水文地质学基础第12章_裂隙水
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裂隙水流在迂回曲折 的网络中运动，局部流向 与整体流向往往不一致， 甚或与整体流向相反
裂隙介质研究方法
等效多孔介质方法
裂隙水模型
裂隙介质及其等效多孔介质
等效多孔介质方法：用连续的多孔介质的理论研究非连续裂隙介质中的问题 不要求两个水动力场完全相似，只要求某些方面相近。等效是指两种介质在 特定功能上的等效 因裂隙介质与多孔介质存在本质差别，一些与介质结构关系密切的地下水参 数，如水头、孔隙水压力、流速等难以等效，大范围内导水能力等效是等效多 孔介质方法的最常用原则 求解大范围的水量问题也是等效多孔介质方法的主要适用范围
风化裂隙形成的影响因素 岩性：多种矿物组成的粗粒结晶岩，风化裂隙往往发育； ②单一稳定矿物岩石不易风化；③泥质岩石虽易风化，但 裂隙易被土质充填 气候：干燥而温差大的地区，利于形成导水的风化裂隙； 湿热气候区以化学风化为主，往往下部半风化带较富水 地形地貌：较平缓，剥蚀及堆积作用弱的地区，利于风 化壳的发育与保存；如汇水条件好，可形成较好的风化裂 隙含水层。通常风化壳规模相当有限，水量亦有限 卸荷作用：水流、人工开挖
双重介质方法
双重介质： 主要贮水空间：双重介 质中含有细小空隙并具有 高贮水能力的基质岩块 主要导水通道：储存能 力低但渗透性高的裂缝网 络
双重介质方法：分别用两种 不同的介质近似刻画两类大小 不同的空隙。两类空隙空间各 有自己独立的参数，但存在水 力联系，可进行水量交换
双重介质方法仍属连续介质 方法，惟对大小空隙分别描述
同一条断层，由于两盘岩性以及力学性质的变化，不同部位的导水性可以很 不相同
断裂带的复合部位往往成为地下水的富集地段
导水断层带是有特殊水文地质作用：
贮水空间
由断层角砾岩及其裂隙增强带构成的局部的带状贮水空间 钻孔或坑道揭露此类断层时，初期涌水量及水压可能较大，但迅即衰
裂隙介质及其渗流
裂隙网络
定向性 连通性 级次性
裂隙级次
微小裂隙：密集但延伸和张开性都很差 → 导水能力差，有 一定储水能力 → 供水能力较小
中裂隙：一般1~n条/m，延伸较远，张开性较好 → 兼具贮水 导水能力 → 供水能力稍大
大裂隙（含断层）：数量少，但张开宽度大，延伸远，规模 较大 → 主要起导水作用 → 供水能力较大
研究程度低
裂隙水类型
成岩裂隙水
成岩裂隙：岩石成岩过程中内部应力作用产生的原生裂隙
沉积岩、深成岩浆岩：成岩裂隙多闭合陆地喷溢玄武岩： 成岩裂隙发育 岩脉、侵入岩接触带：张开裂隙发育
裂隙水类型
风化裂隙水
风化裂隙：地表岩石在温度变化和水、空气、生物等风化营 力作用下形成风化裂隙 裂隙密集均匀、无明显方向性、连通良好 裂隙深度有限，局部形成层状裂隙含水层 ，动态变化大。
减，以至干涸
集水廊道
钻孔或坑道揭露断层带时，水位下降波及整个断层带，形成延展相当 长的水位低槽，断层带就像集水廊道，汇集广大范围岩体裂隙中的水 ，往往涌水量大而稳定
导水通道
导水断层沟通若干个含水层或（及）地表水体时，断层带兼具贮水空 间、集水廊道与导水通道的功能。
钻孔或坑道揭露时，断层带将各个水源的水量，源源不断地导入，形 成涌水量极大且长期保持稳定的特点
断层的阻水作用
当存在厚层隔水层且 断层断距较大时，原来 连通的含水层可被切割 成相对独立的块段
由于这种含水块段与 外界的水力联系减弱， 甚至断绝，故有利于排 水疏干而不利于供水
由于这种阻隔作用， 大的断层往往构成地下 含水系统的边界
本章小结
裂隙水的类型及其特点 裂隙介质的研究方法 断层的水文地质意义
断层带的水文地质意义
断裂带是应力集中释放所造成的岩石破裂形变，大的断层构成具有特殊意义 的水文地质体
断层两盘的岩性及断层力学性质，控制断层的导水、贮水特征 扭性断裂的导水性张性、压性断裂之间脆性岩石中的张性断裂，中心及两 侧导水能力良好 泥质塑性岩层中的张性断裂，往往导水不良或隔水 塑性岩层中的压性断裂、扭性断裂，通常隔水 脆性岩层中压性断裂，中心透水性差，两侧有张开性良好的扭张裂隙， 成为导水带 扭性断裂的导水性介乎张性断裂与压性断裂之间
水文地质学基础第12章_裂隙水
提纲
概述 裂隙水类型
成岩裂隙水 风化裂隙水 构造裂隙水
裂隙介质及其渗流 裂隙介质研究方法 断层的水文地质意义
概述
裂隙类型：成岩裂隙、风化裂隙、构造裂隙 裂隙水特点：强烈的不均匀性和各向异性
裂隙发育：裂隙率低、分布不均匀、展布具明显方向性 同一岩层中水量、水质、动态可能差别很大 不容易形成具有统一水力联系、水量分布均匀的含水层 空隙空间类型多样
构造裂隙水富集规律
分布不均匀，水力联系不统一，渗流各向异性，随着深度 的增加富水性越来越差 构造裂隙水的分布与构造应力场规模密切相关，构造规模 大则补给面积大，构造裂隙水丰富，反之贫乏 应力集中部位，构造裂隙发育，岩层透水性好，水量丰富
同一裂隙含水层中，背斜轴部常较两翼富水 倾斜岩层较平缓岩层富水 夹于塑性岩层中的薄层脆性岩层，往往发育密集而均匀 的张开裂隙，易含水 断层带附近往往格外富水 裂隙岩层的透水性通常随深度增大而减弱
裂隙岩石的透水性可采用Hoek & Bray (1981) 公式计算：
K we3 12 s
式中 rw: 水的容重(N/m3)； e : 节理张开度(m) s : 节理间距 (m)； η: 水的粘滞系数 (9.8Ns/m2)
裂隙介质及其渗流 裂隙水流特征
裂隙水具有明显的不 均匀性和突变性
裂隙水的流场是不连 续的，渗流场中的等势线 是等效虚拟的
非连续介质方法
对裂隙网络中每条具有实际导水意义的裂隙进行精确地描述，包括每条裂隙 的张开宽度、延伸长度、产状、中点坐标，要求做出实测的裂隙网络图 可准确计算裂隙网络内任意一点的水头、孔隙水压力、渗透速度、流量等 是研究裂隙渗流的理想方法, 其缺点是对实际资料要求很高，计算复杂 适用于研究区域比较小、工作程度比较高的水文地质工程地质问题
岩层厚度及相邻岩层组合
构造应力 应力大小，应力性质(压剪性 \ 张拉性) 构造部位。应力集中部位裂隙发育，岩层透水性好
受力 节理 特点 断层 特点
张性裂隙 张应力 张节理 开裂隙 张性断层 正断层 含水空间大 导水能力强
扭性裂隙 剪应力 扭节理 闭裂隙 扭性断层 平移断层
压性裂隙 压应力和剪应力 劈理 板理 片理 隐裂隙 压性断层 逆、逆掩断层 含水空间小 导水能力弱
风化裂隙水的特点 含水层厚度不大，规模有限 就地补给，就地排泄 具有统一的水力联系 TDS较低，动态不稳定
裂隙水类型
构造裂隙水
构造裂隙形成的影响因素 岩性
塑性岩石：以页岩、泥岩、凝灰岩、千枚岩等为代表，受力后发 生塑性形变
脆性岩石：以块状致密石灰岩、非泥质胶结的砂岩为代表, 岩石 主要呈现弹性形变，破坏时以拉断为主
思考题
总结裂隙水类型及其特点 总结断层的水文地质意义
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裂隙介质研究方法
等效多孔介质方法
裂隙水模型
裂隙介质及其等效多孔介质
等效多孔介质方法：用连续的多孔介质的理论研究非连续裂隙介质中的问题 不要求两个水动力场完全相似，只要求某些方面相近。等效是指两种介质在 特定功能上的等效 因裂隙介质与多孔介质存在本质差别，一些与介质结构关系密切的地下水参 数，如水头、孔隙水压力、流速等难以等效，大范围内导水能力等效是等效多 孔介质方法的最常用原则 求解大范围的水量问题也是等效多孔介质方法的主要适用范围
风化裂隙形成的影响因素 岩性：多种矿物组成的粗粒结晶岩，风化裂隙往往发育； ②单一稳定矿物岩石不易风化；③泥质岩石虽易风化，但 裂隙易被土质充填 气候：干燥而温差大的地区，利于形成导水的风化裂隙； 湿热气候区以化学风化为主，往往下部半风化带较富水 地形地貌：较平缓，剥蚀及堆积作用弱的地区，利于风 化壳的发育与保存；如汇水条件好，可形成较好的风化裂 隙含水层。通常风化壳规模相当有限，水量亦有限 卸荷作用：水流、人工开挖
双重介质方法
双重介质： 主要贮水空间：双重介 质中含有细小空隙并具有 高贮水能力的基质岩块 主要导水通道：储存能 力低但渗透性高的裂缝网 络
双重介质方法：分别用两种 不同的介质近似刻画两类大小 不同的空隙。两类空隙空间各 有自己独立的参数，但存在水 力联系，可进行水量交换
双重介质方法仍属连续介质 方法，惟对大小空隙分别描述
同一条断层，由于两盘岩性以及力学性质的变化，不同部位的导水性可以很 不相同
断裂带的复合部位往往成为地下水的富集地段
导水断层带是有特殊水文地质作用：
贮水空间
由断层角砾岩及其裂隙增强带构成的局部的带状贮水空间 钻孔或坑道揭露此类断层时，初期涌水量及水压可能较大，但迅即衰
裂隙介质及其渗流
裂隙网络
定向性 连通性 级次性
裂隙级次
微小裂隙：密集但延伸和张开性都很差 → 导水能力差，有 一定储水能力 → 供水能力较小
中裂隙：一般1~n条/m，延伸较远，张开性较好 → 兼具贮水 导水能力 → 供水能力稍大
大裂隙（含断层）：数量少，但张开宽度大，延伸远，规模 较大 → 主要起导水作用 → 供水能力较大
研究程度低
裂隙水类型
成岩裂隙水
成岩裂隙：岩石成岩过程中内部应力作用产生的原生裂隙
沉积岩、深成岩浆岩：成岩裂隙多闭合陆地喷溢玄武岩： 成岩裂隙发育 岩脉、侵入岩接触带：张开裂隙发育
裂隙水类型
风化裂隙水
风化裂隙：地表岩石在温度变化和水、空气、生物等风化营 力作用下形成风化裂隙 裂隙密集均匀、无明显方向性、连通良好 裂隙深度有限，局部形成层状裂隙含水层 ，动态变化大。
减，以至干涸
集水廊道
钻孔或坑道揭露断层带时，水位下降波及整个断层带，形成延展相当 长的水位低槽，断层带就像集水廊道，汇集广大范围岩体裂隙中的水 ，往往涌水量大而稳定
导水通道
导水断层沟通若干个含水层或（及）地表水体时，断层带兼具贮水空 间、集水廊道与导水通道的功能。
钻孔或坑道揭露时，断层带将各个水源的水量，源源不断地导入，形 成涌水量极大且长期保持稳定的特点
断层的阻水作用
当存在厚层隔水层且 断层断距较大时，原来 连通的含水层可被切割 成相对独立的块段
由于这种含水块段与 外界的水力联系减弱， 甚至断绝，故有利于排 水疏干而不利于供水
由于这种阻隔作用， 大的断层往往构成地下 含水系统的边界
本章小结
裂隙水的类型及其特点 裂隙介质的研究方法 断层的水文地质意义
断层带的水文地质意义
断裂带是应力集中释放所造成的岩石破裂形变，大的断层构成具有特殊意义 的水文地质体
断层两盘的岩性及断层力学性质，控制断层的导水、贮水特征 扭性断裂的导水性张性、压性断裂之间脆性岩石中的张性断裂，中心及两 侧导水能力良好 泥质塑性岩层中的张性断裂，往往导水不良或隔水 塑性岩层中的压性断裂、扭性断裂，通常隔水 脆性岩层中压性断裂，中心透水性差，两侧有张开性良好的扭张裂隙， 成为导水带 扭性断裂的导水性介乎张性断裂与压性断裂之间
水文地质学基础第12章_裂隙水
提纲
概述 裂隙水类型
成岩裂隙水 风化裂隙水 构造裂隙水
裂隙介质及其渗流 裂隙介质研究方法 断层的水文地质意义
概述
裂隙类型：成岩裂隙、风化裂隙、构造裂隙 裂隙水特点：强烈的不均匀性和各向异性
裂隙发育：裂隙率低、分布不均匀、展布具明显方向性 同一岩层中水量、水质、动态可能差别很大 不容易形成具有统一水力联系、水量分布均匀的含水层 空隙空间类型多样
构造裂隙水富集规律
分布不均匀，水力联系不统一，渗流各向异性，随着深度 的增加富水性越来越差 构造裂隙水的分布与构造应力场规模密切相关，构造规模 大则补给面积大，构造裂隙水丰富，反之贫乏 应力集中部位，构造裂隙发育，岩层透水性好，水量丰富
同一裂隙含水层中，背斜轴部常较两翼富水 倾斜岩层较平缓岩层富水 夹于塑性岩层中的薄层脆性岩层，往往发育密集而均匀 的张开裂隙，易含水 断层带附近往往格外富水 裂隙岩层的透水性通常随深度增大而减弱
裂隙岩石的透水性可采用Hoek & Bray (1981) 公式计算：
K we3 12 s
式中 rw: 水的容重(N/m3)； e : 节理张开度(m) s : 节理间距 (m)； η: 水的粘滞系数 (9.8Ns/m2)
裂隙介质及其渗流 裂隙水流特征
裂隙水具有明显的不 均匀性和突变性
裂隙水的流场是不连 续的，渗流场中的等势线 是等效虚拟的
非连续介质方法
对裂隙网络中每条具有实际导水意义的裂隙进行精确地描述，包括每条裂隙 的张开宽度、延伸长度、产状、中点坐标，要求做出实测的裂隙网络图 可准确计算裂隙网络内任意一点的水头、孔隙水压力、渗透速度、流量等 是研究裂隙渗流的理想方法, 其缺点是对实际资料要求很高，计算复杂 适用于研究区域比较小、工作程度比较高的水文地质工程地质问题
岩层厚度及相邻岩层组合
构造应力 应力大小，应力性质(压剪性 \ 张拉性) 构造部位。应力集中部位裂隙发育，岩层透水性好
受力 节理 特点 断层 特点
张性裂隙 张应力 张节理 开裂隙 张性断层 正断层 含水空间大 导水能力强
扭性裂隙 剪应力 扭节理 闭裂隙 扭性断层 平移断层
压性裂隙 压应力和剪应力 劈理 板理 片理 隐裂隙 压性断层 逆、逆掩断层 含水空间小 导水能力弱
风化裂隙水的特点 含水层厚度不大，规模有限 就地补给，就地排泄 具有统一的水力联系 TDS较低，动态不稳定
裂隙水类型
构造裂隙水
构造裂隙形成的影响因素 岩性
塑性岩石：以页岩、泥岩、凝灰岩、千枚岩等为代表，受力后发 生塑性形变
脆性岩石：以块状致密石灰岩、非泥质胶结的砂岩为代表, 岩石 主要呈现弹性形变，破坏时以拉断为主
思考题
总结裂隙水类型及其特点 总结断层的水文地质意义
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