水文地质基础学之岩土中的空隙和水PPT(共42页)

Kv
Vk V
连通性：总体上差，局部可以很好，形成溶穴含水系统。 找水就要找主干，但地质开采要避免碰到主干——暗河。
四、地下水分类
按含水介质（空隙特征）分： 孔隙水、裂隙水、岩溶水
Outwash sand and gravel in a gravel pit
Actual tortuous flow paths through the pore spaces
（1）粘土颗粒
• 粘性土：土体颗粒直径﹤0.005mm • 粘土由于颗粒细小，比表面积大，颗粒表面常带有电荷，所以连结力强 • 粘粒在悬浮推移互相接触时，就会连结起来形成“粘粒团” • 细小粘粒团构成颗粒集合体，可形成比颗粒自身还大的结构孔隙 • 集合体与集合体结合构成粘性土的沉积结构特征。
（2）粘土孔隙
3. 岩土空隙的描述：形状、大小、多少、分布规律和 连通性。
4. 岩土空隙的水文地质分类：松散岩土中的孔隙、坚 硬岩石中的裂隙、可溶岩石中的溶穴。
岩土中的各种空隙
分选良好， 排列疏松的砂
分选良好， 排列紧密的砂
具有结构孔隙的 粘土
经过压缩的粘土
具有裂隙的岩石
具有溶隙及溶穴的 可溶岩
一、孔隙
1. 概念：存在于松散的或未完全胶结的岩土颗粒之间或颗 粒集合体之间的空隙。
3. 种类：溶孔（压水试验，石灰岩的微空隙）， 溶蚀裂隙，溶隙，地下暗河。
４．特征
描述量 形状
大小 多少 分布规律
连通性
有方向性 极不均匀 KV 极不均匀 总体差，局部可以很好
形状：有方向性，主要在裂隙基础上进一步溶蚀而成，所以具 有裂隙特征。
大小：极不均匀，暗河，主干溶蚀形成。
多少：岩溶率 分布：极不均匀（保留了裂隙特征）
➢ 颗粒分选程度：分选性越好，孔隙度越大；分选程度不好，大颗粒
孔隙被小颗粒充填，降低孔隙。（分选程度是指颗粒粒度的均匀程度， 土力学中也称不均匀系数。）
➢ 颗粒形状：越不规则，越疏松，孔隙度就越大。 ➢ 胶结充填：孔隙被胶结充填，孔隙度减小。 ➢ 对于粘性土，还与结构孔隙、次生孔隙有关。
粘性土的孔隙与孔隙度
粘性土：蜂窝、絮状结构，如同海绵
• 结构孔隙：集合体与集合体、粘粒与粘粒之间的孔隙。 • 次生孔隙：虫孔、根系孔、干裂缝等。
松散岩石孔隙度参考数值（据弗里泽等，1987）
岩石名称
砾石
孔隙度变化 25%-40% 区间
砂 25%-50%
粉砂 35%-50%
粘土 40%-70%
注： （１）与粒径的关系不是粒径愈大则孔隙度愈大 （２）孔隙度超过最疏松排列的47.62％，达到70％
不均匀
总体：不好
局部：好，主干断裂
大小：大的有构造断裂带，小的要用显微镜看。具有级次，大构造-。
连通性：总体上不好，局部可能很好，形成裂隙系统。找水，局部裂 隙，最好找在最大断裂带上，主干断裂， 裂隙含水系统。
多少：裂隙率。线裂隙率：与裂隙走向垂直方向上单位长度内裂隙所 占的比例。 面裂隙率，体裂隙率。野外研究裂隙时应注意测定裂隙的方 向、宽度、延伸长度、充填情况等，这些影响水的运动。
2. 分布：最新沉积、新生界、主要在第四系沉积层中的碎 石土、砂土、粘土等，其次是胶结不完全的第三系或中生界部 分地层。如河边砂砾中存在的孔隙。
3. 特征：
描述量
多少 n
形状
大小 分布规律 连通性
不具有方向性 小而均匀 均匀
好
多少：
度量指标：孔隙度（n）
（1）概念：某一体积岩土（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的
比例。
n Vn 100% V
（2）研究意义（作用）：影响岩石储容地下水的能力的大小。
（3）测定方法：
砂、砾等松散岩土一般用注水方法，粘土遇水膨胀不能；
容重-比重法：细砂，先测岩土的容重r、比重
n(1r)10% 0
（4）孔隙度的影响因素
➢ 颗粒排列方式：等粒状：最疏松排列：立方体：n=47.62%; 最紧密排列：四面体：n=25.95%。（未涉及粒径大小，粒 径大小不同，但等粒状、排列方式相同时，孔隙度是相同 的）
水文地质学基础 General Hydrogeology
第3章 岩土中的空隙和水
本章内容
3.1 岩土中的空隙 3.2 岩土中的水 3.3 与水有关的岩土性质 3.4 有效应力原理与岩土变形破坏
4.1 岩土中的空隙
1. 岩土空隙在地球上的分布：地壳表层十余公里，尤 其近1～2公里以内。
2. 岩土空隙的水文地质意义：是地下水的赋存场所和 运移通道。
Limestone exposed in a road cut
大小：
（1）研究意义（作用）：孔腹和孔喉，影响地下水的运动， 尤其是孔喉直径大小对地下水流动起关键性作用。
（2）影响因素：
➢ 颗粒大小：尤其是细小颗粒的大小，颗粒越大形成的孔隙 越大。 ➢ 颗粒排列方式：理想等粒圆球状颗粒，颗粒直径为D，孔 喉直径为d
立方体排列时，d=0.414D 四面体排列时，d=0.155D。 ➢ 对于粘性土：还与结构孔隙、次生孔隙有关。
各种岩石裂隙率数值表（变化范围）
岩石 名称
碎屑岩 化学岩 岩浆岩 变质岩 玄武岩 凝灰岩 现代火山岩
裂隙率 %
3-30 ＜1-30
2-5
2-5 1-12 4-40
50
三、溶穴
1. 概念：可溶岩石在地下水的溶蚀作用下形成。 必须在原有空隙、裂隙发育基础上产生的。
2. 分布：可溶岩的沉积岩，如常见的灰岩，白云 岩。
3. 分类：按成因分： 成岩裂隙： 岩浆作用：侵入、喷出，冷凝收缩（岩浆岩）
成岩作用 沉积作用：固结、干缩 （沉积岩）。
岩浆岩最普遍，玄武岩（基性）柱状节理最有水文地质意义。
风化裂隙：风化作用 构造裂隙：构造应力作用 卸荷裂隙
４．特征
描述量 形状
大小 多少 分布规律
连通性
有方向性 相差悬殊 k 不均匀
孔喉（直径为d）与孔腹（直径为d’） 通过孔隙通道中心切面图
假定颗粒为等粒球体（直径为D）作立方体排列
孔隙与粒径关系
砾石（模型）
砂土样品
砂砾混合样品
颗粒排列形式
立方体排列
四面体排列
二、裂隙
1. 概念：岩石形成以后，由于各种内、外营力的作用，使 岩石遭到破坏而形成的空隙。
2. 分布：主要分布在固结岩层：沉积岩、变质岩、岩浆岩 等保留原来成岩孔隙，但主要是在后期应力作用下产生裂隙。