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
① 取决于颗粒大小 ② 颗粒排列方式 ③ 结构孔隙及次生孔隙
① 取决于颗粒大小：
1. 结合水
结合水：受固相表面引力 大于水分子自身重力的那部 分水。
强结合水（吸着水）：不能 流动，可转化为气态水而移 动。
弱结合水（薄膜水）：能从 厚度大的地方向厚度小的地 方移动。
结合水区别于普通液态水的 最大特征是具有抗剪强度.
2. 重力水
能够自由流动，具有 液态水的一般特征。 是水文地质研究的主 要对象。
第二章 岩石中的空隙与水分
2.1 岩石中的空隙 2.2 岩石中水的存在形式 2.3 与水的储容及运移有关的岩石性质
（岩石的水理性质） 2.4 有效应力原理与松散岩土压密
岩石中空隙的类型
通常按空隙形状特征 和发育岩类将其分为： 松散岩石中的孔隙 坚硬岩石中的裂隙 可溶岩石中的溶隙（穴）
（一）孔隙：松散岩石颗粒之间的空隙
重点掌握
孔隙度的计算式及其影响因素 裂隙的成因类型，裂隙率的计算式 岩溶率的计算式 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。
2.2 岩石中水的存在形式
岩石中存在着各种形式的水，通常归为下列 二类： 组成岩石矿物的矿物结合水：主要形式有沸 石水、结晶水和结构水； 存在于岩石空隙中的水：主要形式为结合水、 重力水、毛细水、气态水和固态水。
（二）裂隙：
存在于坚硬岩石中的裂缝状空隙。
1.裂隙的成因类型
按裂隙的成因可分成： 成岩裂隙：岩石在成岩过程中由于冷凝收缩和
固结干缩而产生的。如：玄武岩的柱状节理。 构造裂隙：岩石在构造变动中受力产生的。具
有方向性，大小悬殊，分布不均一。如：各种 构造节理、断层。 风化裂隙：风化营力作用下岩石破坏而产生的。 主要分布于地表附近。如风化壳。
颗粒粗大，孔隙较大；颗粒细小，孔隙较小。 对于颗粒大小悬殊的松散岩石，孔隙大小取决于实际 构成孔隙的细小颗粒的直径。
② 颗粒排列方式：
d＝0.414D
d＝0.155D
颗粒作立方体排列时孔隙最大，作四面 体排列时孔隙最小。
③ 结构孔隙及次生孔隙：
对于粘性土，决定孔隙大小的不仅 是颗粒大小及排列，结构孔隙及次生孔 隙的影响是不可忽视的。
3. 毛细水
1.毛细现象 2.毛细水类型
支持毛细水
悬挂毛细水
孔角毛细水 （触点毛细水）
4. 气态水、固态水
气态水：存在于未饱和的岩石空隙中。 固态水：冻土。
重点掌握
结合水、重力水、毛细水的定义、性质
2.裂隙率：衡量裂隙多少的定量指标
可表示为： 体积裂隙率
Kr

Vr V
100%
式中：
Kr——岩石裂隙率；Vr 面裂隙率：
Ka

L b 100% F
线裂隙率：
Kl ( bi / l) 100%
（三）溶穴（隙）
可溶岩中的各种裂隙，在水流长期 溶蚀作用下形成的一种特殊的空隙称为 溶穴（隙）。
④颗粒的胶结充填情况
当松散岩石受到不同程度胶结时， 由于胶结物质的充填，孔隙度有所降低。
⑤ 结构孔隙及次生空隙
粘土的孔隙度可达60％，甚至85％或更高。 原因粘土中形成结构孔隙。此外，粘性土中往往 还发育有虫孔、根孔、干裂缝等次生空隙。
使n超过理论上的最大值。
2.影响孔隙度的因素
孔隙度的大小取决于以下因素： ① ① 颗颗粒粒的的排排列列情情况（况即（岩即石岩的石密的实密程度实）程（度主要）） ② ② 颗颗粒粒的的分分选选性性（颗（粒颗的粒均的匀均程匀度程）（度主）要） 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
分选良好，排 列疏松的砂
分选良好，排 列紧密的砂
分选不良的，含泥、 砂的砾石
经过部分胶结的 砂岩
具有结构性孔隙 的粘土
经过压缩的粘土
1.孔隙度（ n ）：衡量孔隙多少的定量指标
n Vn V
或 n Vn 100%
V
因为V＝Vn式＋中Vs ：n —岩石的孔隙度；Vn —岩石中孔隙在涉的及体变积形时；，采
① 颗粒的排列情况（即岩石的密实程度）
( )( 立) 方立体方排体列排（列松（散松状散态状）态）
( )( 四) 面四体面排体列排（列密（实密状实态状）态）
n＝ 47.64％
n＝ 25.95％
由几何学可知， 立方体排列为最松 散排列，四面体排 列为最紧密排列。 其它形式排列的孔 隙度介于上述两者 之间，平均值约37 ％。