水文地質(zhì)學基礎(第六版)第3章 巖石中的空隙與水分

水文地質(zhì)學，水文地質(zhì)學的基礎，第3章巖石和土壤中的空隙和水，第3.1章巖石和土壤中的空隙，第3.2章巖石和土壤中的水，第3.3章與水有關的巖石和土壤特性，第3.4章有效應力原理和巖石和土壤變形和破壞，第4.1章巖石和土壤中的空隙，第1章巖石和土壤空隙在地球上的分布：超過10公里以上的地殼表面，特別是在1 2公里內(nèi)。2.巖土裂隙的水文地質(zhì)意義：它是地下水的賦存場所和運移通道。3.巖土孔隙描述：形狀、大小、數(shù)量、分布規(guī)律和連通性。4.巖土孔隙的水文地質(zhì)分類：松散巖土中的孔隙、堅硬巖石中的裂隙和可溶巖石中的孔洞。巖土中各種孔隙分選良好，松散砂排列整齊，分選良好，密實砂排列整齊，粘土具結構孔隙，壓縮粘土，巖石具裂隙，可溶巖具溶隙和孔洞，1。空隙，1。概念：松散或未完全膠結的巖石和土壤顆粒之間或顆粒聚集體之間存在空隙。2.分布：最新沉積、新生代、礫質(zhì)土、砂質(zhì)土和粘土，主要分布在第四系沉積物中，其次為一些第三紀或中生代地層，膠結不完全。如沿河礫石中存在的孔隙。3.特征：多少：度量指標：孔隙度(n)(1)概念：一定體積的巖石和土壤(包括孔隙)中孔隙體積的比例。(2)研究意義(功能):對巖石儲存地下水能力的影響程度。(3)測定方法：砂、礫石等松散巖土一般注水，粘土遇水不膨脹；容重-比重法：首先測定細砂、巖石和土壤的容重r和比重、(4)影響孔隙度的因素，顆粒排列方式：等顆粒：最松散排列：立方體：n=47.62%；最接近的排列：四面體：n=25.95%。(不涉及顆粒尺寸，顆粒尺寸不同，但是當顆粒相同且排列方式相同時，孔隙率相同。)顆粒分選程度：分選性能越好，孔隙率越大；分選程度不好，大顆粒的孔隙被小顆粒填充，以減少孔隙。(分選程度是指顆粒大小的均勻性，在土力學中也稱為不均勻系數(shù)。)顆粒形狀：越不規(guī)則，越疏松，孔隙率越大。膠結充填：孔隙度是膠結充填，孔隙度降低。對于粘性土，它也與結構孔隙和次生孔隙有關。(1)粘土顆粒粘土：顆粒直徑小于0.005毫米的粘土，由于顆粒細小，比表面積大，顆粒表面經(jīng)常帶電荷，在懸浮過程中，具有強結合力的粘性顆粒相互接觸時，會結合形成“粘性顆粒群”,細小的粘性顆粒群會形成顆粒聚集體，形成比顆粒本身大的結構孔隙聚集體，并與聚集體結合形成粘性土的沉積結構特征。(2)粘土孔隙粘性土：蜂窩狀和絮狀結構，如海綿結構孔隙：集料和集料之間的孔隙，粘土顆粒和粘土顆粒。次生孔隙：蟲洞、根孔、干裂縫等。松散巖石孔隙度參考值(根據(jù)Friese等人，1987)，注：(1)與粒度的關系不是粒度越大，孔隙度越大。(2)孔隙度超過最松散排列的47.62%，達到70%，大小為：(1)研究意義(作用):孔隙度和孔喉影響地下水運動，特別是孔喉直徑在地下水流動中起關鍵作用。(2)影響因素：顆粒大?。禾貏e是細顆粒的大小，顆粒越大，形成的孔隙越大。顆粒排列：理想的等顆粒球形顆粒，顆粒直徑d，孔喉直徑d立方體排列，d=0.414D四面體排列，d=0.155d。對于粘性土，也與結構性孔隙和次生孔隙有關。孔喉(直徑d)和孔腹(直徑d)通過孔隙通道的中心剖面圖、孔隙和顆粒尺寸之間的關系、礫石(模型)、砂樣、礫石混合樣品、立方體排列、四面體排列、顆粒排列形式，假設顆粒為立方體排列的等顆粒球體(直徑d)。裂縫，1。概念：巖石形成后，由于各種內(nèi)部和外部的力量，巖石被破壞。2.D3.分類：按成因分類：成巖裂隙：巖漿作用：侵入、噴射、冷凝收縮(巖漿巖)成巖沉積：固結和干燥收縮(沉積巖)。巖漿巖是最常見的，玄武巖(基本)柱狀節(jié)理具有最重要的水文地質(zhì)意義。風化裂隙；風化構造裂隙；在構造應力作用下的卸荷裂隙；4.特征、尺寸：大的構造破碎帶，顯微鏡下可見的小的構造破碎帶。有階、大構造斷裂帶、次級和次級。連通性：一般來說，它不好，局部來說可能是好的，形成一個裂隙系統(tǒng)。尋找水，局部斷裂，最好是尋找最大的斷裂帶，主斷裂和斷裂含水系統(tǒng)。多少錢：骨折率。線性裂隙率：在垂直于裂隙走向的方向上每單位長度的裂隙比例。面部骨折率，身體骨折率。在野外研究裂縫時，應注意確定影響水運動的裂縫的方向、寬度、延伸長度和充填情況。各種巖石的破裂速率數(shù)值表(變化范圍)，3，溶解洞穴，1。概念：可溶性巖石是在地下水的溶解下形成的。它必須在原有空隙和裂縫發(fā)展的基礎上產(chǎn)生。2.分布：可溶性巖石的沉積巖，如普通石灰?guī)r和白云石。3.類型：溶孔(水壓試驗、石灰?guī)r微孔隙)、溶裂縫、溶隙、地下河。特征、形態(tài)：方向性，主要是在裂隙的基礎上進一步溶解形成的，因而具有裂隙特征。大小：極不均勻，暗河，主干溶解形成。多少：巖溶率分布：極不均勻(裂縫特征被保留)連通性：整體較差，局部可以很好，形成一個溶腔含水系統(tǒng)。要找到水，必須尋找樹干，但地質(zhì)勘探應避免觸及地下河。四、地下水分類，按含水介質(zhì)(孔隙特征):孔隙水、裂隙水、巖溶水、外洗砂粒、實際流徑、風化巖、灰?guī)r、膨脹巖、第2段巖土中水、地殼巖土中水、巖土“骨架”水(礦物結合水)、沸石水：方沸石(Na2Al2Si4O12nH2O)、結晶水：石膏(CaSO42H2O)、構造水：高嶺石(Al4Si4O10(OH)8)、地下水首先，結合水。首先，概念：分布在粒子表面的那部分水，由于靜電引力大于重力，它不能在自身重力的作用下運動。2.來源：帶電粒子表面通常帶負電荷，主要存在于小空隙和裂縫中；極性分子水，水分子甚至是極性物體，都被吸入；巖石顆粒周圍的水分子受到庫侖力(靜電引力)的影響。靜電引力受距離的影響，結合水的自由是不同的。類型和特點：根據(jù)堅固程度：強結合水：密度大于1，平均約2g/cm3冰點：-78類似固體，不能流動。只有當溫度達到105時，它才能以氣態(tài)形式從顆粒表面分離出來，并且它溶解鹽的能力很弱。它不能被植物吸收，具有很大的粘度、彈性和剪切強度。弱結合水：規(guī)則排列，密度大于1，1.3 1.774克/立方厘米。它能在外力的作用下移動，但速度很慢，溶解鹽的能力很弱。冰點為-15，具有一定的粘度和剪切強度。弱結合水的外層可以被植物吸收和利用。(2)重力水遠離固體顆粒的表面，并且由于其小的吸引力，可以在其自身重力下移動。巖土間隙中的重力水可以自由流動，從井、泉中提取的地下水屬于重力水，是水文地質(zhì)學的研究重點。3、毛細水、毛細現(xiàn)象：在液體表面張力的作用下，毛細管中的水位上升到一定高度。毛細孔隙是巖石和土壤中的小孔隙，通常指直徑小于1毫米的孔隙或寬度小于0.25毫米的裂縫。毛細上升高度與毛細直徑成反比。l中的細孔通道圖中井的左側顯示了高水位時砂層中的支撐毛管水。2.懸毛細水：下部沒有水面支撐。井的右側代表水位降低后砂層中懸浮的毛細水。礫石層的孔徑超過了毛管，因此沒有支持毛管水。3.孔角毛細水：充氣區(qū)顆粒接觸點上的毛細水。由于地質(zhì)條件具有交替的厚度和水位變化，水被截留在孔的角落。水井礫石層氣態(tài)水、固態(tài)水和礦物中的水氣態(tài)水存在于非飽和水的空隙中。氣態(tài)水可以與空氣一起流動，也可以在水氣壓差的作用下流動。當巖石溫度低于0時，液態(tài)水變成了固態(tài)水。我國大部分地區(qū)都有季節(jié)性凍土。東北和青藏高原有多年凍土，這對工程有很大的破壞性。熔化時，固體變成液體，體積也隨之變化。礦物晶格和礦物孔隙中的水是沸石水、結晶水和結構水。方沸石中的沸石水(Na2A12Si4O12nH2O)在加熱時可以從礦物中分離出來。第3節(jié)與水相關的巖土特性，耐水性：巖石可以含有一定量水的特性。用含水量表示。供水：飽和巖石在重力作用下可以自由排出一定量水的特性。特定產(chǎn)量。持水量：巖石在重力作用下釋放水分后，能在孔隙中保留一定量水分的性質(zhì)。用保水性表示。滲透性：允許水通過的巖石質(zhì)量。表示為滲透系數(shù)或單位吸水率。(Mc)當水完全飽和時，巖石和土壤所能容納的水量與巖石和土壤的體積之比。如果按重量計算，則稱水容量。含水量等于孔隙度(裂縫率和巖溶率)。當單位體積地下水位下降時，普通松散巖土的平均單位產(chǎn)量和釋放水量與排水水量的比值。反映飽和巖石在重力作用下能排出的最大水量。也就是說，當?shù)叵滤幌陆狄粋€單位時，在重力作用下，一個單位水平面積的巖柱可以釋放的水量。影響單位產(chǎn)量鈾的大小的因素：巖性影響。有三個方面：礦物成分(決定孔隙的大小和數(shù)量)、巖石的粒度、級配和分選程度；初始地下水埋深；地下水位下降率；比產(chǎn)量、持水量和持水量之間的關系用數(shù)字表示如下：當持水量地下水位下降時，非飽和帶中未釋放的剩余水量與單位排水量之比。松散巖土的持水值，滲透率：滲透系數(shù)(k):水導性。在各向同性介質(zhì)中，單位水力梯度的滲透率速度(m/d)表示流體通過孔隙結構的難度。影響滲透率：的因素影響松散層：的粒度、形狀、分選程度、致密性、膠結性、水質(zhì)、水溫和液體類型。對于硬巖體：相同的松散層更多地取決于裂縫的幾何結構特征：延伸方向、寬度、密度、長度、連通性、填充材料、裂縫表面的粗糙度等。滲透率、水滲透率、松散巖石滲透系數(shù)的經(jīng)驗值，滲透系數(shù)k可通過經(jīng)驗公式、達西試驗或抽水試驗獲得。1925年，太沙基提出了有效應力原理：有效應力=總應力-孔隙水壓力有效應力：巖土骨架承受的應力。在封閉(或相對封閉)條件下，上覆荷載的總應力()由飽和巖土的骨架應力(，即有效應力)和孔隙水壓力(U)共同承擔。有效應力= u為=-u，