岩石的水理性质(教学参考)

岩石的水理性质

岩石的水理性质：岩石与水接触后表现出的有关性质，即与水分贮容和运移有关的性质称作岩石的水理性质。它包括岩石的

容水性、给水性、持水性、透水性

1．容水性

容水性是在常压下岩石空隙中能够容纳若干水量的性能，在数量上以容水度

来衡量。容水度W

n 为岩石空隙能够容纳水量的体积V

n

与岩石体积（V）之比，表

达式为：W

n =V

n

／V，用百分数或小数表示。

从定义可知，如果岩石的全部空隙被水所充满，则容水度在数值上与空隙度相

等。但实际上由于岩石中可能存在一些密闭空隙，或当岩石充水时，有的空气不能逸出，形成气泡，所以一般容水度的值小于空隙度。但是对于具有膨胀性的粘上来说，因充水后体积扩大，容水度可以大于空隙度。

2．持水性

在分子力和表面张力的作用下，岩石空隙中能够保持一定水量的性

能，称为岩石的持水性。持水性在数量上用持水度来衡量。持水度W

r

为饱和岩

石经重力排水后所保持水的体积与岩石体积之比，即W

r =V

r

/V。所保持的水不受

重力支配，多为结合水和悬挂毛细水。

岩石的持水量多少主要取决于岩石的颗粒直径和空隙直径的大小，即岩石颗粒

越细，空隙越小，持水度越大。

3．给水性

饱和岩石在重力作用下能够自由排出若干水量的性能称为岩石的给水性。在

数量上用给水度来衡量。给水度μ是饱和岩石在重力作用下能排出水的体积V

g

与岩石总体积（V）之比，μ=V

g

／V，用小数或百分数表示。

从以上定义中可知，岩石的持水度与给水度之和等于容水度（或孔隙度），即：

W

n =W

r

+μ 或n= W

r

+μ

岩石的给水度与岩石的颗粒大小、形态、排列方式以及压实程度等有关。均匀沙的给水度可达30％以上，但大多数冲积含水层的给水度在10％～20％。给水度是水文地质计算和水资源评价中很重要的参数，下表给出了几种常见松散岩石的给水度。如图

存在于坚硬岩石裂隙和溶隙中的地下水，结合水及毛细水所占的比例非常小，岩石的给水度可看作分别等于它们的容水度或空隙度。

常见松散岩石的给水度（据C.W.Fetter，Jr.）

岩石名称粘土粉沙细沙中沙粗沙细砾中砾粗砾

给水度（％）最

大

5 19 28 32 35 35 2

6 26 最

小

0 3 10 15 20 21 13 12 平

均

2 18 21 26 27 25 2

3 22

4．岩石的透水性

岩石的透水性是指岩石允许水透过的能力，用渗透系数（K）表示，渗透系数具有与渗透速度相同的量纲，即（m／d）或（cm／s）。岩石的渗透系数越大，渗透性能越好。

松散岩石渗透系数参考值（据王大纯等）

岩石名称

渗透系数（m／

d）岩石名称

渗透系数（m／

d）

亚粘土0.001～0.10 中沙 5.0～20.0 亚沙土0.10～0.50 粗沙20.0～50.0

粉沙0.50～1.0 砾石50.0～150.0 细沙 1.0～5.0 卵石100.0～500.0 此表为一般经验值，仅供参考。

岩石透水性能主要取决于岩石空隙的大小和连通程度。设想一个理想圆管状的纵断面。空隙的边缘上分布着一般条件下不能运动的结合水，其余为重力水。由于空隙壁上不运动的结合水对于重力水存在着摩擦阻力，以及重力水质点之间存在着摩擦阻力，最靠边部的重力水，流速趋于0，中心部位流速最大。所以，流速大小与空隙直径有关，空隙直径愈小，结合水所占的无效空间比例愈大，实际渗透断面就愈小，重力水所能达到的最大流速便愈小；当空隙直径小于两倍结合水厚度时，一般条件下，岩石则不能透水。一般说来岩石的给水性越好，持水性越差，则岩石的透水性能就越好。

渗透系数不仅与岩石的性质有关，还与渗透液体的粘滞性、温度有关，通常情况下，由于水的物理性质变化不大，可以忽略，因此，可把渗透系数看成单纯说明岩石渗透性能的参数。

渗透性好的岩层，不一定都能形成含水层，那些只能透水而含不住水的岩层称为透水层。在野外常见到有的岩层空隙大，连通性好，透水性强，具有很大的泄水能力，但因下部没有托水的隔水层或水平方向缺乏隔水边界，岩层中却很少含有地下水。这种岩层称作透水层。透水层与隔水层之间没有严格的界限，一般是用岩石的渗透系数来区分，将K≥0.001m/d的岩石划为透水层，

K<0.001m/d的岩石归入隔水层。