第3章巖石中的空隙與水分

1、水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ) Fundamentals of Hydrogeoloy第第3 3章章 巖土中的空隙和水巖土中的空隙和水Interstices and water in Rocks本本 章章 內(nèi)內(nèi) 容容 4.1 巖土中的空隙巖土中的空隙4.2 巖土中的水巖土中的水4.3 與水有關(guān)的巖土性質(zhì)與水有關(guān)的巖土性質(zhì)4.4 有效應(yīng)力原理與巖土變形破壞有效應(yīng)力原理與巖土變形破壞4.1 巖土中的空隙巖土中的空隙 1. 巖土空隙在地球上的巖土空隙在地球上的分布：分布：地殼表層十余公里，尤地殼表層十余公里，尤其近其近12公里公里以內(nèi)。以內(nèi)。 2. 巖土空隙的巖土空隙的水文地質(zhì)意義：水文地質(zhì)意義：是地

2、下水的是地下水的賦存場(chǎng)所賦存場(chǎng)所和和運(yùn)移通道運(yùn)移通道。 3. 巖土空隙的巖土空隙的描述：描述：形狀形狀、大小大小、多少多少、分布規(guī)律分布規(guī)律和和連通性連通性。 4. 巖土空隙的巖土空隙的水文地質(zhì)分類：水文地質(zhì)分類：松散巖土中的松散巖土中的孔隙孔隙、堅(jiān)、堅(jiān)硬巖石中的硬巖石中的裂隙裂隙、可溶巖石中的、可溶巖石中的溶穴溶穴。 巖土中的各種空隙巖土中的各種空隙分選良好，分選良好， 排列排列疏松疏松的砂的砂分選良好，分選良好， 排列排列緊密緊密的砂的砂具有具有結(jié)構(gòu)孔隙結(jié)構(gòu)孔隙的的粘土粘土經(jīng)過經(jīng)過壓縮的壓縮的粘土粘土具有具有裂隙裂隙的巖石的巖石 具有具有溶隙溶隙及溶穴的及溶穴的可溶巖可溶巖一、孔隙一、孔隙

3、 1. 概念：概念：存在于松散的或未完全膠結(jié)的巖土顆粒之間或顆存在于松散的或未完全膠結(jié)的巖土顆粒之間或顆粒集合體之間的空隙。粒集合體之間的空隙。 2. 分布：分布：最新沉積、新生界、主要在第四系沉積層中的碎最新沉積、新生界、主要在第四系沉積層中的碎石土、砂土、粘土等，其次是膠結(jié)不完全的第三系或中生界部石土、砂土、粘土等，其次是膠結(jié)不完全的第三系或中生界部分地層。如河邊砂礫中存在的孔隙。分地層。如河邊砂礫中存在的孔隙。 3. 特征：特征：描述量描述量形狀形狀分布規(guī)律分布規(guī)律連通性連通性n不具有方向性不具有方向性小而均勻小而均勻均勻均勻好好u 多少：多少： 度量指標(biāo)：度量指標(biāo)：孔隙度（孔隙度（n

4、n）（1 1）概念：）概念：某一體積巖土（包括孔隙在內(nèi)）中孔隙體積所占的某一體積巖土（包括孔隙在內(nèi)）中孔隙體積所占的比例。比例。（2 2）研究意義）研究意義（作用）：（作用）：影響巖石影響巖石儲(chǔ)容地下水的能力儲(chǔ)容地下水的能力的大小。的大小。 （3 3）測(cè)定方法：）測(cè)定方法： 砂、礫等松散巖土一般用砂、礫等松散巖土一般用注水方法注水方法，粘土遇水膨脹不能；，粘土遇水膨脹不能； 容重容重- -比重法比重法：細(xì)砂，先測(cè)巖土的容重：細(xì)砂，先測(cè)巖土的容重r r、比重、比重%100VVnn%100)1 (rn（4）孔隙度的影響因素）孔隙度的影響因素 顆粒排列方式顆粒排列方式：等粒狀：最疏松排列：立方體：等

5、粒狀：最疏松排列：立方體：n=47.62%; 最緊密排列：四面體：最緊密排列：四面體：n=25.95%。（。（未涉及粒徑大小未涉及粒徑大小，粒，粒徑大小不同，但等粒狀、排列方式相同時(shí)，孔隙度是相同徑大小不同，但等粒狀、排列方式相同時(shí)，孔隙度是相同的）的） 顆粒分選程度顆粒分選程度：分選性越好，孔隙度越大；分選程度不好，大顆粒分選性越好，孔隙度越大；分選程度不好，大顆?？紫侗恍☆w粒充填，降低孔隙。（分選程度是指顆粒粒度的均勻程度，孔隙被小顆粒充填，降低孔隙。（分選程度是指顆粒粒度的均勻程度，土力學(xué)中也稱不均勻系數(shù)。）土力學(xué)中也稱不均勻系數(shù)。） 顆粒形狀：顆粒形狀：越不規(guī)則，越疏松，孔隙度就越大。

6、越不規(guī)則，越疏松，孔隙度就越大。 膠結(jié)充填：膠結(jié)充填：孔隙被膠結(jié)充填，孔隙度減小?？紫侗荒z結(jié)充填，孔隙度減小。 對(duì)于對(duì)于粘性土粘性土，還與結(jié)構(gòu)孔隙、次生孔隙有關(guān)。，還與結(jié)構(gòu)孔隙、次生孔隙有關(guān)。粘性土的孔隙與孔隙度粘性土的孔隙與孔隙度 （1）粘土顆粒）粘土顆粒 粘性土：土體顆粒直徑粘性土：土體顆粒直徑0.005mm 粘土由于顆粒細(xì)小，比表面積大，顆粒表面常帶有電荷，所以粘土由于顆粒細(xì)小，比表面積大，顆粒表面常帶有電荷，所以連結(jié)力強(qiáng)連結(jié)力強(qiáng) 粘粒在懸浮推移互相接觸時(shí)，就會(huì)連結(jié)起來形成粘粒在懸浮推移互相接觸時(shí)，就會(huì)連結(jié)起來形成“粘粒團(tuán)粘粒團(tuán)” 細(xì)小粘粒團(tuán)構(gòu)成細(xì)小粘粒團(tuán)構(gòu)成顆粒集合體顆粒集合體，可形成

7、比顆粒自身還大的結(jié)構(gòu)孔隙，可形成比顆粒自身還大的結(jié)構(gòu)孔隙 集合體與集合體結(jié)合構(gòu)成集合體與集合體結(jié)合構(gòu)成粘性土的沉積結(jié)構(gòu)粘性土的沉積結(jié)構(gòu)特征。特征。 （2）粘土孔隙）粘土孔隙 粘性土：蜂窩、絮狀結(jié)構(gòu)，如同海綿粘性土：蜂窩、絮狀結(jié)構(gòu)，如同海綿 結(jié)構(gòu)孔隙：結(jié)構(gòu)孔隙：集合體與集合體、粘粒與粘粒之間的孔隙。集合體與集合體、粘粒與粘粒之間的孔隙。 次生孔隙：次生孔隙：蟲孔、根系孔、干裂縫等。蟲孔、根系孔、干裂縫等。松散巖石孔隙度參考數(shù)值（據(jù)弗里澤等，松散巖石孔隙度參考數(shù)值（據(jù)弗里澤等，1987）巖石名稱巖石名稱礫石礫石砂砂粉砂粉砂粘土粘土孔隙度變化孔隙度變化區(qū)間區(qū)間25%-40%25%-50%35%-50

8、%40%-70%注：注：（）與粒徑的關(guān)系不是粒徑愈大則孔隙度愈大（）與粒徑的關(guān)系不是粒徑愈大則孔隙度愈大（）孔隙度超過最疏松排列的（）孔隙度超過最疏松排列的47.62，達(dá)到，達(dá)到70u 大?。捍笮。?（1 1）研究意義）研究意義（作用）：（作用）：孔腹和孔喉孔腹和孔喉，影響，影響地下水的運(yùn)動(dòng)地下水的運(yùn)動(dòng)，尤其是孔喉直徑大小對(duì)地下水流動(dòng)起關(guān)鍵性作用。尤其是孔喉直徑大小對(duì)地下水流動(dòng)起關(guān)鍵性作用。 （2 2）影響因素：）影響因素： 顆粒大小顆粒大小：尤其是細(xì)小顆粒的大小，顆粒越大形成的孔隙尤其是細(xì)小顆粒的大小，顆粒越大形成的孔隙越大。越大。 顆粒排列方式顆粒排列方式：理想等粒圓球狀顆粒，顆粒直徑為理

9、想等粒圓球狀顆粒，顆粒直徑為D，孔，孔喉直徑為喉直徑為d 立方體排列時(shí)，立方體排列時(shí)，d=0.414D 四面體排列時(shí)，四面體排列時(shí)，d=0.155D。 對(duì)于對(duì)于粘性土粘性土：還與結(jié)構(gòu)孔隙、次生孔隙有關(guān)。還與結(jié)構(gòu)孔隙、次生孔隙有關(guān)。孔喉孔喉（直徑為（直徑為d）與孔腹（直徑為）與孔腹（直徑為D）通過孔隙通道中心切面圖通過孔隙通道中心切面圖假定顆粒為等粒球體（直徑為假定顆粒為等粒球體（直徑為D）作立方體排列）作立方體排列孔隙與孔隙與粒徑粒徑關(guān)系關(guān)系礫石（模型）礫石（模型）砂土樣品砂土樣品砂礫混合樣品砂礫混合樣品立方體排列立方體排列四面體排列四面體排列顆粒排列形式顆粒排列形式二、裂隙二、裂隙 1. 概

10、念：概念：巖石形成以后，由于各種內(nèi)、外營力的作用，使巖石形成以后，由于各種內(nèi)、外營力的作用，使巖石遭到破壞而形成的空隙。巖石遭到破壞而形成的空隙。 2. 分布：分布：主要分布在固結(jié)巖層：沉積巖、變質(zhì)巖、巖漿巖主要分布在固結(jié)巖層：沉積巖、變質(zhì)巖、巖漿巖等保留原來成巖孔隙，但主要是在后期應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂隙。等保留原來成巖孔隙，但主要是在后期應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂隙。 3. 分類：分類：按成因分：按成因分：n成巖裂隙：成巖裂隙：巖漿作用：巖漿作用：侵入、噴出，冷凝收縮（巖漿巖）侵入、噴出，冷凝收縮（巖漿巖）成巖作用成巖作用 沉積作用：沉積作用：固結(jié)、干縮固結(jié)、干縮 （沉積巖）。（沉積巖）。 巖漿巖最普遍，

11、玄武巖（基性）柱狀節(jié)理最有水文地質(zhì)意義。巖漿巖最普遍，玄武巖（基性）柱狀節(jié)理最有水文地質(zhì)意義。n風(fēng)化裂隙：風(fēng)化裂隙：風(fēng)化作用風(fēng)化作用n構(gòu)造裂隙：構(gòu)造裂隙：構(gòu)造應(yīng)力作用構(gòu)造應(yīng)力作用n卸荷裂隙卸荷裂隙特征特征描述量描述量形狀形狀大小大小多少多少分布規(guī)律分布規(guī)律連通性連通性有方向性有方向性相差懸殊相差懸殊不均勻不均勻k不均勻不均勻總體：不好總體：不好局部：好，主干斷裂局部：好，主干斷裂大小：大?。捍蟮挠袠?gòu)造斷裂帶，小的要用顯微鏡看。具有級(jí)次，大構(gòu)造斷大的有構(gòu)造斷裂帶，小的要用顯微鏡看。具有級(jí)次，大構(gòu)造斷裂帶，次級(jí)裂帶，次級(jí)-，再次一級(jí)，再次一級(jí)-。連通性：連通性：總體上不好，局部可能很好，形成裂隙系

12、統(tǒng)。找水，局部裂總體上不好，局部可能很好，形成裂隙系統(tǒng)。找水，局部裂隙，最好找在最大斷裂帶上，主干斷裂，隙，最好找在最大斷裂帶上，主干斷裂， 裂隙含水系統(tǒng)。裂隙含水系統(tǒng)。多少：多少：裂隙率裂隙率。線裂隙率：與裂隙走向垂直方向上單位長度內(nèi)裂隙所。線裂隙率：與裂隙走向垂直方向上單位長度內(nèi)裂隙所占的比例。占的比例。 面裂隙率，體裂隙率。野外研究裂隙時(shí)應(yīng)注意測(cè)定裂隙的方面裂隙率，體裂隙率。野外研究裂隙時(shí)應(yīng)注意測(cè)定裂隙的方向、寬度、延伸長度、充填情況等，這些影響水的運(yùn)動(dòng)。向、寬度、延伸長度、充填情況等，這些影響水的運(yùn)動(dòng)。巖石巖石名稱名稱碎屑巖碎屑巖化學(xué)巖化學(xué)巖巖漿巖巖漿巖變質(zhì)巖變質(zhì)巖玄武巖玄武巖凝灰?guī)r凝

13、灰?guī)r現(xiàn)代火山巖現(xiàn)代火山巖裂隙率裂隙率%3-301-302-52-51-124-4050各種巖石裂隙率數(shù)值表（變化范圍）各種巖石裂隙率數(shù)值表（變化范圍）三、溶穴三、溶穴 1. 概念：概念：可溶巖石在地下水的溶蝕作用下形成?？扇軒r石在地下水的溶蝕作用下形成。必須在必須在原有空隙、裂隙發(fā)育原有空隙、裂隙發(fā)育基礎(chǔ)上產(chǎn)生的?；A(chǔ)上產(chǎn)生的。 2. 分布：分布：可溶巖的沉積巖，如常見的灰?guī)r，白云可溶巖的沉積巖，如常見的灰?guī)r，白云巖。巖。 3. 種類：種類：溶孔（壓水試驗(yàn)，石灰?guī)r的微空隙），溶孔（壓水試驗(yàn)，石灰?guī)r的微空隙），溶蝕裂隙，溶隙，地下暗河。溶蝕裂隙，溶隙，地下暗河。特征特征描述量描述量形狀形狀大小大

14、小多少多少分布規(guī)律分布規(guī)律連通性連通性有方向性有方向性極不均勻極不均勻KV極不均勻極不均勻總體差，局部可以很好總體差，局部可以很好形狀：形狀：有方向性，主要在裂隙基礎(chǔ)上進(jìn)一步溶蝕而成，所以具有方向性，主要在裂隙基礎(chǔ)上進(jìn)一步溶蝕而成，所以具有裂隙特征。有裂隙特征。大?。捍笮。簶O不均勻，暗河，主干溶蝕形成。極不均勻，暗河，主干溶蝕形成。多少：多少：巖溶率巖溶率分布：分布：極不均勻（保留了裂隙特征）極不均勻（保留了裂隙特征）連通性：連通性：總體上差，局部可以很好，形成溶穴含水系統(tǒng)總體上差，局部可以很好，形成溶穴含水系統(tǒng)。 找水就要找主干，但地質(zhì)開采要避免碰到主干找水就要找主干，但地質(zhì)開采要避免碰到主

15、干暗河。暗河。VVKkv四、地下水分類四、地下水分類按含水介質(zhì)（按含水介質(zhì)（空隙特征空隙特征）分：）分： 孔隙水孔隙水、裂隙水裂隙水、巖溶水巖溶水Outwash sand and gravel in a gravel pitActual tortuous flow paths through the pore spacesLimestone exposed in a road cut 第第2 2節(jié)節(jié) 巖土中水的存在形式巖土中水的存在形式地殼巖土中的水地殼巖土中的水巖土巖土“骨架骨架”中的中的水水（礦物結(jié)合水）（礦物結(jié)合水）沸石水：沸石水：方沸石方沸石(Na2Al2Si4O12nH2O)結(jié)晶水：

16、結(jié)晶水：石膏石膏(CaSO4 2H2O)結(jié)構(gòu)水：結(jié)構(gòu)水：高嶺石高嶺石(Al4Si4O10(OH)8)巖土空隙中的水巖土空隙中的水結(jié)合水結(jié)合水 （礦物表面結(jié)合水）（礦物表面結(jié)合水）強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水弱結(jié)合水液態(tài)水液態(tài)水重力水重力水毛細(xì)水毛細(xì)水固態(tài)水固態(tài)水氣態(tài)水氣態(tài)水水文地質(zhì)學(xué)水文地質(zhì)學(xué)的重點(diǎn)研究的重點(diǎn)研究對(duì)象對(duì)象 一、結(jié)合水一、結(jié)合水 1、概念：、概念：分布在顆粒表面分布在顆粒表面受靜電引力大于重力受靜電引力大于重力，而不能，而不能在自身重力作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)的那部分水。在自身重力作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)的那部分水。 一、結(jié)合水一、結(jié)合水 2、成因：、成因： 帶電荷的顆粒表面，帶電荷的顆粒表面，一般帶負(fù)

17、電，主要存在于細(xì)小空隙、裂隙一般帶負(fù)電，主要存在于細(xì)小空隙、裂隙； 極性分子水，極性分子水，水分子是偶極體，被吸入；水分子是偶極體，被吸入； 巖石顆粒周圍水分子受到巖石顆粒周圍水分子受到庫侖力（靜電引力）庫侖力（靜電引力）的作用。的作用。靜電引力受到距離的影響，結(jié)合水的自由不同。靜電引力受到距離的影響，結(jié)合水的自由不同。3、類型及特征：、類型及特征：按牢固程度劃分：按牢固程度劃分： 強(qiáng)結(jié)合水：強(qiáng)結(jié)合水：F 密度大于密度大于1，平均，平均2g/cm3左右左右 F 冰點(diǎn)：冰點(diǎn)： -78 F 類似固體，不能流動(dòng)。在溫度類似固體，不能流動(dòng)。在溫度105上才能以氣態(tài)的形式脫離顆粒表面上才能以氣態(tài)的形式脫

18、離顆粒表面F 溶解鹽類能力弱、不能為植物吸收溶解鹽類能力弱、不能為植物吸收F 有較大的粘滯性、彈性和抗剪強(qiáng)度有較大的粘滯性、彈性和抗剪強(qiáng)度 。 弱結(jié)合水：弱結(jié)合水：F 排列規(guī)則，密度大于排列規(guī)則，密度大于1，為，為1.31.774g/cm3F 在外力作用下可產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，但速度十分緩慢在外力作用下可產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，但速度十分緩慢 F 溶解鹽類能力較弱溶解鹽類能力較弱 F 冰點(diǎn)為冰點(diǎn)為-15 有一定的粘滯性和抗剪強(qiáng)度有一定的粘滯性和抗剪強(qiáng)度 F 弱結(jié)合水的外層能被植物吸收利用弱結(jié)合水的外層能被植物吸收利用 。二、重力水二、重力水 距固相顆粒表面比較遠(yuǎn)，受其吸引力小，可以在自身重力距固相顆粒表面比較遠(yuǎn)，受其

19、吸引力小，可以在自身重力下發(fā)生運(yùn)動(dòng)的水。下發(fā)生運(yùn)動(dòng)的水。 巖土空隙中的重力水能夠巖土空隙中的重力水能夠自由流動(dòng)自由流動(dòng)，井、泉取用的地下水，井、泉取用的地下水都屬于重力水，為水文地質(zhì)學(xué)的研究重點(diǎn)。都屬于重力水，為水文地質(zhì)學(xué)的研究重點(diǎn)。三、毛細(xì)水三、毛細(xì)水毛細(xì)現(xiàn)象：毛細(xì)現(xiàn)象：在液體表面張力作用下，毛細(xì)管中水位上升一定在液體表面張力作用下，毛細(xì)管中水位上升一定高高 度的現(xiàn)象。度的現(xiàn)象。凹形的液面產(chǎn)生負(fù)的表面壓強(qiáng)凹形的液面產(chǎn)生負(fù)的表面壓強(qiáng)毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象PaPaP=PaP=Pa-PcPcP毛細(xì)空隙毛細(xì)空隙是巖土中的細(xì)小是巖土中的細(xì)小空隙，一般指直徑小于空隙，一般指直徑小于1mm的孔隙或?qū)挾刃∮诘目紫?/p>

20、或?qū)挾刃∮?.25mm的裂隙。的裂隙。 毛細(xì)上升高度毛細(xì)上升高度與毛管直徑與毛管直徑成反比。成反比。 松散巖石中松散巖石中細(xì)小的孔隙細(xì)小的孔隙通道通道構(gòu)成毛細(xì)管，所以在構(gòu)成毛細(xì)管，所以在地下水面以上的包氣帶中地下水面以上的包氣帶中廣泛存在毛細(xì)水。廣泛存在毛細(xì)水。 結(jié)論：結(jié)論：松散巖層的顆粒松散巖層的顆粒越粗，孔隙越大，則毛細(xì)越粗，孔隙越大，則毛細(xì)上升高度越小上升高度越小毛細(xì)現(xiàn)象的產(chǎn)生與表面張力有關(guān)。毛細(xì)現(xiàn)象的產(chǎn)生與表面張力有關(guān)。 任何液體都有力圖縮小其表面的趨勢(shì)。任何液體都有力圖縮小其表面的趨勢(shì)。 一個(gè)液體總是力求成為球狀一個(gè)液體總是力求成為球狀同容積同容積的液體表面最小的形狀。的液體表面最小

21、的形狀。 （1）表面張力：）表面張力： 設(shè)想在液面上劃一根長度為設(shè)想在液面上劃一根長度為 L 的線段，此線段兩邊的液面，以一定的的線段，此線段兩邊的液面，以一定的力力 f 相互吸引，力的作用方向平行于液面而與此線段垂直，大小與線段相互吸引，力的作用方向平行于液面而與此線段垂直，大小與線段長度成正比，即為長度成正比，即為表面張力表面張力，力的大小表示為：，力的大小表示為： f = L 為表面張力系數(shù)，單位為為表面張力系數(shù)，單位為dyn/cm。（。（1dyn=1N） PaPa-PcLff毛細(xì)現(xiàn)象及其實(shí)質(zhì)毛細(xì)現(xiàn)象及其實(shí)質(zhì)毛細(xì)現(xiàn)象及其實(shí)質(zhì)毛細(xì)現(xiàn)象及其實(shí)質(zhì)（2）附加表面壓強(qiáng)（）附加表面壓強(qiáng)（Pc） 表面

22、張力的作用，彎曲的液面表面張力的作用，彎曲的液面將對(duì)液面以內(nèi)的液體產(chǎn)生將對(duì)液面以內(nèi)的液體產(chǎn)生附加表附加表面壓強(qiáng)面壓強(qiáng)（ Pc ），），而這一附加表面而這一附加表面壓強(qiáng)總是指向液體表面的曲率中壓強(qiáng)總是指向液體表面的曲率中心方向：心方向： 凸起凸起的彎液面，對(duì)液面內(nèi)側(cè)的的彎液面，對(duì)液面內(nèi)側(cè)的液體，附加一個(gè)液體，附加一個(gè)正正的表面壓強(qiáng)；的表面壓強(qiáng)； 凹進(jìn)凹進(jìn)的彎液面，對(duì)液面內(nèi)側(cè)的的彎液面，對(duì)液面內(nèi)側(cè)的液體，附加一個(gè)液體，附加一個(gè)負(fù)負(fù)的表面壓強(qiáng)的表面壓強(qiáng)毛細(xì)壓強(qiáng)毛細(xì)壓強(qiáng)（毛細(xì)負(fù)壓）（毛細(xì)負(fù)壓）Pc毛細(xì)水類型：毛細(xì)水類型： 1. 支持支持毛細(xì)水：下面有水面毛細(xì)水：下面有水面的支持。圖中井的左側(cè)表示的支持

23、。圖中井的左側(cè)表示高水高水位位時(shí)砂層中的支持毛細(xì)水。時(shí)砂層中的支持毛細(xì)水。 2. 懸掛懸掛毛細(xì)水：下部沒有水毛細(xì)水：下部沒有水面支持。井的右側(cè)表示面支持。井的右側(cè)表示水位降低水位降低后后砂層中的懸掛毛細(xì)水。砂層中的懸掛毛細(xì)水。 礫石層中礫石層中孔隙直徑已超過毛孔隙直徑已超過毛細(xì)管，故不存在支持毛細(xì)水。細(xì)管，故不存在支持毛細(xì)水。 3. 孔角孔角毛細(xì)水：包氣帶中顆毛細(xì)水：包氣帶中顆粒接觸點(diǎn)上的毛細(xì)水。由于粗細(xì)粒接觸點(diǎn)上的毛細(xì)水。由于粗細(xì)交替的地質(zhì)條件和水位的變化而交替的地質(zhì)條件和水位的變化而形成將水滯留在孔角上。形成將水滯留在孔角上。水水 井井礫石層礫石層四、氣態(tài)水、固態(tài)水及礦物中的水四、氣態(tài)水、

24、固態(tài)水及礦物中的水 在未飽和水的空隙中存在著在未飽和水的空隙中存在著氣態(tài)水氣態(tài)水。氣態(tài)水可以隨空氣。氣態(tài)水可以隨空氣或在水氣壓力差的作用下流動(dòng)?；蛟谒畾鈮毫Σ畹淖饔孟铝鲃?dòng)。 巖石的溫度低于巖石的溫度低于00時(shí)，液態(tài)水轉(zhuǎn)為時(shí)，液態(tài)水轉(zhuǎn)為固態(tài)水固態(tài)水。我國大部。我國大部分地區(qū)有分地區(qū)有季節(jié)性凍土季節(jié)性凍土。東北及青藏高原，有。東北及青藏高原，有多年凍土多年凍土，對(duì)工，對(duì)工程的破壞性比較強(qiáng)，融化時(shí)固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)，體積變化。程的破壞性比較強(qiáng)，融化時(shí)固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)，體積變化。 礦物礦物晶格內(nèi)及礦物孔洞中的水，就是沸石水、結(jié)晶水及晶格內(nèi)及礦物孔洞中的水，就是沸石水、結(jié)晶水及結(jié)構(gòu)水。方沸石（結(jié)構(gòu)水。方沸石（Na

25、Na2 2A1A12 2SiSi4 4O O1212nHnH2 2O)O)中沸石水，在加熱時(shí)可中沸石水，在加熱時(shí)可以從礦物中分離出去。以從礦物中分離出去。第第3節(jié)節(jié) 與水有關(guān)的巖土性質(zhì)與水有關(guān)的巖土性質(zhì)u 容水性容水性：巖石能容納一定數(shù)量水的性質(zhì)。用：巖石能容納一定數(shù)量水的性質(zhì)。用容水度容水度表示。表示。u 給水性給水性：飽水巖石在重力作用下能自由排出一定數(shù)量水的：飽水巖石在重力作用下能自由排出一定數(shù)量水的性質(zhì)。用性質(zhì)。用給水度給水度表示。表示。 u 持水性持水性：巖石在重力釋水后能在空隙中保持一定數(shù)量水的：巖石在重力釋水后能在空隙中保持一定數(shù)量水的性質(zhì)。用性質(zhì)。用持水度持水度表示。表示。u透

26、水性透水性：巖石允許讓水通過的性質(zhì)。用：巖石允許讓水通過的性質(zhì)。用滲透系數(shù)滲透系數(shù)或單位吸或單位吸水量表示。水量表示。容水度（容水度（Mc） 巖土完全飽水時(shí)所能容納的水的體積與巖土體積的比值。巖土完全飽水時(shí)所能容納的水的體積與巖土體積的比值。若以重量計(jì)，則稱容水量。若以重量計(jì)，則稱容水量。 容水度與孔隙度（裂隙率、巖溶率）相等。容水度與孔隙度（裂隙率、巖溶率）相等。 %100)(VVMmc巖石名稱巖石名稱粘粘土土亞亞砂砂粉粉砂砂細(xì)砂細(xì)砂中砂中砂粗砂粗砂礫砂礫砂細(xì)礫細(xì)礫中礫中礫粗礫粗礫平均給水平均給水度度%27821262725252322常見的松散巖土的平均給水度常見的松散巖土的平均給水度給水

27、度（給水度（u） 地下水位下降單位體積時(shí)，釋出水的體積和疏干體積的地下水位下降單位體積時(shí)，釋出水的體積和疏干體積的比值。比值。 反映飽水巖石在重力作用下所能排出的最大水的體積。反映飽水巖石在重力作用下所能排出的最大水的體積。即當(dāng)?shù)叵滤幌陆狄粋€(gè)單位時(shí)，在重力作用下單位水平面即當(dāng)?shù)叵滤幌陆狄粋€(gè)單位時(shí)，在重力作用下單位水平面積巖石柱體中所能釋放出的水體積。積巖石柱體中所能釋放出的水體積。 %100)(VVuu影響給水度影響給水度u大小的因素：大小的因素： 巖性巖性影響。有三個(gè)方面：影響。有三個(gè)方面： 組成巖石的礦物成分（決定空隙的大小、多少）組成巖石的礦物成分（決定空隙的大小、多少） 顆粒大小、

28、級(jí)配及分選程度顆粒大小、級(jí)配及分選程度 空隙情況空隙情況 初始地下水埋藏深度初始地下水埋藏深度地下水位下降速率地下水位下降速率 給水度、持水度與容水度的關(guān)系給水度、持水度與容水度的關(guān)系在數(shù)值上：在數(shù)值上： crMSu持水度（持水度（Sr） 地下水位下降時(shí)，滯留于非飽和帶中而不釋出的水的地下水位下降時(shí)，滯留于非飽和帶中而不釋出的水的體積與單位疏干體積的比值。體積與單位疏干體積的比值。 %100)(VVSsr松散巖土持水度數(shù)值松散巖土持水度數(shù)值巖石名稱巖石名稱粗砂粗砂中砂中砂細(xì)砂細(xì)砂極細(xì)砂極細(xì)砂亞粘土亞粘土粘土粘土顆粒大小顆粒大小mm2-0.50.5-0.250.25-0.10.1-0.050.0

29、5-0.0020.002最大分子水容度最大分子水容度1.571.62.734.7510.844.85透水性：透水性：滲透系數(shù)（滲透系數(shù)（K）：）：稱水力傳導(dǎo)系數(shù)（稱水力傳導(dǎo)系數(shù)（hydraulic conductivity)。在各向同性介質(zhì)中，單位水力梯度下的在各向同性介質(zhì)中，單位水力梯度下的滲透流速滲透流速（m/d） ，表示流體通過孔隙骨架的難易程度。表示流體通過孔隙骨架的難易程度。 影響滲透性大小的因素影響滲透性大小的因素: 對(duì)松散層對(duì)松散層: l 顆粒大小、形狀、分選程度、密實(shí)度、膠結(jié)情況顆粒大小、形狀、分選程度、密實(shí)度、膠結(jié)情況 l 水質(zhì)、水溫、液體類型。水質(zhì)、水溫、液體類型。 對(duì)堅(jiān)硬巖體對(duì)堅(jiān)硬巖體 ：l 同松散層同松散層 l 更取決于裂隙的幾何結(jié)構(gòu)特征：延伸方向、寬度、密更取決于裂隙的幾何結(jié)構(gòu)特征：延伸方向、寬度、密度、長度、連通性、充填物、裂隙面的粗糙程度等。度、長度、連通性、充填物、裂隙面的粗糙程度等。透水性透水性透水性透水性巖性巖性滲透系數(shù)滲透