第2章岩石中的孔隙与水分(1)

1、第二章第二章 岩石中的空隙与水岩石中的空隙与水The Interstices and Water in RocksFundamentals of Hydrogeoloy水文地质学基础水文地质学基础本章内容本章内容2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙2.2 空隙中的水空隙中的水2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙ll岩石岩石水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层水文地质学中指坚硬的岩石及松散的土层空隙空隙岩、土中各种类型的空洞的总称岩、土中各种类型的空洞的总称空隙空隙是是 地地 下下 水水 赋赋 存存 场场 所所 （places） 和和 运运 移移 通通 道道（cond

2、uits）空隙分为空隙分为1. 孔隙（孔隙（pore）-unconsolidated soil-（第四纪地质学第四纪地质学）2. 裂隙（裂隙（fissure）- hard rock -（构造地质学构造地质学）3. 溶穴（溶穴（cavity）- dissoluble rock -（岩溶地貌学岩溶地貌学）工程地质学是从土层的物理力学指标（性能）来工程地质学是从土层的物理力学指标（性能）来 讨论，如土的压缩性或强度变形。讨论，如土的压缩性或强度变形。 下面以孔隙为例，讨论描述空隙特征的有关概念，参数下面以孔隙为例，讨论描述空隙特征的有关概念，参数 指标和分析方法。指标和分析方法。vv 孔隙大小特征的

3、描述：孔喉孔隙大小特征的描述：孔喉 (d)d=0.414D孔腹孔腹 (d) d=0.732D（上述为：立方体排列的理想等径园球颗粒上述为：立方体排列的理想等径园球颗粒）2.1.1 孔隙孔隙孔隙（孔隙（pore, void）土体孔隙的描述有：孔隙的大小，多少，形状，连通与分布土体孔隙的描述有：孔隙的大小，多少，形状，连通与分布松散土体宏观上可以分为松散土体宏观上可以分为2大类：砂性土与粘性土类大类：砂性土与粘性土类1、砂砾石孔隙大小及其影响因素砂砾石孔隙大小及其影响因素V V 试样试样aa砾石砾石( (模型模型) )，试样，试样bb砂土样品，试样砂土样品，试样cc砂砾混合样品砂砾混合样品颗粒颗粒

4、大小、大小、 排列排列立方体或四面体立方体或四面体 、分选、胶结与分选、胶结与充填充填等等？a砾石砾石(模型模型)b砂土样品砂土样品c砂砾混合样品砂砾混合样品孔隙与粒径关系孔隙与粒径关系松散砂砾石孔隙大小与分选的关系松散砂砾石孔隙大小与分选的关系好、坏？好、坏？黄土黄土沙丘沙丘洪积物洪积物粒径粒径（mm）含含量量%四面体排列四面体排列立方体排列与立方体排列与四面体排列四面体排列DdDd立方体排列立方体排列2.1.1 孔隙孔隙2、砂砾石的孔隙度（砂砾石的孔隙度（porosityporosity）及其影响因素）及其影响因素孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标vv

5、 定义定义：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所占某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所占的比例。通常用的比例。通常用 n 表示表示% 100=nTVVn不同颗粒大小的试样不同颗粒大小的试样孔隙度？孔隙度？v 矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大？矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大？vv 矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的47.64% 达到达到70%岩石名称岩石名称砾石砾石砂砂粉砂粉砂粘土粘土孔隙度孔隙度25-40% 25-50% 35-50% 40-70%2.1.1 孔隙孔隙v 自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的还有些不同自然界中松

6、散岩石的孔隙度与上述讨论的还有些不同P17表2-1表表2-12-1 松散岩石孔隙度参考数值松散岩石孔隙度参考数值2.1.1 孔隙孔隙粘土粘土3、粘性土的孔隙与孔隙度粘性土的孔隙与孔隙度v粘土颗粒粘土颗粒 粘性土是指土体颗粒粘性土是指土体颗粒 0.005mm 的直径的直径 “粘性土由于颗粒细小，比表面积大，连结力强粘性土由于颗粒细小，比表面积大，连结力强 粘粒在悬浮粘粒在悬浮 推移推移 互相接触时，就会连结起来互相接触时，就会连结起来 形成形成粘粒团粘粒团” 细小粘粒集合（团）构成（称为）颗粒集合体。细小粘粒集合（团）构成（称为）颗粒集合体。 集合体与集合体结合构成集合体与集合体结合构成粘性土粘

7、性土的沉积结构特征的沉积结构特征v粘土孔隙粘土孔隙粘性土如同海绵、峰窝或絮状结构粘性土如同海绵、峰窝或絮状结构 结构孔隙结构孔隙集合体与集合体、粘粒与粘粒之间集合体与集合体、粘粒与粘粒之间 次生孔隙次生孔隙虫孔、根系孔、裂隙裂痕等虫孔、根系孔、裂隙裂痕等蒙脱石、片状粘土矿物蒙脱石、片状粘土矿物淤泥粘土淤泥粘土2000粘性土的结构，不同比例电镜扫描片粘性土的结构，不同比例电镜扫描片36240800松散孔隙松散孔隙| |粘土孔隙粘土孔隙| |裂隙溶隙裂隙溶隙2.1.2 裂隙裂隙裂隙裂隙 （ fissure fracture ） 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

8、残存很小部分孔隙，而存 在有各种内外力作用下产生的裂缝（缝隙）在有各种内外力作用下产生的裂缝（缝隙） 风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、构造裂隙裂隙裂隙：空间形态是两向延伸长，横向延伸短的空间形态是两向延伸长，横向延伸短的“饼状饼状” 空隙单个裂隙是孤立的空隙单个裂隙是孤立的裂隙岩体裂隙岩体：从水的赋存与运移角度来看，裂隙的描述包括：从水的赋存与运移角度来看，裂隙的描述包括：1)1) 裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度）裂隙的连通性（组数、产状、长度和密度）2)2) 张开性（裂隙宽度）张开性（裂隙宽度）3)3) 裂隙率等裂隙率等风化（卸荷）裂隙、风化（卸荷）裂隙

9、、 成岩裂隙、成岩裂隙、 构造裂隙构造裂隙砂岩岩芯中的空隙砂岩岩芯中的空隙2.1.3 溶穴溶穴溶穴溶穴（solution cavity） cavern在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用的结果在裂隙基础，水流对可溶岩进一步作用的结果是是扩大了的裂隙扩大了的裂隙溶穴溶穴：溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等：溶蚀的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等岩溶岩体岩溶岩体：要描述裂隙特征及岩溶发育特征：要描述裂隙特征及岩溶发育特征（裂隙（裂隙+ +溶洞）溶洞）1）岩溶发育方向岩溶发育方向2）溶蚀率溶蚀率-钻孔岩溶发育程度钻孔岩溶发育程度3）溶洞（方向、规模等）溶洞（方向、规模等）2.1.4 空隙特征的对比空隙特征的对比空隙特征的比较空隙特征的比较vv含水介质含水介质由各类空隙所构成的岩石称为含水介质，也称由各类空隙所构成的岩石称为含水介质，也称为介质场。含水介质的空间分布与连通特征（为介质场。含水介质的空间分布与连通特征（孔隙含水介质、孔隙含水介质、裂隙含水介质、溶质含水介质裂隙含水介质、溶质含水介质）是不同的，三种主要类型的）是不同的，三种主要类型的含水介质比较：含水介质比较：vv连连 通通 性性 孔隙介质最好，其它较差孔隙介质最好，其它较差vv空间分布空间分布孔隙介质分布最均匀，裂隙不均匀，溶穴极不孔隙介质分布最均匀，裂隙不均匀，溶穴极不 均匀孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬均匀孔隙大小均匀