气填充区。结论：松散岩石的粒径越大，孔径越大，毛细上升高度越小。毛细现象的本质是毛细张力的作用。弯曲弯月面产生的附加压力Pc是一个强负压，称为毛细管负压。实验室用张力计测量。在不饱和水的空间里有气态水。气态水可以与空气一起流动，也可以在水气压差的作用下流动。当岩石温度低于0时，液态水变成了固态水。我国大部分地区都有季节性冻土。挪威有永久冻土方沸石中的沸石水(Na2A12Si4O12nH2O)在加热时可以从矿物中分离出来。5.气态水、固态水和矿物质中的水。第三节。岩石的水文特性。1.含有一定量水的含水岩石的特性。用含水量表示。水容量(Mc)饱和岩石每单位体积可容纳的最大水量。如果按重量计算，则称水容量。(2)水饱和岩石在重力作用下能自由排出一定量水的性质，用比产量表示。单位体积饱和岩石在重力作用下可以排出的最大水量。也就是说，当地下水位下降一个单位时，在重力作用下，一个单位水平面积的岩柱可以释放的水量。1。岩性影响，主要是：岩石的矿物成分(决定孔隙的大小和数量)；粒度、分级和分选程度；有多少差距；2.地下水初始埋深3。地下水位下降速率、影响比产量大小的因素、表2-3普通松散岩平均比产量、表2-4松散岩持水能力、表3。在重力释放水后，持水岩石可以在空隙中保持一定量的水的性质。用保水性表示。保水率(Sr)重力释放水后，单位体积岩石中可容纳的最大水量(通常是膜水层最大厚度时的水量)。如果按重量计算，则称持水能力。如果除了最大量的膜水之外，间隙中还有一定量的悬毛细水和孔角水，则称之为田间持水能力或田间持水能力。以上三者之间的关系可以表述如下：4 .渗透率，渗透系数(k):水力梯度为1时的渗透率速度(m