xq水文地质学-----岩石中的空隙与水分
《水文地质基础》第二章 岩石中的空隙与水分
松散层主要发育孔隙，但粘性土失水干缩后可产生裂隙； 坚硬岩石中也不全为裂隙或裂隙-溶穴。如有些沉积岩往 往存在大量的原生孔隙，其数量可大大超过裂隙与溶穴。
第1节 岩石中的空隙—三者比较
不同地区岩性空隙度比较
地区
岩性
孔隙度（%） 裂隙率（%）
中国北京西山 地区
美国斯普拉贝 尔油田
前苏联斯涅别 林斯基油田
慢。
第2节 岩石中水的存在形式— （矿物表面）结合水
– 溶解盐类能力较弱 – 冰点为-15℃ – 有一定的粘滞性和抗剪强度 – 在一定条件下（饱水带）可传递静水压力 – 弱结合水的外层能被植物吸收利用
第2节 岩石中水的存在形式— 毛细水(capillary water)
概念
依靠毛细力而保持在毛细空隙中的水，称为毛细水。 毛细空隙是岩土中的细小空隙，一般指直径小于1mm的 孔隙或宽度小于0.25mm的裂隙。
第二章 岩石中的空隙与水分
岩石中的空隙 岩石中的水分 岩石的水理性质 含水层与含水系统
第1节 岩石中的空隙
岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。空 隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律， 对地下水的分布和运动具有重要影响。
孔隙 – 松散沉积物中的空隙 裂隙 – 坚硬岩石地层中的空隙 溶穴 – 可溶性基岩地层中经溶蚀后的空隙
毛细现象及实质
将一根玻璃毛细管插入水中，毛细管内的水面即会上升 到一定高度，这便是发生在固、液、气三相界面上的毛 细现象。 其实质是毛细张力的作用。
形弯液面产生的附加压强Pc，是个负压强，称毛细负压。
毛细上升高度hc(capillary height)和毛细上 升速度
式中D的单位为mm，Pc为毛细压力。 对主曲率半径分别为R1和R2的毛细空隙，拉普拉斯公式：
水文地质学基础岩土中的空隙和水
本节小结
空隙空间的类型 岩土中水的存在形式 有效应力原理
思考题
孔隙度的影响因素有哪些？
Thanks for your attention！
毛细水
毛细水 支持毛细带 悬挂毛细带 孔角毛细水
气态水、固态水及矿物中的水
未饱和空隙：气ห้องสมุดไป่ตู้水，高水汽压力处向低水汽压力处运移 冻土：我国北方；东北、青藏：多年冻土 结晶水、结构水、沸石水
有效应力原理
有效应力增加：岩土压密、土体抗剪能力降低 引发地质灾害：地面沉降、砂土液化、滑坡等
裂隙和溶穴
固结岩石：发育裂隙，系在各种应力作用下破裂变形而成 可溶岩石：原有孔隙或裂隙，经地下水溶蚀，扩大为溶穴
岩石中水的存在形式
结合水
结合水：固相表面引力大于自身重力的水
重力水
重力水：固体表层结合水层以外受重力影响大于固体表面 吸引力，在重力作用下运移 重力水具有非常重要的实用价值 地层岩石空隙中如存在一定的重力水，就可以通过泉，或 井流出（抽出），为人们所用 重力水是水文地质学研究的主要对象
n Vn 或 n Vn 100%
V
V
孔隙的多少：决定岩土储容水的能力，控制岩土滞留、释 出传输水的能力
孔隙度：描述孔隙的多少 定义：单位体积岩土中孔隙所占的比例
孔隙度：影响因素
颗粒排列
立方体排列（n~48%）
立方体排列——最松散排列：n~48 四面体排列——最紧密排列：n~26 松散岩土孔隙度多介于二者之间
提纲
岩土中的空隙 岩土中的水 与水有关的岩土性质 有效应力原理与岩土体变形破坏
岩土中的空隙
地壳表层就像饱含水分的海绵 岩土空隙是地下水的储容空间和传输通道 决定着岩土储容、滞留、释放和传输水的性能 空隙类型：孔隙、裂隙、溶穴
水文地质学基础课件——第二章 岩石中的孔隙与水
第1节 岩石中的空隙—孔隙
影响孔隙大小的因素：
孔隙大小与岩石颗粒的分选程度的关系： ？ 问：下列2种试样哪种孔隙大？
a—砂砾混合样
b—砾
a试样的孔隙为细颗粒形成的小孔石隙。
分选愈差，细粒占的比例愈大，孔隙愈小！ 胶结程度越好，充填物越多，孔隙愈小！
12
第1节 岩石中的空隙—孔隙
影响孔隙大小的因素：
孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标 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 占的比例。通常用 n 表示
n Vn 100 % VT
？问：孔隙度的大小与什么有关？——与颗粒大小有关？ a. 与排列有关——紧密与疏松 理想最疏松孔隙为47.64%，最紧密排列孔隙为25.95%。 b. 与分选有关——下面试样哪个孔隙度大？哪个小？ 试样：①砾石 ②砂石 ③混合样
17
第1节 岩石中的空隙—孔隙
颗粒排列方式对孔隙度的影响 理想最疏松排列（立方体）：孔隙度为 47.64%； 理想最紧密排列（四面体）：孔隙度为 25.95%。 排列愈紧密孔隙度愈小。
18
第1节 岩石中的空隙—孔隙
粘性土的孔隙与孔隙度
粘土颗粒（指直径<0.005mm的颗粒）； 粘性土颗粒细小，比表面积大，连结力强；颗粒表面带 电，
达到70%
16
第1节 岩石中的空隙—孔隙
这里与粒径的关系是：粒径愈小，孔隙度愈大！
与以上分析有矛盾！为什么？ 砂样与砾石样混合时，砾石样中孔隙体积变小，因此 孔隙度变小。 当粗细颗粒完全混合时，混合样的孔隙度：
n混=n粗×n细 因此影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度， 分选愈差，孔隙度愈小！ 为何粘性土的孔隙度超过最疏松排列的47.64%可达 70%？
第二章岩石中的空隙与水分
第二章岩石中的空隙和水分业已知道，自地表到下地幔带都有水分存在，然而与人类关系最为直接的乃是地球浅部的地下水。
这些水赋存在于地壳表层十五公里左右范围的空隙之中。
尤其是2公里以内，这种空隙发育比较普遍，所以有人形象的说：地壳表层犹如饱含水的海绵。
一、岩石中的空隙——岩石中大小不等、形状不一的空间。
岩石中的空隙是存在于岩石中那些大小不等，形状各异的空间，它们是地下水存储的场所和运动的通道。
因此这些空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布情况。
对地下水分布有着严格的控制作用。
* 岩石的空隙性——岩石空隙的形状、大小、多少、连通情况和分布特点。
在水文地质学中岩石的空隙可分为三大类：①岩石的孔隙；②硬岩石的裂隙；③可溶岩石中的溶穴。
1、孔隙——松散岩石中颗粒或颗粒集合体之间的空隙。
松散堆积物和某些胶结不好的基岩，系由大大小小的颗粒构成，颗粒之间的空隙相互连通且呈孔状，故称为孔隙。
显然，岩石中空隙较多，储存地下水的能力越大。
空隙体积的多少以空隙度（n）表示。
空隙度（n）—包括孔隙在内的某一体积的岩石中，孔隙体积V n所占的比例。
n＝V n／V n＝V n／V·１００％空隙比（L）—岩石中孔隙的体积V n与固体颗粒体积V s的比值。
即：ξ=V n/V s 或ξ=V n/V s·１００％∵V= V n+V s ∴V s =V—V n∵n＝V n／V∴V n＝n·V∵ξ＝V n/V s＝( n·V) / (V—V n) ＝nV／V—V n＝nV／V（１－n）＝n / (n－1)即：ξ= n / (1—n)孔隙度大小是衡量岩石储容地下水能力大小的中要参数，二者为正比关系。
* 松散岩石孔隙度的大小主要取决于：①颗粒的分选程度（均匀程度）；N d1 = 40% 混N d2 = 50%则N（混）= 40%×50% = 20%②颗粒的排列方式；立方体排列疏松N可达47.64%；四面体排列较紧密，N=25.95；与粒径无关。
水文地质学 第二章 岩石中的空隙与水分1.
注意： 图示三种颗粒直径不同的等粒岩石，排列
方式相同时，孔隙度完全相同。
② 颗粒的分选性（颗粒的均匀程度）
((aa))
（a）等径圆球按立方体排列， 孔隙度为47.64%；
(b()b)
（b）圆球按立方体排列， 空隙为小颗粒所充填， 孔隙度大为下降。
③ 颗粒的形状
颗粒形状愈是不规则，棱角越是明显，突出 部分互相接触，会使颗粒架空，通常排列就越松 散，n也越大。
故有：
V —岩石总体积(包括孔隙在内用）孔隙比；
ε＝n/（1－n）
孔隙比（ε）：
而涉及水的储容与 流动时，则采用孔隙
ε＝ Vn / Vs
或ε＝ Vn
/
V
s
度。
×100％
式中：Vs —固体颗粒的体积
2.影响孔隙度的因素
孔隙度的大小取决于以下因素： ① 颗粒的排列情况（即岩石的密实程度） ② 颗粒的分选性（颗粒的均匀程度） ③ 颗粒的形状 ④ 颗粒的胶结充填情况 ⑤ 结构孔隙及次生空隙（对粘性土）
岩溶率
衡量溶隙多少的定量指标。可用下式表示：
KK
VK V
或
KK
VK V
100%
式中: Kk ——岩石岩溶率；Vk ——岩石中溶隙或溶穴的体积； V ——岩石总体积。（包括溶隙在内）
注意： 自然界岩石中空隙的发育状况要复杂得多. 松散岩石、坚硬基岩和可溶岩石中的空隙网络 具有不同的特点。
综上所述，岩石越松散，分选越好，
圆度和胶结程度越差时，n越大。
3.孔喉，孔腹：
孔喉：孔隙通道最细 小的部分
孔腹：最宽大的部分
孔喉对水流动的 影响更大，讨论孔隙 大小时可以用孔喉直 径进行比较。
4.影响孔隙大小的因素
水文地质学-第2章岩石中的空隙与水份
chd-qw
第二章 岩石中的空隙与水分
15
chd-qw
第二章 岩石中的空隙与水分
16
四、岩石中的空隙小结
1、岩石中的空隙是研究地下水的基础 2、分布特点：孔隙主要分布于松散堆积物中，分布广 泛，联通均匀 裂隙分布于坚硬岩石中，分布不均 溶穴分布可溶性岩石中，分布不均 3、孔隙度，运用范围广；裂隙率、岩溶率受到地区限 制，运用不广，代表性不强。三者定义也各不相同。 4、裂隙率和岩溶率可以直接评价赋水性，孔隙度加孔 隙大小才可评价。 5、孔隙度及其影响因素。 按岩层的空隙类型分为三种类型地下水：①孔隙水；② 裂隙水；③岩溶水。
§2.3 与水储容及运移有关的岩石性质
四、透水性 1、透水性：岩石允许水透过的能力叫做透水性。 2、定量指标：渗透系数 3、影响透水性的因素： 1）空隙的大小和联通情况，特别是最小空隙直 径的影响，平均孔隙直径。 2）孔隙度：粘土和砂砾石孔隙度的区别。 颗粒的分选性，决定孔隙的变化和曲折性。
chd-qw
水文地质学
第二章 岩石中的 空隙与水分
第二章 岩石中的空隙与水分 §2.1 岩石中的空隙
岩石的空隙是地下水储存和运移的先决 条件，空隙的多少、大小、形状、联通状况 和分布规律，决定着地下水的埋藏、分布和 运动。 将岩石空隙作为地下水储存场所和运动 通道研究时，可分为三类，即：松散岩石中 的孔隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的 溶穴。
第二章 岩石中的空隙与水分
13
在花岗岩闪长岩岩体边坡上，分布大量陡于80°倾角的 构造裂隙。
chd-qw
第二章 岩石中的空隙与水分
14
§2.1.3 溶穴
1、溶穴：起因于水的溶蚀，在可溶岩（白云 岩、岩盐、石膏、石灰岩等）中形成的空洞 （溶隙）。 （cavity）-- soluble rock 2、岩溶率：Kk=Vk/V 特点：岩溶率的变化范围很大，且在相邻很近 地点处岩溶率完全不同，同一地点的不同深 度处岩溶率也有很大变化。
水文地质学 第二章__岩石中的空隙与水分
第二章 岩石中的空隙与水分2．1 岩石中的空隙空隙：void ，interspace ，space地壳岩石中的空隙为地下水的赋存提供了必要的空间条件。
按维尔纳茨基的形象说法“地壳表层就好象是饱含着水的海绵”。
岩石空隙是地下水存储场所和运动通道，空隙的多少、大小、连通情况对地下水的分布和运动具有很重要的影响。
岩石空隙可分为三类：a. 松散岩石中的孔隙；b. 坚硬岩石中的裂隙；c. 可溶岩石中的溶穴（隙）。
1．孔隙（pore ）松散岩石是由大小不等的颗粒组成的，颗粒或颗粒集合体之间的空隙––––孔隙。
岩石中孔隙体积的多少是影响其储容地下水能力大小的重要因素。
孔隙体积的多少可用孔隙度表示：孔隙度（porosity ）（n ）––––指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。
即：VV n n =式中：V n ––––岩石中孔隙的体积；V ––––包括孔隙在内的岩石体积； n ––––孔隙度，用小数或百分数表示。
另外一个概念：孔隙比（void ratio ）（ε）––––指某一体积岩石内孔隙的体积（V n ）与固体颗粒体积（V s ）之比。
即sn V V =ε因为V=V n +V s ，所以n 与ε关系为：nn -=1ε。
应用时：a. 涉及变形时（工程地质）→ε（采用孔隙比较方便）；b. 涉及水的储容与运动时（水文地质）→n （采用孔隙度方便）。
影响因素：a. 分选程度：分选程度好，n 大；分选程度差，n 小；b. 颗粒的排列情况：立方体排列时n =47.64%，四面体n =25.95% ；c. 颗粒的形状：形状愈不规则，棱角愈明显，n 愈大；d. 胶结充填情况：充填程度高，n 小。
孔隙度的测定方法：a. 饱和含水率：n =θs （θs 饱和含水率）；b. 抽水试验；c. 形态学方法：成象、扫描→借助与计算机处理（研究领域的前沿课题）。
粘土孔隙度较高的原因：a. 颗粒表面带有电荷，构成颗粒集合体，形成较大的结构孔隙；b. 粘性土中往往发育有虫孔、根孔、干裂缝等次生孔隙。
水文地质学基础(第六版)岩石中的空隙与水分
静电引力受2到021距/8/2离0 的影响，结合水的自由不同。
24
3、类型及特征：按牢固程度划分：
强结合水：
密度大于1，平均2g/cm3左右
冰点： -78 ℃
类似固体，不能流动。在温度105℃上才能以气态的形式脱离颗粒表面 溶解盐类能力弱、不能为植物吸收 有较大的粘滞性、弹性和抗剪强度 。
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15 向、 宽度、延伸长度、充填情况等，这些影响水的运动。
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
持水性：岩石在重力释水后能在空隙中保持一定数量水的
性质。用持水度表示。
透水性：岩石允许让水通过的性质。用渗透系数或单位吸水
量表示。
2021/8/20
30
容水度（Mc） 岩土完全饱水时所能容纳的水的体积与岩土体积的比值。若
以重量计，则称容水量。 容水度与孔隙度（裂隙率、岩溶率）相等。
Mc
(Vm V
毛细水 固态水 气态水
水文地质学 的重点研究
对象 23
一、结合水
1、概念：分布在颗粒表面受静电引力大于重力，而不能
在自身重力作用下发生运动的那部分水。
2、成因：
➢ 带电荷的颗粒表面，一般带负电，主要存在于细小空隙、裂隙； ➢ 极性分子水，水分子是偶极体，被吸入； ➢ 岩石颗粒周围水分子受到库仑力（静电引力）的作用。
四、地下水分类
按含水介质（空隙特征）分： 孔/t8w/2a0 sh sand and gravel in a gravel pit
第二章 岩石中的空隙与水分
松散岩石储容水分的能力，与孔隙度关系很大，而地下水 的运动条件则首先取决于孔隙的大小，影响孔隙大小的主要因 素是颗粒大小，颗粒排列方式，对于粘性土，结构孔隙及次生 孔隙的影响不可忽视。 孔隙大小特征的描述： 孔喉：孔隙通道最细小的部分。 孔腹：孔隙通道最宽大的部分。 ①颗粒的大小—颗粒大则孔隙大，反之则孔隙小。 注意：对于分选不好，颗粒大小悬殊的松散岩石来说，孔 隙大小并不取决于颗粒的平均直径，而是取决于细小颗粒的直 径。 ②颗粒的排列方式—以理想等粒圆球状颗粒为例，颗粒直 径为D，孔喉直径为d，立方体排列时，d=0.424D，作四面体 排列时，d=0.155D。 ③考虑粘性土的结构孔隙及次生孔隙。
Vn n 100% V
Vn ——岩石的孔隙体积，V——包括孔隙在内 其中： 的整个岩石总体积。
孔隙度的大小主要取决于颗粒排列情况及分选程 度，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。 ①颗粒的排列—以理想等粒圆球状颗粒为例， 理论上几何计算立方体排列最疏松，孔隙度为 47.64%，四面体排列为最紧密，孔隙度为25.95%。 注意：三种颗粒直径不同的等粒岩石，排列方式 相同时，孔隙度完全相同。 ②颗粒的分选—在颗粒大小不等时，分选差则 孔隙度小， 分选好则孔隙度大。 ③颗粒的形状及胶结—磨圆愈好，孔隙度愈小， 胶结可以降低孔隙度。 ④考虑粘性土的结构孔隙及次生孔隙。
Company Logo
2.3
与水的储容及运移有关的岩石性质
三、给水度（specific yield）—— (e d) 1、定义： 当地下水位下降一个单位深度时，从地下水位延伸到 地表面的单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释放出 来的水体积，称为给水度 。 V 1 0 0 % 给水度概念图 V总 当地下水位下降一个单位，土层孔隙中是否所有的水都流 出来？ 在土层中会保留什么形式的水？
岩石中的空隙与水分
2018/10/10
5
岩石中的空隙：松散岩石中的孔隙
• 松散岩石是由大小不等的岩土颗粒组成的，颗粒或者 颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。图2-1各类岩石中 的孔隙示意
– 孔隙度：指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙所占的比 例。与土力学中的孔隙比概念比较？！ – 孔隙度的影响因素：主要是颗粒的分选程度和排列方式，其 次是颗粒形状和胶结充填情况。对于黏性土，会存在结构孔 隙和其他次生孔隙，也是重要因素。 – 以等粒圆球为例，说明排列方式影响孔隙度的大小
2018/10/10
18
• 给水度（2）
– 给水度的大小受岩性、初始地下水位埋藏深度和地 下水位下降速率等因素的影响。
• 岩性：颗粒大小与空隙大小 • 初始水位埋深与最大毛细上升高度
• 地下水位下降快，水可能来不及释出；下降慢，才能充分 给水。
重力释水并非瞬间完成， 而是需要一个过程，因此 往往滞后于水位下降
2018/10/10
9
岩石中的空隙：可溶岩石中的溶隙
• 可溶岩与地下水的溶蚀作用：石灰岩、白云岩、岩盐、 石膏。
• 溶隙率：溶隙的体积与包括溶隙在内的岩石的体积的 比值。 • 溶隙（穴）特点：发育规模大小悬殊，在岩石中分布 极不均匀
岩石中的空隙只有互相联通，形成网络，才具有水文地质 意义上的储水空间和运移通道作用；而各类空隙的联通情 况各不相同，甚至相差甚远，这就定了赋存其中的地下水 的运动规律也不相同。
水文地质学
第三讲 岩石中的空隙与水分
OUTLINE
• 岩石中的空隙 • 岩石中水的存在形式 • 与水的储运有关的岩石的性质 • 有效应力原理与松散岩石的压密
2018/10/10
2
怎样认识岩石中的空隙？
水文地质学 第二章 岩石中的空隙与水分2.
二、含 水 性
1.含水性：岩石含有水分的性能。 2.含水量：说明松散岩石实际保留水分的状况。
①重量含水量：松散岩石孔隙中所含水的重量与
干燥岩石重量的比值。即：
Wg
Gw Gs
100 %
Gw＝Vw·1②体积含水量：含水的体积与包括孔隙在内的岩
一、有效应力原理： 有效应力 Pz ＝总应力 P － 孔隙水压力u
假定所讨论的是松散沉积物质构成的饱水砂层，
P ＝Gs＋Gw
A
B
PZ 有效应力
u ＝γwh
P＝u＋Pz
P＝u＋Pz 即Pz＝P－u
二、地下水位变动引起的岩土压密
1.假设:总应力P不变 2.地下水位下降：孔隙水压力降低△u
有效应力增加△Pz， 即：Pz＋△Pz＝P－（u－△u）
Gs＝V石·γα 体积的比值。即：
Wv
Vw V
100%
当水的比重为1，岩石的干容重为 时，有：
Wv Wg
有关含水量的几个概念
饱和含水量（Ws）：孔隙充分饱水时的含水量。 饱和差：饱和含水量－实际含水量 饱和度：实际含水量/饱和含水量
三、给 水 性
1.给水性：当地下水位下降时，其下降范 围内饱水岩石及相应的支持毛细水带中的水， 在重力作用下，从原先赋存的空隙中释出，这 一现象称为岩石的给水性。
1. 持水度 ：地下水位下降一个单位深度，单位水平 面积岩石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量。
可分为毛细持水度和结合持水度，通常应用结合持水 度，又称最大分子持水度。
2. 残留含水量（Wo ）：包气带充分重力释水而又未 受到蒸发、蒸腾消耗时的含水量。数值上相当于最大的持 水度。
水文地质学基础第3章_岩土中的空隙和水
胶结程度
胶结程度越好（胶结物越多），孔隙越小
颗粒形状
形状越不规则，棱角越明显，排列越疏松，孔隙度越大
粘土：直径<0.005 mm的土颗粒 粘性土颗粒细小，比表面大，连结力强；颗粒表面带电， 易连结形成粘粒团，构成颗粒集合体
颗粒集合体在重力作用下沉积，形成峰窝或絮状结构 粘土孔隙
结构孔隙—粘粒（集合体）之间的空隙 次生孔隙—节理、裂缝、虫孔、根孔等 粘土孔隙度常大于粗粒土
弱结合水的特点
密度大于1，为1.3~1.8 g/cm3 不受重力影响 可以从簿膜厚的颗粒向簿膜薄的颗粒方向移动， 但速度十分缓慢
溶解盐类能力较弱 冰点为-15 ℃ 有一定的粘滞性和抗剪强度 在一定条件下（饱水带）可传递静水压力 弱结合水的外层能被植物吸收利用
重力水
重力水：固体表层结合水层以外受重力影响大于固体表面 吸引力，在重力作用下运移 重力水具有非常重要的实用价值 地层岩石空隙中如存在一定的重力水，就可以通过泉，或 井流出（抽出），为人们所用 重力水是水文地质学研究的主要对象
水文地质学基础
第三章 岩土中的空隙和水
杨峰田 讲师 吉林大学环境与资源学院 yangfengtian@
2012年11月14日
提纲
岩土中的空隙 岩土中的水 与水有关的岩土性质 有效应力原理与岩土体变形破坏
孔隙度：定义
n V n 或 n Vn 100%
V
V
孔隙的多少：决定岩土储容水的能力，控制岩土滞留、释 出传输水的能力
本节小结
空隙空间的类型 岩土中水的存在形式 有效应力原理
思考题
孔隙度的影响因素有哪些？
Thanks for your attention！
毛细水
水文地质学第二章
第二章岩石中的空隙与水分学习目的和要求：了解岩石中空隙的类型，掌握孔隙度、孔隙比、裂隙率、岩溶率的概念。
了解结合水、重力水、毛细水的概念。
在与水的储容及运移有关的岩石性质一节中，掌握容水度、重量含水量、体积含水量、给水度、持水度的概念，相互间的关系及其影响因素，重点掌握给水度的有关概念。
理解太沙基有效应力原理。
2．1 岩石中的空隙岩石空隙可分为三类：（1）松散岩石中的孔隙；（2）坚硬岩石中的裂隙；（3）可容岩石中的容穴。
1．孔隙孔隙体积的多少可用孔隙度表示：孔隙度（n）——指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。
孔隙比（ε）——指某一体积岩石内孔隙的体积（Vn）与固体颗粒体积（Vs）之比。
两者之间的关系为：ε=n/(1-n)影响因素：（1）分选程度；（2）颗粒的排列情况；（3）颗粒的形状；（4）胶结充填程度。
2．裂隙裂隙按成因可分为：（1）成岩裂隙；（2）构造裂隙；（3）风化裂隙。
裂隙的多少以裂隙率表示：裂隙率（Kr）——裂隙体积（Vr）与包括裂隙在内的岩石体积（V）的比值。
实际应用时，还用到面裂隙率，线裂隙率的概念。
另外，通过测定裂隙的几何参数→计算渗透张量K。
3．溶穴（溶隙）岩溶率(Kk)——指溶穴的体积(Vk)与包括溶穴在内的岩石体积(V)的比值。
自然界中岩石空隙的发育状况是复杂的。
岩石中的空隙以一定方式连接起来→空隙网络，成为地下水有效的储容空间和运移通道。
三种空隙网络具有不同的特点。
2．2 岩石中水的存在形式1．结合水结合水——受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部分水称为结合水。
2．重力水重力水——重力的影响大于固体表面的吸引力，在自身重力下能运动的那部分水岩土空隙中的重力水能够自由流动。
井泉取用的地下水，都属于重力水。
3．毛细水松散岩石中细小的孔隙通道构成毛细带，在地下水面以上的包气带中广泛存在毛细水。
进一步分为：（1）支持毛细水；（2）悬挂毛细水；（3）触点毛细水。
水文地质学-----岩石中的空隙与水分
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3.3 给水度 定义：我们把地下水位下降一个单位深度，从地下水位 延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体， 在重力作用下
释出的水的体积， 称为给水度 。
单位体积饱水岩石体在重力作用下自由释出的水的体积
例如，地下水位下降 2m，1m2水平面积岩石柱体，在重力作 用下释出的水的体积为0.2m3（相当于水柱高度0.2m），则给水 度为 0.1或 10％。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.1.2 裂隙 固结的坚硬岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，一般
不存在或只保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发育各 种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。
成岩裂隙 构造裂隙 风化裂隙 卸荷裂隙
裂隙率：体裂隙率、面裂隙率、线裂隙率
第二章 岩石中的空隙与水分
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。因为这些都对地ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ水的运动具有重要影响。
水度往往很小。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3.3 给水度 当初始地下水位埋 藏深度小于最大毛细
上升高度时，地下水
位下降后，重力水的 一部分将转化为支持 毛细水而保留于地下 水面之上，从而使给 水度偏小。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3.3 给水度 地下水位下降速率 可能的原因 1）重力释水并非瞬时 完成，而往往滞后于水位下 降； 2）迅速释水时大、小 孔道释水不同步，大的孔道 优先释水，在小孔道中形成 悬挂毛细水而不能释出。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.2.2 重力水 层流：当流体速度足够小时，流体将作分层平行流 动，流体质点的轨迹（一般说它随原始空间坐标 x、y、 z和时间 t 而变）是有规则的光滑曲线（最简单的情形 是直线）在流动过程中，相邻质点的轨迹线彼此仅稍有 差别，不同流体质点的轨迹线不相互混杂，这样的流动 称为层流。 紊流：流体力学中的一个术语， 是指流体从一种稳 定状态向另一种稳定状态变化过程中的一种无序状态。 具体是指流体流动时各质点间的惯性力占主要地位，流 体各质点不规则地流动。
水文地质学 岩石中的孔隙与水分
Vr Vr Kr 或n 100% V V
除了这种体积裂隙率，还可用面裂隙率 或线裂隙率说明裂隙的多少。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
可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩 和白云岩等，在地下水溶蚀下会产生空洞， 这种空隙称为溶穴(隙)。 （1）岩溶率(Kk)：溶穴的体积Vk与包括 溶穴在内的岩石体积(V)的比值即为岩溶率 (Kk)。
Pz Pz P (u u)
4.1.3 溶穴
Vk Vk Kk 或n 100% V V
岩石中的空隙，必须以一定方式连接起来构
成空隙网络，才能成为地下水有效的储容空间 和运移通道。松散岩石、坚硬基岩和可溶岩石 中的空隙网络具有不同的特点。 松散岩石中的孔隙分布于颗粒之间，连通良 好，分布均匀，在不同方向上，孔隙通道的大 小和多少都很接近。 赋存于其中的地下水分布与流动都比较均匀。 坚硬基岩的裂隙是宽窄不等，长度有限的线状 缝隙，往往具有一定的方向性。 按岩层的空隙类型区分为三种类型地下水— —孔隙水、裂隙水和岩溶水。
孔隙度：
Vn Vn n 或n 100 % V V
孔隙度是一个比值，可用小数或百分数 表示。 (1)孔隙度的大小主要取决于分选程度及 颗粒排列情况，另外颗粒形状及胶结充 填情况也影响孔隙度。 (2) 对于粘性土，结构及次生孔隙常是影 响孔隙度的重要因素。
构成松散岩石的颗粒均为等粒圆球； 当其为立方体排列时。可算得孔隙度为 47.64％， 为四面体排列时，孔隙度仅为25.95％。 由几何学可知，六方体排列为最松散排 列，四面体排列为最紧密排列，自然界 中松散岩石的孔隙度大多介于此两者之 间。
水文地质学 岩土中的空隙与水
>>介质──一种物质存在于另一种物质之中，后者就是前者的介质。 >>多孔介质──由固体物质组成的骨架和由骨架分隔成大量密集成 群的微小空隙所构成的物质。多孔介质的主要物理特征是空隙尺寸 极其微小，比表面积数值很大。多孔介质内的微小空隙可能是互相 连通的，也可能是部分连通、部分不连通的。
n 1 d s
即可获得岩石的孔隙度。
3.1.5 裂Байду номын сангаас(fissure, fracture)
>>固结的坚硬岩石中，一般仅残存很小部分孔隙，而主要发育 各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。
成岩裂隙 >>裂隙按成因分为：构造裂隙
风化(卸荷)裂隙 体积裂隙率
>>裂隙的多少以裂隙率表示： 面裂隙率 线裂隙率
3.1.2 岩石空隙的普遍存在
>>在地壳表层的岩石是多孔介质，在它们的固体骨架 间普遍存在着形状不一、大小不等、千差万别的空隙。
>>地壳表层普遍存在的岩石空隙为地下水的赋存和运 移提供了必要的空间条件。所以，地下水的赋存和运移 受岩石的空隙性质直接支配。
>>因此，为了研究地下水的赋存和运移情况，必须首 先对地下水的赋存环境──岩石空隙的性质加以研究。
3.1.3 岩石空隙的分类
>>各类岩石中的空隙千差万别，空隙性质也极不相同，其 本质决定因素是岩石空隙的成因。
>>根据空隙成因，可把岩石中的空隙分为三类： *孔隙(pore) ──主要存在于各种成因的松散沉积物； *裂隙(fissure) ──主要存在于各种非溶性坚硬岩石； *溶隙(cavity) ──主要存在于各种可溶性坚硬岩石。
水文地质学基础练习及答案
水文地质学基础试题库及参考答案目录第一章地球上的水及其循环 (1)第二章岩石中的空隙与水分···········································4服第三章地下水的赋存..................................................9暗室逢第四章地下水运动的基本规律.........................................15收复失第五章毛细现象与包气带水的运动. (20)第六章地下水的化学成分及其形成作用 (22)第七章地下水的补给与排泄...........................................29QWDD 第八章地下水系统 (35)第九章地下水的动态与均衡 (37)第十章孔隙水.......................................................40是多少第十一章裂隙水.....................................................42三分法第十二章岩溶水.....................................................45we福娃第十三章地下水资源. (48)第十四章地下水与环境 (49)第二章岩石中的空隙与水分一、名词解释1．岩石空隙：地下岩土中的空间;2．孔隙：松散岩石中,颗粒或颗粒集合体之间的空隙;3．孔隙度：松散岩石中,某一体积岩石中孔隙所占的体积;4．裂隙：各种应力作用下,岩石破裂变形产生的空隙;5．裂隙率：裂隙体积与包括裂隙在内的岩石体积的比值;6．岩溶率：溶穴的体积与包括溶穴在内的岩石体积的比值;7．溶穴：可溶的沉积岩在地下水溶蚀下产生的空洞;8．结合水：受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部分水;9．重力水：重力对它的影响大于固体表面对它的吸引力,因而能在自身重力作影响下运动的那部分水;10．毛细水：受毛细力作用保持在岩石空隙中的水;11．支持毛细水：由于毛细力的作用,水从地下水面沿孔隙上升形成一个毛细水带,此带中的毛细水下部有地下水面支持;12．悬挂毛细水：由于上下弯液面毛细力的作用,在细土层会保留与地下水面不相联接的毛细水;13．容水度：岩石完全饱水时所能容纳的最大的水体积与岩石总体积的比值;14．重量含水量：松散岩石孔隙中所含水的重量与干燥岩石重量的比值;15．体积含水量：松散岩石孔隙中所含水的体积与包括孔隙在内的岩石体积的比值; 16．饱和含水量：孔隙充分饱水时的含水量;17．饱和差：饱和含水量与实际含水量之间的差值;18．饱和度：实际含水量与饱和含水量之比;19．孔角毛细水：在包气带中颗粒接点上由毛细力作用而保持的水;20．给水度：地下水位下降一个单位深度,从地下水位延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体,在重力作用下释出的水的体积;21．持水度：地下水位下降一个单位深度,单位水平面积岩石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量;22．残留含水量：包气带充分重力释水而又未受到蒸发、蒸腾消耗时的含水量;23．岩石的透水性：岩石允许水透过的能力;24．有效应力：实际作用于砂层骨架上的应力;二、填空1．岩石空隙是地下水储存场所和运动通道;空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律,对地下水的分步和运动具有重要影响;2．岩石空隙可分为松散岩石中的孔隙、坚硬岩石中的裂隙、和可溶岩石中的溶穴; 3．孔隙度的大小主要取决于分选程度及颗粒排列情况,另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度;4．岩石裂隙按成因分为：成岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙;5．地下水按岩层的空隙类型可分为：孔隙水、裂隙水、和岩溶水;6．毛细现象是发生在固、液、气三相界面上的;7．通常以容水度、含水量、给水度、持水度和透水性来表征与水分的储容和运移有关的岩石性质;8．岩性对给水度的影响主要表现为空隙的大小与多少;9．松散岩层中,决定透水性好坏的主要因素是孔隙大小；只有在孔隙大小达到一定程度,孔隙度才对岩石的透水性起作用;三、判断题1．松散岩石中也存在裂隙; √2．坚硬岩石中也存在孔隙; √3．松散岩石中颗粒的形状对孔隙度没有影响; ×4．两种颗粒直径不同的等粒圆球状岩石,排列方式相同时,孔隙度完全相同; √5．松散岩石中颗粒的分选程度对孔隙度的大小有影响; √6．松散岩石中颗粒的排列情况对孔隙度的大小没影响; ×7．松散岩石中孔隙大小取决于颗粒大小; √8．松散岩石中颗粒的排列方式对孔隙大小没影响; ×9．裂隙率是裂隙体积与不包括裂隙在内的岩石体积的比值; ×10．结合水具有抗剪强度; √11．在饱水带中也存在孔角毛细水; ×12．在松散的砂层中,一般来说容水度在数值上与孔隙度相当; √13．在连通性较好的含水层中,岩石的空隙越大,给水度越大; √14．松散岩石中,当初始地下水位埋藏深度小于最大毛细上升高度时,地下水位下降后,给水度偏小; √15．对于颗粒较小的松散岩石,地下水位下降速率较大时,给水度的值也大; ×16．颗粒较小的松散岩石中,重力释水并非瞬时完成,往往滞后于水位下降,所以给水度与时间有关; √17．松散岩石中孔隙度等于给水度与持水度之和; √18．松散岩石中,孔隙直径愈小,连通性愈差,透水性就愈差; √19．在松散岩石中,不论孔隙大小如何,孔隙度对岩石的透水性不起作用; ×20．饱含水的砂层因孔隙水压力下降而压密,待孔隙压力恢复后,砂层仍不能恢复原状; ×21．粘性土因孔隙水压力下降而压密,待孔隙压力恢复后,粘性土层仍不能恢复原状; √22．在一定条件下,含水层的给水度可以是时间的函数,也可以是一个常数; √23．在其它条件相同而只是岩性不同的两个潜水含水层中.在补给期时,给水度大,水位上升大,给水度小,水位上升小; ×24．某一松散的饱水岩层体积含水量为30％,那么该岩层的孔隙度为; √四、简答题1．简述影响孔隙大小的因素,并说明如何影响影响孔隙大小的因素有:颗粒大小、分选程度、和颗粒排列方式;当分选性较好时,颗粒愈大、孔隙也愈大;当分选性较差时,由于粗大颗粒形成的孔隙被小颗粒所充填,孔隙大小取决于实际构成孔隙的细小颗粒的直经;排列方式的影响：立方体排列比四面体排列孔隙大;2．简述影响孔隙度大小的主要因素,并说明如何影响影响孔隙度大小的因素有：颗粒排列情况、分选程度、颗粒形状及胶结程度;排列方式愈规则、分选性愈好、颗粒形状愈不规则、胶结充填愈差时,孔隙度愈大；反之,排列方式愈不规则、分选性愈差、颗粒形状愈规则、胶结充填愈好时,孔隙度愈小; 3．裂隙率一般分为哪几种各自的定义裂隙率分为面裂隙率、线裂隙和体积裂隙率;面裂隙率：单位面积岩石上裂隙所占比例;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;体积裂隙率：单位体积岩石裂隙所占体积;4．地壳岩石中水的存在形式有哪些地壳岩石中水的存在形式：1 岩石“骨架”中的水沸石水、结晶水、结构水;2 岩石空隙中的水结合水、液态水、固态水、气态水;5．结合水、重力水和毛细水有何特点结合水束缚于固体表面,不能在自身重力影响下运动,水分子排列精密、密度大,具抗剪强度；重力水在自身重力下运动,不具抗剪强度；毛细水受毛细力作用存在于固、液、气三相界上;6．影响给水度的因素有哪些,如何影响影响给水度的因素有岩性、初始地下水位埋深、地下水位降速;岩性主要表现为决定空隙的大小和多少,空隙越大越多,给水度越大；反之,越小;初始地下水位埋藏深度小于最大毛细上升高度时,地下水下降后给水度偏小;地下水位下降速率大时,释水不充分,给水度偏小;7．影响岩石透水性的因素有哪些,如何影响影响因素有：岩性、颗粒的分选性、孔隙度;岩性越粗、分选性越好、孔隙度越大、透水能力越强；反之,岩性越细、分选性越差、孔隙度越小,透水能力越弱;8．简述太砂基有效应力原理在松散沉积物质构成的饱水砂层中,作用在任意水平断面上的总应力Ｐ由水和骨架共同承担;及总应力Ｐ等于孔隙水压力Ｕ和有效应力Ｐ' 之和;因此,有效应力等于总应力减去孔隙水压力,这就是有效应力原理;9．简述地下水位变动引起的岩土压密地下水位下降后,孔隙水压力降低,有效应力增加,颗粒发生位移,排列更加紧密,颗粒的接触面积增加,孔隙度降低,岩土层受到压密;五、论述题1．岩石空隙分为哪几类,各有什么特点岩石空隙分为：孔隙、裂隙和溶穴;孔隙分布于颗粒之间,连通好,分布均匀,在不同方向上孔隙通道的大小和多少都很接近；裂隙具有一定的方向性,连通性较孔隙为差,分布不均匀；溶穴孔隙大小悬殊而且分布极不均匀;2．为什么说空隙大小和数量不同的岩石,其容纳、保持、释出及透水的能力不同岩石容纳、保持、释出及透水的能力与空隙的大小和多少有关;而空隙的大小和多少决定着地壳岩石中各种形式水所占的比例;空隙越大,结合水所占的比例越小,则容纳、释出及透水能力越强,持水能力越弱；反之,空隙度越小,结合水所占的比例越大,则容纳、释出及透水能力越弱,持水能力越强;所以说空隙大小和数量不同的岩石其容纳、保持、释出及透水的能力不同;3．地下水位的埋藏深度和下降速率,对松散岩石的给水度产生什么影响初始地下水位埋藏深度小于最大毛细上升高度时,地下水位下降,重力水的一部分将转化为支持毛细水而保持于地下水面以上,给水度偏小；在细小颗粒层状相间分布的松散岩石,地下水位下降时,易形成悬挂毛细水不能释放出来,另外,重力释水并非瞬时完成,而往往迟后于水位下降,给水度一般偏小;第三章地下水的赋存一、名词解释1．包气带：地下水面以上称为包气带;2．饱水带：地下水面以下为饱水带;3．含水层：能够透过并给出相当数量水的岩层;4．隔水层：不能透过与给出水,或者透过与给出的水量微不足道的岩层;5．弱透水层：指那些渗透性相当差的岩层;6．潜水：饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水;7．潜水面：潜水的表面;8．潜水含水层厚度：从潜水面到隔水底板的距离;9．潜水埋藏深度：潜水面到地面的距离;10．潜水位：潜水面上任一点的高程;11．潜水等水位线图：潜水位相等的各点的连线构成的图件;12．承压水：充满于两个隔水层之间的含水层中的水;13．隔水顶板：承压含水层上部的隔水层;14．隔水底板：承压含水层下部的隔水层;15．承压含水层厚度：隔水顶底板之间的距离;16．承压高度：揭穿隔水顶板的钻孔中静止水位到含水层顶面之间的距离;17．测压水位：揭穿隔水顶板的井中静止水位的高程;18．等水压线图：某一承压含水层测压水位相等的各点的连线构成的图件;19．贮水系数：测压水位下降或上升一个单位深度,单位水平面积含水层释出或储存的水体积;20．上层滞水：当包气带存在局部隔水层时,局部隔水层上积聚的具有自由水面的重力水;二、填空1．包气带自上而下可分为土壤水带、中间带和毛细水带;2．岩层按其透水性可分为透水层和不透水层;3．地下水的赋存特征对其水量、水质时空分布有决定意义,其中最重要的是埋藏条件和含水介质类型;4．据地下水埋藏条件,可将地下水分为包气带水、潜水和承压水;5．按含水介质空隙类型,可将地下水分为孔隙水、裂隙水和岩溶水;6．潜水的排泄除了流入其它含水层以外,泄入大气圈与地表水圈的方式有两类,即：径流排泄和蒸发排泄;7．潜水接受的补给量大于排泄量,潜水面上升,含水层厚度增大,埋藏深度变小;8．潜水接受的补给量小于排泄量,潜水面下降,含水层厚度变小,埋藏深度变大;9．承压含水层获得补给时测压水位上升,一方面,由于压强增大含水层中水的密度加大；另一方面,由于孔隙水压力增大,有效应力降低,含水层骨架发生少量回弹,空隙度增大; 10．承压含水层获得补给时,增加的水量通过水的密度加大及含水介质空隙的增大容纳; 11．承压含水层排泄时,减少的水量表现为含水层中水的密度变小及含水介质空隙缩减;三、判断题1．在包气带中,毛细水带的下部也是饱水的,故毛细饱水带的水能进入井中; ×2．地下水位以上不含水的砂层也叫含水层; ×3．渗透性较差的同一岩层,在涉及某些问题时被看作透水层,在涉及另一问题时被看作隔水层; √4．当我们所研究的某些水文地质过程涉及的时间尺度相当长时,任何岩层都可视为可渗透的; √5．潜水含水层的厚度与潜水位埋藏深度不随潜水面的升降而发生变化; ×6．潜水主要接受大气降水和地表水的补给; √7．潜水位是指由含水层底板到潜水面的高度; ×8．潜水的流向是垂直等水位线由高水位到低水位; √9．潜水积极参与水循环,资源易于补充恢复; √10．潜水直接接受大气降水补给,不论什么条件下,潜水的水质都比较好; ×11．当不考虑岩层压密时,承压含水层的厚度是不变的; √12．测压水位是指揭穿承压含水层的钻孔中静止水位到含水层顶面之间的距离; ×13．承压高度是指揭穿承压含水层的钻孔中静止水位的高程; ×14．承压水由于受顶、底板的限制,故承压水的资源不易补充恢复; √15．承压含水层受隔水顶板的阻挡,一般不易受污染,故承压水的水质好; ×16．承压含水层接受其它水体的补给时,只需具备其它水体与该含水层之间有水力联系的通道即可; ×17．水位下降时潜水含水层所释放出的水来自部分空隙的疏干; √18．测压水位下降时承压含水层所释放出的水来自含水层水体积的膨胀及含水介质的压密;√19．除构造封闭条件下与外界没有联系的承压含水层外,所有承压水都是由潜水转化而来;√20．上层滞水属于包气带水; √21．地下水在多孔介质中运动,因此可以说多孔介质就是含水层; ×22．对含水层来说其压缩性主要表现在空隙和水的压缩上; √23．潜水含水层的给水度就是贮水系数; ×四、简答题1．简述包气带特征1包气带一般含有结合水、毛细水、气态水、过路重力水；2包气带自上而下可分为土壤水带、中间带和毛细水带；3包气带水来源于大气降水的入渗、地面水渗漏和地下水通过毛细上升输入的水分,以及地下水蒸发形成的气态水;4包气带水的运移受毛细力和重力的共同影响;2．简述饱水带特征1 饱水带一般含有重力水和结合水;2 饱水带的水体是连续分布的,能传递静水压力;3 饱水带水在水头差的作用下可以发生连续运动;3．潜水的水位动态一般随季节如何变化丰水季节或年份,潜水接受的补给量大于排泄量,潜水面上升、含水层厚度增大、水位埋深变浅;干旱季节排泄量大于补给量,潜水面下降、含水层厚度变小、水位埋深变大;4．影响潜水面的因素有哪些,如何影响影响潜水面因素有：地形、水文网、含水层渗透性和厚度以及人为因素;地形缓、含水层厚且渗透性好,则潜水面缓；反之,地形陡、含水层渗透性差且厚度小,则潜水面坡度大;水文网与地下水有直接联系时,地表水体高于地下水面时,潜水面背向地表水体倾斜,潜水面高于地表水体时潜水面向地表水体倾斜;5．承压水等水位线图可以揭示哪些水文地质信息1 反应虚构的侧压水面的形状;2 确定承压水的流向;3 确定承压水的水力坡度;4 定性判断含水层的厚度与渗透性的变化;6．任一承压含水层接受其它水体的补给必须同时具备哪两个条件1 存在水头差;2 有水力联系;7．一般承压水是由什么转化而来,其转化形式有哪几种除了构造封闭条件下和外界没有联系的承压含水层外,所有承压水最终都是由潜水转化而来；或由补给区的潜水侧向流入,或通过弱透水层接受潜水的补给;8．上层滞水的特点1 分布近地表;2 接受大气降水补给,排泄为蒸发和向隔水底板边缘下渗;3 动态变化显着;4 极易受污染;9．绘制简单水文地质剖面图,分别反映并表示地下水面、饱水带、包气带土壤水带、中间带、毛细水带10．绘制一水文地质剖面图,使之反映并表示出含水层、隔水层、潜水、承压水、上层滞水1—隔水层；2—透水层；3—饱水部分；4—潜水位；5—承压水测压水位；6—泉上升泉；7—水井,实线表示井壁不进水；a—上层滞水；b—潜水；c—承压水五、论述题1．为什么说含水层与隔水层的划分是相当的2．潜水有哪些特征1 潜水与包气带直接相通;2 潜水的补给为大气降水和地表水,排泄以泉、泄流、蒸发等;3 潜水的动态受季节影响大;4 潜水的水质取决于地形、岩性和气候;5 潜水资源易于补充恢复;6 潜水易受污染;3．潜水等水位线图可以揭示哪些水文地质信息1 潜水面形状;2 潜水流向;3 潜水面坡度;4 潜水面的埋藏深度,判断地表水、泉与潜水等的关系;5 定性反映潜水含水层的厚度和渗透性;4．承压水有哪些特征5．水量增、减时,潜水与承压水的区别第四章地下水运动的基本规律一、名词解释1．渗流：地下水在岩石空隙中的运动;2．渗流场：发生渗流的区域;3．层流运动：在岩层空隙中流动时,水的质点作有秩序的、互不混杂的流动;4．紊流运动：在岩层空隙中流动时,水的质点作无秩序地、互相混杂的流动;5．稳定流：水在渗流场内运动,各个运动要素水位、流速、流向不随时间改变;6．非稳定流：水在渗流场中运动,各个运动要素随时间变化的水流运动;7．渗透流速：地下水通过某一过水断面的平均流速;8．有效空隙度：重力水流动的孔隙体积与岩石体积之比;9．水力梯度：沿渗透途径水头损失与相应渗透途径之比;10．渗透系数：水力坡度等于1时的渗透流速;11．流网：在渗流场的某一典型剖面或切面上由一系列流线和等水头线组成的网;12．流线：流场中某一瞬时的一条线,线上各水质点的流向与此线相切;13．迹线：渗流场中某一段时间内某一质点的运动轨迹;14．层状非均质：介质场内各岩层内部为均质各项同性,但不同岩层渗透性不同;二、填空1．据地下水流动状态,地下水运动分为层流和紊流;2．据地下水运动要素与时间的关系,地下水运动分为稳定流和非稳定流;3．水力梯度为定值时,渗透系数愈大,渗透流速就愈大;4．渗透流速为定值时,渗透系数愈大,水力梯度愈小;5．渗透系数可以定量说明岩石的渗透性能;渗透系数愈大,岩石的透水能力愈强;6．流网是由一系列流线与等水头线组成的网格;7．流线是渗流场中某一瞬时的一条线,线上各水质点在此瞬时的流向均与此线相切; 迹线是渗流场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹;8．在均质各向同性介质中,地下水必定沿着水头变化最大的方向,即垂直于等水头线的方向运动,因此,流线与等水头线构成正交网格;9．流线总是由源指向汇;10．如果规定相邻两条流线之间通过的流量相等,则流线的疏密可以反映径流强度,等水头线的疏密则说明水力梯度的大小;三. 判断题1．在岩层空隙中渗流时,水作平行流动,称作层流运动; ×2．达西定律是线性定律; √3．达西定律中的过水断面是指包括砂颗粒和空隙共同占据的面积; √4．地下水运动时的有效孔隙度等于给水度; ×5．渗透流速是指水流通过岩石空隙所具有的速度; ×6．实际流速等于渗透流速乘以有效空隙度; ×7．水力坡度是指两点间的水头差与两点间的水平距离之比; ×8．决定地下水流向的是水头的大小; √9．符合达西定律的地下水流,其渗透速度与水力坡度呈直线关系,所以渗透系数或渗透系数的倒数是该直线的斜率; √10．渗透系数可定量说明岩石的渗透性;渗透系数愈大,岩石的透水能力愈强; √11．水力梯度为定值时,渗透系数愈大,渗透流速就愈大; √12．渗透流速为定值时,渗透系数愈大,水力梯度愈小; ×13．渗透系数只与岩石的空隙性质有关,与水的物理性质无关; ×14．流网是等水头线与迹线组成的网格; ×15．流线是渗透场中某一时间段内某一水质点的运动轨迹; ×16．在均质各向同性介质中,流线与等水头线构成正交网格; √17．在隔水边界附近,平行隔水边界为流线; √18．地下水分水岭是一条流线; √19．如果我们规定相邻两条流线之间通过的流量相等,则流线的疏密可以反映地下径流强度,等水头线的疏密则说明水力梯度的大小; √20．在渗流场中,一般认为流线能起隔水边界作用,而等水头线能起透水边界的作用; √21．两层介质的渗透系数相差越大,则其入射角和折射角也就相差越大; √22．流线越靠近界面时,则说明介质的K值就越小; ×23．当含水层中存在强渗透性透镜体时,流线将向其汇聚; √24．当含水层中存在弱渗透性透镜体时,流线将绕流; √四、简答题1．叙述达西定律并说明达西定律表达式中各项物理意义式中：Q——渗透流量；w——过水断面；h——水头损失h=H1－H2,即上下游过水段面的水头差；I——水力坡度；L——渗透途径；K——渗透系数;2．何为渗透流速渗透流速与实际流速的关系如何水流通过整个岩石断面包括颗粒和孔隙的平均流速;渗透流速等于实际流速乘以有效孔隙度;3．有效孔隙度与孔隙度、给水度有何关系1 有效孔隙度小于孔隙度;2 由于重力释水时孔隙中还保持结合水和孔角毛细水乃至悬挂毛细水,所以有效孔隙度大于给水度;3 对于孔隙大的岩石三者近似相等;4．影响渗透系数大小的因素有哪些如何影响影响渗透系数的因素：岩石的孔隙性和水的物理性质;岩石孔隙越大、连通性越好、孔隙度越高渗透系数越大；水的粘滞性越小、渗透系数越大;5．简述汇制流网图的一般步骤1 根据边界条件绘制容易确定的等水头线和流线;2 流线总是由源指向汇;3 根据流线和等水头线正交在已知流线和等水头线间插入其它部分;6．流网图一般能够反映什么信息7．在层状非均质中,流线与岩层界线以一定角度斜交时,发生折射,试写出折射定律,并说明各项的物理意义8．叙述粘性土渗透流速V与水力梯度I主要存在的三种关系1 V-I关系为通过原点的直线,服从达西定律;2 V-I曲线不通过原点,水力梯度小于某一值I0时无渗透；大于I0时,起初为一向I轴凸出的曲线,然后转为直线;3 V-I曲线通过原点,I小时曲线向I轴凸出,I大时为直线;。
水文地质学岩石中的空隙与水分
03
地下水资源保护
水文地质学在地下水资源保护方面也具有重要意义，通过研究地下水污
染源、污染物迁移规律等，提出有效的防治措施，保护地下水资源免受
污染。
地下水污染防治
污染源调查
水文地质学通过调查地下水污染 源，了解污染物的来源和排放量， 为制定有效的防治措施提供依据。
污染物迁移规律研
究
水文地质学研究污染物在地下水 中的迁移规律，包括污染物扩散 速度、范围等，有助于预测污染 发展趋势和制定应对措施。
。
溶洞
指地下水沿可溶性岩石的层面、节理或断层进行溶蚀和侵蚀 而形成的地下洞室。
空隙形成
天然形成
岩石在形成过程中，由于矿物结晶、沉积物堆积等自然作用形成的空隙。
构造运动
地壳运动过程中，岩石受到挤压、拉伸等作用力，形成裂缝或断裂，形成空隙。
溶蚀作用
地下水在可溶性岩石中流动，溶解岩石，形成溶洞等空隙。
空隙分布
和经济损失。
灾害治理与恢复
水文地质学在地质灾害治理和灾后恢复方面也发挥重要作用， 通过评估灾害影响范围和程度，提出有效的治理方案和恢复措
施，促进灾区的可持续发展。
05
未来研究方向
空隙形成机制研究
总结词
深入研究空隙的形成机制，包括其形成过程、影响因素和演化规律。
详细描述
空隙的形成与岩石的成岩环境、沉积作用、构造运动等密切相关。未来研究可以通过实验室模拟、数 值模拟和实地观测等方法，深入探究空隙的形成机制，为水文地质学提供更深入的理论基础。
水文地质学岩石中的空隙与水分
$number {01}
目 录
• 岩石中的空隙 • 岩石中的水分 • 空隙与水分的相互关系 • 水文地质学应用 • 未来研究方向
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水分子的排列较为整齐。这部分水在流动时呈层流状态， 而不作紊流运动。
远离固体表面的重力水，不受固体引力的影响，只受 重力控制。这部分水在流速较大时容易转为紊流运动 。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.2.2 重力水
层流：当流体速度足够小时，流体将作分层平行流 动，流体质点的轨迹（一般说它随原始空间坐标 x、y、 z和时间 t 而变）是有规则的光滑曲线（最简单的情形是 直线）在流动过程中，相邻质点的轨迹线彼此仅稍有差 别，不同流体质点的轨迹线不相互混杂，这样的流动称 为层流。
一般说来容水度在数值上与孔隙度（裂隙率、岩溶 率）相当。但是对于具有膨胀性的粘土，充水后体积扩 大，容水度可大于孔隙度。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3.2 含水量
含水量说明松散岩石实际保留水分的状况。
重量含水量：松散岩石孔隙中所含的水量（Gw）与干燥岩 石重（Gs）的比值
WgGw100% Gs
体积含水量：含水体积（Vw）与包括孔隙在内的岩石体积
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3.3 给水度
✓当初始地下水位埋 藏深度小于最大毛细 上升高度时，地下水 位下降后，重力水的 一部分将转化为支持 毛细水而保留于地下 水面之上，从而使给 水度偏小。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3.3 给水度
✓地下水位下降速率
可能的原因
1）重力释水并非瞬时 完成，而往往滞后于水位下 降；
当孔隙度一定而孔隙直径愈 大， 则圆管通道的数量愈少， 但 有效渗流断面愈大，透水能力就 愈强；反之，孔隙直径愈小，透 水能力就愈弱。
由此可见，决定透水性好坏的主要因素是孔隙大小 ；只有在孔隙大小达到一定程度，孔隙度才对岩石的透 水性起作用，孔隙度愈大，透水性愈好。
第二章 岩石中的空隙与水分
a—孔隙通道原型 b—概化为沿程等经的圆管 c—概化为沿程不等径圆管
2.2.1 结合水
结合水与重力水
椭圆形小粒代表水分子，结合水部 分的水分子带正电荷一端朝向颗粒
箭头代表水分子所受合力方向
第二章 岩石中的空隙与水分
定义：受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部分水，此 部分水束缚于固相表面，不能在自身重力影响下运动。
固相表面的引力（静电引力）：松散岩石的颗粒表面及坚硬岩
第二章 岩石中的空隙与水分
✓固结程度不高的沉积岩，往往既有孔隙，又有裂隙。
✓可溶岩石，由于溶蚀不均一，有的部分发育溶穴，而有 的部分则为裂隙，有时还可保留原生的孔隙与裂缝。
因此，在研究岩石空隙时，必须注意观察，收集实际 资料，在事实的基础上分析空隙的形成原因及控制因素， 查明其发育规律。
岩石中的空隙，必须以一定方式连接起来构成空隙、 网络，才能成为地下水有效的运移通道（△）和储容空间 和。松散岩石、坚硬基岩和可溶岩石中的空隙网络具有不 同的特点。赋存于不同岩层中的地下水，具有不同的分布 与运动特点。
地球上多年冻土面积有3500万平方千米，水量约占地 球总水量的万分之二。在我国，冻土主要分布在东北及青 藏高原。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3 与水的储容及运移有关的岩石性质
岩石空隙的多少、大小、连通程度及其分布的均匀 程度，都对其储容、滞留、释出以及透过水的能力有影 响。 2.3.1 容水度
定义：容水度是指岩石完全饱水时所能容纳的最大的水 体积与岩石总体积的比值。
（V）的比值
WvVw100% V
若水的比重为1，岩石的干容重（单位体积干土的重）为
重量含水量与体积含水量的关系 WgWva
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3.2 含水量
→比重：也称相对密度，固体和液体的比重是该物质的 密度与在标准大气压，3.98℃时纯H2O的密度（999.972 kg/m3）的比值。气体的比重是指该气体的密度与标准状况 下空气密度的比值。液体或固体的比重说明了它们在另一 种流体中是下沉还是漂浮。
石空隙壁面均带有电荷，水分子又是偶极体，由于静电吸引， 固相表面具有吸附水分子的能力。
库伦定律
E
k Q r2
离固相表面近的水分子受到的静电引力大；随着距离增 大，引力减弱，受重力的影响就愈显著。
由于固相表面对水分子的吸引力自内向外逐渐减弱，结 合水的物理性质也随之发生变化。因此，将最接近固相表面 的结合水称为强结合水，其外层称为弱结合水。
第二章 岩石中的空隙与水分
强结合水（又称吸着水）：厚度，不同研究者说法不一，
一般认为相当于几个水分子的厚度；也有人认为，可达几
百个水分子厚度。水分子排列紧密，其密度平均达2g/cm3 左右。
水分子厚度：1.925×10-9m（认为水分子是球体，其直径）
弱结合水（又称薄膜水）：处于强结合水的外层，受到固
剪应力（单位：帕斯卡）：物体由于外因（受力 ）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内 力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后 的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点 单位面积上的内力称为应力。同截面相切的称为剪应 力或切应力。
第二章 岩石中的空隙与水分
定义：距离固体表面更远的那部分水分子，重力对它 的影响大于固体表面对它的吸引力，因而能在自身重 力影响下运动，这部分水就是重力水。
。 2可.1.溶3 的溶沉穴积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等，在地 下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙称为溶穴（隙）。
岩溶率
录像
图片
第二章 岩石中的空隙与水分
总结与比较 孔隙、裂隙、溶穴不是独立存在。自然界岩石中空隙
的发育状况远较上面所说的复杂。
✓松散岩石固然以孔隙为主，但某些粘土干缩后 可产生裂隙，而这些裂隙的水文地质意义，甚至 远远超过其原有的孔隙。
紊流：流体力学中的一个术语， 是指流体从一种稳 定状态向另一种稳定状态变化过程中的一种无序状态。 具体是指流体流动时各质点间的惯性力占主要地位，流 体各质点不规则地流动。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.2.3 毛细水
第二章 岩石中的空隙与水分
2.2.4 气态水、固态水
气态水：在包气带空隙中存在着气态水。气态水可以随空 气流动而流动。另外，即使空气不流动，它也能从水汽压 力（绝对湿度）大的地方向小的地方迁移。气态水在一定 温度、压力条件下，与液态水相互转化，两者之间保持动 平衡。 固态水：岩石的温度低于0℃，空隙中的液态水转化为固态 水。在高纬度地区和中低纬度的高海拔地区，由于气候寒 冷，地下都存在着多年冻土，其冻结层上部有地下冰，冰 层厚度由几十厘米到三五米不等。有一部分岩石赋存其中 的地下水多年中保持固态，这就是所谓的多年冻土。
释出的水的体积， 称为给水度 。
单位体积饱水岩石体在重力作用下自由释出的水的体积
例如，地下水位下降 2m，1m2水平面积岩石柱体，在重力作 用下释出的水的体积为0.2m3（相当于水柱高度0.2m），则给水 度为 0.1或 10％。
影响因素：对于均质的松散岩石，给水度的大小与岩性、 初始地下水位埋藏深度以及地下水位下降速率等因素有关 。
相表面的引力比强结合水弱，但仍存在范德华尔斯引力和
强结合水最外层水分子的静电引力的合力的影响，不同学 者认为其厚度为几十、几百或几千个水分子厚度。
水分子排列不如强结合水规则和紧密，溶解盐类的能力 较低。弱结合水的外层能被植物吸收利用。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.2.1 结合水
结合水区别于普通液态水的最大特征是具有抗剪 强度，即必须施一定的力方能使其发生变形。结合水 的抗剪强度由内层向外层减弱。当施加的外力超过其 抗剪强度时，外层结合水发生流动，施加的外力愈大 ，发生流动的水层厚度也加大。
结论：孔隙直径愈小，结合水所占据的无效空间愈大 ，实际渗流断面就愈小；同时，孔隙直径愈小，可能达到 的最大流速愈小。
因此，孔隙直径愈小，透水性就愈差。当孔隙直径小 于两倍结合水层厚度时，在寻常条件下就不透水。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3.5 透水性
把松散岩石中的全部孔隙通
道概化为一束相ห้องสมุดไป่ตู้平行的等径圆 管，则不难推知：
比重是无量纲量，即比重是无单位的值，一般情形下随 温度、压力而变。密度是有量纲的量，比重是无量纲的量 。
饱和含水量Ws：孔隙充分饱水时的含水量 饱和差：饱和含水量与实际含水量之间的差值
饱和度：实际含水量与饱和含水量之比
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3.3 给水度 定义：我们把地下水位下降一个单位深度，从地下水位 延伸到地表面的单位水平面积岩石柱体， 在重力作用下
2）迅速释水时大、小 孔道释水不同步，大的孔道 优先释水，在小孔道中形成 悬挂毛细水而不能释出。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3.4 持水度
定义：地下水位下降一个单位深度，单位水平面积岩 石柱体反抗重力而保持于岩石空隙中的水量，称作持
水度。 S
给水度、持水度与孔隙度的关系 S n
影响因素
包气带充分重力释水而又未受到蒸发、蒸腾消耗 时的含水量称作残留含水量数值上相当于最大的持水 度。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.3.3 给水度
✓岩性对给水度的影响主要表现为空隙的大小与多少。
例如，颗粒粗大的松散岩石，裂隙比较宽大的坚硬 岩石，以及具有溶穴的可溶岩，空隙宽大，重力释水时 ，滞留于岩石空隙中的结合水与孔角毛细水较少， 理想 条件下给水度的值接近孔隙度、 裂隙率与岩溶率。
相反，若空隙细小（如粘性土），重力释水时大 部分水以结合水与悬挂毛细水形式滞留于空隙中，给 水度往往很小。
THANKS !
感谢聆听！
第二章 岩石中的空隙与水分
2.1.2 裂隙 固结的坚硬岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，一般 不存在或只保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发育各 种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。
成岩裂隙 构造裂隙 风化裂隙 卸荷裂隙