水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)課件

FundamentalsofHydrogeoloy

水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)

第二章巖石中的空隙與水TheIntersticesandWaterinRocksFundamentalsofHydrogeoloy

水文1本章內(nèi)容

2.1巖石中的空隙

2.2空隙中的水

2.3巖石的水理性質(zhì)本章內(nèi)容2.1巖石中的空隙22.1

巖石中的空隙■巖石——水文地質(zhì)學(xué)中指堅(jiān)硬的巖石及松散的土層■空隙——巖、土中各種類型的空洞的總稱空隙—是地下水賦存場(chǎng)所(places)和運(yùn)移通道(conduits)空隙分為：1.孔隙(pore)--unconsolidatedsoil—(第四紀(jì)地質(zhì)學(xué))2.裂隙(fissure)--hardrock---(構(gòu)造地質(zhì)學(xué))3.溶穴(cavity)--dissolublerock–(巖溶地貌學(xué))《工程地質(zhì)學(xué)》是從土層的物理力學(xué)指標(biāo)（性能）來(lái)討論，如土的壓縮性或強(qiáng)度變形。下面以孔隙為例，討論描述空隙特征的有關(guān)概念，參數(shù)(指標(biāo))和分析方法。2.1巖石中的空隙■巖石——水文地質(zhì)學(xué)中指堅(jiān)硬的巖石及松32.1.1

孔隙孔隙（pore,void）土體孔隙的描述有：孔隙的大小，多少，形狀，連通與分布松散土體宏觀上可以分為2大類：砂性土與粘性土類1、砂礫石孔隙大小及其影響因素

●試樣a—礫石(模型)，試樣b—砂土樣品，試樣c—砂礫混合樣品

提問(wèn)：試樣a與b構(gòu)成的孔隙哪種大？哪種小？顆粒大小----有關(guān)？

●簡(jiǎn)單歸納---砂礫石土孔隙大小與什么有關(guān)？顆粒大小、排列——立方體或四面體、分選、膠結(jié)與充填等

●孔隙大小特征的描述：孔喉(d)d=0.414D孔腹(d’)d’=0.732D

(上述為：立方體排列的理想等徑園球顆粒)2.1.1孔隙孔隙（pore,void）4孔隙與粒徑關(guān)系孔隙與粒徑關(guān)系5松散砂礫石孔隙大小與分選的關(guān)系—好、壞？松散砂礫石孔隙大小與分選的關(guān)系—好、壞？6立方體排列與四面體排列立方體排列與四面體排列72.1.1

孔隙2、砂礫石的孔隙度（porosity）及其影響因素孔隙度是描述松散巖石中孔隙多少的指標(biāo)●定義：某一體積巖石（包括顆粒骨架與空隙在內(nèi)）中孔隙體積所占的比例。通常用n表示：●

問(wèn)題：孔隙度的大小與什么有關(guān)？——與顆粒大小有關(guān)？

a.與排列有關(guān)——緊密與疏松理想最疏松孔隙為47.64%，最緊密排列孔隙為25.95%。b.與分選有關(guān)——下面試樣哪個(gè)孔隙度大？哪個(gè)小？試樣：①礫石②砂石③混合樣●完全混合試樣時(shí)，孔隙度n混=n礫×n砂（請(qǐng)自己推導(dǎo)證明）●影響孔隙度大小的主要因素是試樣的分選程度。2.1.1孔隙2、砂礫石的孔隙度（porosity）及其影8不同顆粒大小的試樣——孔隙度？不同顆粒大小的試樣——孔隙度？92.1.1孔隙●

自然界中松散巖石的孔隙度與上述討論的還有些不同，P17表2-1。表2--1松散巖石孔隙度參考數(shù)值●矛盾之一：與粒徑的關(guān)系不是愈大則愈大？●矛盾之二：孔隙度超過(guò)最疏松排列的47.64%—達(dá)到70%2.1.1孔隙●自然界中松散巖石的孔隙度與上述討論的還有102.1.1

孔隙——粘土3、粘性土的孔隙與孔隙度■粘土顆粒?粘性土是指土體顆粒＜0.005mm的直徑?“粘性土由于顆粒細(xì)小，比表面積大，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(lái)形成粘粒團(tuán)”?細(xì)小粘粒集合（團(tuán)）構(gòu)成（稱為）顆粒集合體。?集合體與集合體結(jié)合構(gòu)成粘性土的沉積結(jié)構(gòu)特征■粘土孔隙粘性土如同海綿、峰窩或絮狀結(jié)構(gòu)?結(jié)構(gòu)孔隙——集合體與集合體、粘粒與粘粒之間?次生孔隙——蟲(chóng)孔、根系孔、裂隙裂痕等2.1.1孔隙——粘土3、粘性土的孔隙與孔隙度11蒙脫石、片狀粘土礦物——淤泥粘土×2000×2000蒙脫石、片狀粘土礦物——淤泥粘土×2000×200012粘性土的結(jié)構(gòu)，不同比例電鏡掃描片×240×800×36粘性土的結(jié)構(gòu)，不同比例電鏡掃描片×240×800×3613松散孔隙|粘土孔隙|裂隙溶隙松散孔隙|粘土孔隙|裂隙溶隙142.1.2

裂隙裂隙(fissurefracture)

固結(jié)的堅(jiān)硬巖石中，一般僅殘存很小部分孔隙，而存在有各種內(nèi)外力作用下產(chǎn)生的裂縫(縫隙)，按成因可分為：

風(fēng)化（卸荷）裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙●

裂隙：空間形態(tài)是兩向延伸長(zhǎng)，橫向延伸短的“餅狀”空隙，單個(gè)裂隙是孤立的●

裂隙巖體：從水的賦存與運(yùn)移角度來(lái)看，裂隙的描述包括：1)裂隙的連通性（組數(shù)、產(chǎn)狀、長(zhǎng)度和密度）2)張開(kāi)性（裂隙寬度）3)裂隙率等2.1.2裂隙裂隙(fissurefracture)15風(fēng)化（卸荷）裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙風(fēng)化（卸荷）裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙162.1.3溶穴溶穴（solutioncavity）cavern

●在裂隙基礎(chǔ)，水流對(duì)可溶巖進(jìn)一步作用的結(jié)果—是擴(kuò)大了的裂隙溶穴：溶蝕的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等●巖溶巖體：要描述裂隙特征及巖溶發(fā)育特征（裂隙+溶洞）

1）巖溶發(fā)育方向2）溶蝕率--鉆孔巖溶發(fā)育程度3）溶洞（方向、規(guī)模等）2.1.3溶穴溶穴（solutioncavity）c172.1.4

空隙特征的對(duì)比空隙特征的比較●含水介質(zhì)——由各類空隙所構(gòu)成的巖石稱為含水介質(zhì)，也稱為介質(zhì)場(chǎng)。含水介質(zhì)的空間分布與連通特征（孔隙含水介質(zhì)、裂隙含水介質(zhì)、溶隙含水介質(zhì)）是不同的，三種主要類型的含水介質(zhì)比較：●連通性—孔隙介質(zhì)最好，其它較差●空間分布—孔隙介質(zhì)分布最均勻，裂隙不均勻，溶穴極不均勻，孔隙大小均勻，裂隙大小懸殊，溶穴極懸殊●空隙比率—孔隙介質(zhì)最大，裂隙最小●空隙滲透性—孔隙介質(zhì)-各向同性，裂隙與溶穴-各向異性造成空隙介質(zhì)上述差異的主要原因：沉積物形成和空隙形成的環(huán)境2.1.4空隙特征的對(duì)比空隙特征的比較18巖石中的空隙——思考題思考題：1）什么叫孔隙度？孔隙度大與孔隙大有區(qū)別嗎？2）粘性土孔隙度大——是含水層嗎？3）試總結(jié)砂礫類土體的孔隙形狀特點(diǎn)，并加以概化（圖示）。4）堅(jiān)硬的花崗巖、砂巖、灰?guī)r的空隙特征有何異同點(diǎn)？（可以通過(guò)查閱資料和文獻(xiàn)回答）第二章第一節(jié)結(jié)束巖石中的空隙——思考題思考題：第二章第一節(jié)結(jié)束192.2空隙中的水存在形式：氣態(tài)固態(tài)液態(tài)

設(shè)想實(shí)驗(yàn)：材料（玻璃珠子、細(xì)管）+水（水杯）（1）2個(gè)玻璃珠子之間滴上幾滴水，接觸部位就會(huì)有所殘留水（2）在飽水試樣中取1顆和2個(gè)顆粒，顆粒和顆?？紫堕g的水？（3）將玻璃細(xì)管插入水中，取出，管中殘留水？通過(guò)上述3例及圖示→空隙中水的存在形式：

結(jié)合水——（absorbedwater,boundwater）重力水——（gravitationalwater;bulkwater）毛細(xì)水——（capillarywater）2.2空隙中的水存在形式：氣態(tài)固態(tài)液態(tài)202.2.1

結(jié)合水結(jié)合水（absorbedwater,boundwater）■定義：附著于固體表面，在自身重力下不能運(yùn)動(dòng)的水,即結(jié)合水具有一定的抗剪強(qiáng)度

提問(wèn)：抗剪強(qiáng)度的產(chǎn)生與大小與什么有關(guān)？

表面引力—服從庫(kù)侖定律，隨固體表面的距離加大而減弱■性質(zhì)結(jié)合水具有固態(tài)和液態(tài)水的雙重性質(zhì)；即自身重力作用下不能運(yùn)動(dòng)，在外力作用下能夠移動(dòng)（運(yùn)動(dòng)）及變形■意義只要有固相表面就存在結(jié)合水，存在范圍廣，其量很?。ńY(jié)合水膜很?。?dāng)孔隙直徑小于2倍結(jié)合水膜厚度時(shí)，孔隙中只含有不能自由運(yùn)動(dòng)的結(jié)合水（又稱無(wú)效空間）結(jié)合水與重力水重力水2.2.1結(jié)合水結(jié)合水（absorbedwater,21結(jié)合水與重力水結(jié)合水與重力水22結(jié)合水與重力水結(jié)合水與重力水232.2.2重力水重力水（gravitationalwater;bulkwater）■遠(yuǎn)離固相表面，水分子受固相表面吸引力的影響極其微弱，主要受重力影響。重力影響下可以自由運(yùn)動(dòng)

●無(wú)重力作用下水的存在？如在太空中瓶中的水分布—受表面吸引作用液態(tài)水的特征■地層內(nèi)巖石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通過(guò)泉，或井流出（抽出）■重力水是水文地質(zhì)學(xué)研究的主要對(duì)象，也是勘察的主要對(duì)象結(jié)合水與重力水2.2.2重力水重力水（gravitationalw242.2.3毛細(xì)水毛細(xì)水（capillarywater）1、基本概念■毛細(xì)現(xiàn)象：①根據(jù)細(xì)小管插入水中，水上升至一定高度停下來(lái)②在土層中挖個(gè)洞，在洞內(nèi)放個(gè)接滲皿，能否接到水？—北方地窖，陜北的窯洞■毛細(xì)力：

毛細(xì)水：受到表面吸引力，重力，還有另一種力—稱毛細(xì)力的作用，產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象我們可以把毛細(xì)力歸納為3點(diǎn)：2.2.3毛細(xì)水毛細(xì)水（capillarywater）25毛細(xì)水，孔角毛細(xì)水毛細(xì)水，孔角毛細(xì)水26毛細(xì)水思考：1.上細(xì)下粗土層，滴水，水停留在何處？2.黃土層中挖平洞，下大雨后，洞內(nèi)能否接到水？毛細(xì)水思考：272.2.3毛細(xì)水1、毛細(xì)力：

■毛細(xì)力的產(chǎn)生：

是在三相界面上內(nèi)彎液面引起——液面彎曲產(chǎn)生的

■毛細(xì)力的方向：作用方向始終指向彎曲液面的凹側(cè)

凹凸彎液面是指相對(duì)于液相一側(cè)而言的凹形彎液面—負(fù)的毛細(xì)壓強(qiáng)（negative）---如同真空吸力凸形彎液面—正的毛細(xì)壓強(qiáng)（positive）

■毛細(xì)力的大?。?/p>

毛細(xì)力大小與彎液面的曲率成正比（曲率大,毛細(xì)力大;曲率小，毛細(xì)力小）

一根毛細(xì)管子，管徑越小，毛細(xì)力越大；反之亦然

毛細(xì)力大，毛細(xì)上升高度也越大2.2.3毛細(xì)水1、毛細(xì)力：282.2.3毛細(xì)水2、毛細(xì)水的存在形式（statesforms）

在巖石空隙中，毛細(xì)水的存在形式可分為三種：a)支持毛細(xì)水（supportingcapillarywater）在地下水面支持下存在的（附著水面上的），隨地下水升降而升降。上升高度與水面上部的巖石孔隙性質(zhì)有關(guān)b)懸掛毛細(xì)水（suspensioncapillarywater）脫離水面，巖石細(xì)小孔隙中保留的水分，稱為懸掛毛細(xì)水上粗下細(xì)或上細(xì)下粗砂礫試樣的例子。？懸掛毛細(xì)水的高度

思考：一個(gè)等徑園管，如果支持毛細(xì)水高度為hc，懸掛毛細(xì)水高度？c)孔角毛細(xì)水（觸點(diǎn)毛細(xì)水）（cornerwater,contiguitywater?）孔角毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水是不同——？懸掛毛細(xì)水似串珠狀且連續(xù)分布的，孔角毛細(xì)水是孤立的支持與懸掛毛細(xì)水小結(jié)2.2.3毛細(xì)水2、毛細(xì)水的存在形式（statesfor29支持毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水支持毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水302.2空隙中的水—小結(jié)1、巖石空隙中的水----有三種存在形式2、三種形式的水有差異----與受力狀態(tài)有關(guān)

自己總結(jié)、比較----加深理解----有比較就會(huì)有記憶第二節(jié)空隙中的水結(jié)束2.2空隙中的水—小結(jié)第二節(jié)空隙中的水結(jié)束312.3巖石的水理性質(zhì)■巖石（包括骨架與空隙在內(nèi)的總稱）

水理性質(zhì)：就水文地質(zhì)學(xué)主要涉及是與水分儲(chǔ)容、釋出與運(yùn)移有關(guān)的性質(zhì)。包括：一、容水度和孔隙度（porosity）（反映巖石最大含水能力）巖石完全飽水時(shí)，所能容納的最大水體積與巖石總體積之比容水度---nr;

孔隙度---n？?jī)烧哂泻侮P(guān)系

二、含水量（watercontent）---ω巖石樣實(shí)際保留水分的狀況，（是某巖樣某時(shí)的含水狀態(tài)）又稱巖石的天然含水量三、持水度（specificretention）---Sr巖石的持水能力---最大保持水分的能力巖石的持水量（持水體積）與巖石總體積之比2.3巖石的水理性質(zhì)■巖石（包括骨架與空隙在內(nèi)的總稱322.3巖石的水理性質(zhì)四、給水度（specificyield）——m(memd)(waterdrainedfromsoilundergravityflow)1、定義：當(dāng)?shù)叵滤幌陆狄粋€(gè)單位高度時(shí)，單位水平面積巖石柱體，在重力作用下釋放出來(lái)的水體積，稱為給水度當(dāng)水位下降一個(gè)單位，土層孔隙中是否所有的水都流出來(lái)？在土層中會(huì)保留什么形式的水？

結(jié)合水(膜)，孔角毛細(xì)水，有時(shí)懸掛毛細(xì)水與支持毛細(xì)水均質(zhì)土包氣帶水分分布2.3巖石的水理性質(zhì)四、給水度（specificyiel33均質(zhì)土包氣帶水分分布均質(zhì)土包氣帶水分分布342.3巖石的水理性質(zhì)2、影響給水度——μ值的因素礫石、粗砂、細(xì)砂、砂礫混合樣相比較，哪種樣給水度大a)巖性：空隙大的樣品，給水度大，μ≈n

●礫＞粗砂＞…＞粉砂——（與粒徑有關(guān)）

●顆粒細(xì)小者，比表面積大，結(jié)合水與孔角毛細(xì)水殘留多，除巖性外，同一巖層中其它原因也可造成μ不同，為什么？b)地下水位初始埋深（H0）●當(dāng)?shù)叵滤怀跏悸裆畲笥谥С置?xì)水帶高度時(shí)H0

＞＞hc,可達(dá)最大μ值●H0＜＜hc時(shí)，地下水位下降1個(gè)高度時(shí)，原重力水大多轉(zhuǎn)化為支持毛細(xì)水，土層給水量大大降低，μ變小?！裢翆雍壳€分析：當(dāng)水位埋深足夠大時(shí)，土層給水度不發(fā)生變化（為定值），此時(shí)給水度—也是最大理論給水度

μ=ωs-ω0μ=n-Sr2.3巖石的水理性質(zhì)2、影響給水度——μ值的因素35給水度與地下水位埋深的關(guān)系給水度與地下水位埋深的關(guān)系362.3巖石的水理性質(zhì)

c)與地下水位下降速度有關(guān)●地下水位下降快慢會(huì)影響到μ的大小—（下降快μ<μ理、下降慢μ→μ理）這是因?yàn)獒屗疁螅鴮?dǎo)致的釋水減量

d)土層結(jié)構(gòu)●均質(zhì)土特征與上述討論一致●巖土層為層狀非均質(zhì)土?xí)r，往往會(huì)影響μ值，●多層狀土的特征而言，上粗下細(xì)，上細(xì)下粗結(jié)構(gòu)影響是不同的。2.3巖石的水理性質(zhì)c)與地下水位下降速度有關(guān)37給水度小結(jié)給水度小結(jié)——野外實(shí)際測(cè)定時(shí)：

●

均值土，當(dāng)?shù)叵滤怀跏悸裆畲笥趆c，降速緩慢，

μ=ωS-ω0

●初始埋深小于hc時(shí)，埋深愈淺，μ↓

●水位降速愈快，μ↓

●一般而言，層狀土μ小于均值土。結(jié)合實(shí)驗(yàn)課——設(shè)計(jì)研究給水度的影響因素與確定方法給水度小結(jié)給水度小結(jié)——野外實(shí)際測(cè)定時(shí)：382.3巖石的水理性質(zhì)五、透水性（permeability）——（先自學(xué)一下）

反映巖土透過(guò)水的能力后續(xù)講“地下水的運(yùn)動(dòng)”時(shí)再討論巖石空隙直徑越大—透水能力越強(qiáng)—透水性越好！第二章結(jié)束2.3巖石的水理性質(zhì)五、透水性（permeability39FundamentalsofHydrogeoloy

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第二章巖石中的空隙與水TheIntersticesandWaterinRocksFundamentalsofHydrogeoloy

水文40本章內(nèi)容

2.1巖石中的空隙

2.2空隙中的水

2.3巖石的水理性質(zhì)本章內(nèi)容2.1巖石中的空隙412.1

巖石中的空隙■巖石——水文地質(zhì)學(xué)中指堅(jiān)硬的巖石及松散的土層■空隙——巖、土中各種類型的空洞的總稱空隙—是地下水賦存場(chǎng)所(places)和運(yùn)移通道(conduits)空隙分為：1.孔隙(pore)--unconsolidatedsoil—(第四紀(jì)地質(zhì)學(xué))2.裂隙(fissure)--hardrock---(構(gòu)造地質(zhì)學(xué))3.溶穴(cavity)--dissolublerock–(巖溶地貌學(xué))《工程地質(zhì)學(xué)》是從土層的物理力學(xué)指標(biāo)（性能）來(lái)討論，如土的壓縮性或強(qiáng)度變形。下面以孔隙為例，討論描述空隙特征的有關(guān)概念，參數(shù)(指標(biāo))和分析方法。2.1巖石中的空隙■巖石——水文地質(zhì)學(xué)中指堅(jiān)硬的巖石及松422.1.1

孔隙孔隙（pore,void）土體孔隙的描述有：孔隙的大小，多少，形狀，連通與分布松散土體宏觀上可以分為2大類：砂性土與粘性土類1、砂礫石孔隙大小及其影響因素

●試樣a—礫石(模型)，試樣b—砂土樣品，試樣c—砂礫混合樣品

提問(wèn)：試樣a與b構(gòu)成的孔隙哪種大？哪種??？顆粒大小----有關(guān)？

●簡(jiǎn)單歸納---砂礫石土孔隙大小與什么有關(guān)？顆粒大小、排列——立方體或四面體、分選、膠結(jié)與充填等

●孔隙大小特征的描述：孔喉(d)d=0.414D孔腹(d’)d’=0.732D

(上述為：立方體排列的理想等徑園球顆粒)2.1.1孔隙孔隙（pore,void）43孔隙與粒徑關(guān)系孔隙與粒徑關(guān)系44松散砂礫石孔隙大小與分選的關(guān)系—好、壞？松散砂礫石孔隙大小與分選的關(guān)系—好、壞？45立方體排列與四面體排列立方體排列與四面體排列462.1.1

孔隙2、砂礫石的孔隙度（porosity）及其影響因素孔隙度是描述松散巖石中孔隙多少的指標(biāo)●定義：某一體積巖石（包括顆粒骨架與空隙在內(nèi)）中孔隙體積所占的比例。通常用n表示：●

問(wèn)題：孔隙度的大小與什么有關(guān)？——與顆粒大小有關(guān)？

a.與排列有關(guān)——緊密與疏松理想最疏松孔隙為47.64%，最緊密排列孔隙為25.95%。b.與分選有關(guān)——下面試樣哪個(gè)孔隙度大？哪個(gè)小？試樣：①礫石②砂石③混合樣●完全混合試樣時(shí)，孔隙度n混=n礫×n砂（請(qǐng)自己推導(dǎo)證明）●影響孔隙度大小的主要因素是試樣的分選程度。2.1.1孔隙2、砂礫石的孔隙度（porosity）及其影47不同顆粒大小的試樣——孔隙度？不同顆粒大小的試樣——孔隙度？482.1.1孔隙●

自然界中松散巖石的孔隙度與上述討論的還有些不同，P17表2-1。表2--1松散巖石孔隙度參考數(shù)值●矛盾之一：與粒徑的關(guān)系不是愈大則愈大？●矛盾之二：孔隙度超過(guò)最疏松排列的47.64%—達(dá)到70%2.1.1孔隙●自然界中松散巖石的孔隙度與上述討論的還有492.1.1

孔隙——粘土3、粘性土的孔隙與孔隙度■粘土顆粒?粘性土是指土體顆粒＜0.005mm的直徑?“粘性土由于顆粒細(xì)小，比表面積大，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(lái)形成粘粒團(tuán)”?細(xì)小粘粒集合（團(tuán)）構(gòu)成（稱為）顆粒集合體。?集合體與集合體結(jié)合構(gòu)成粘性土的沉積結(jié)構(gòu)特征■粘土孔隙粘性土如同海綿、峰窩或絮狀結(jié)構(gòu)?結(jié)構(gòu)孔隙——集合體與集合體、粘粒與粘粒之間?次生孔隙——蟲(chóng)孔、根系孔、裂隙裂痕等2.1.1孔隙——粘土3、粘性土的孔隙與孔隙度50蒙脫石、片狀粘土礦物——淤泥粘土×2000×2000蒙脫石、片狀粘土礦物——淤泥粘土×2000×200051粘性土的結(jié)構(gòu)，不同比例電鏡掃描片×240×800×36粘性土的結(jié)構(gòu)，不同比例電鏡掃描片×240×800×3652松散孔隙|粘土孔隙|裂隙溶隙松散孔隙|粘土孔隙|裂隙溶隙532.1.2

裂隙裂隙(fissurefracture)

固結(jié)的堅(jiān)硬巖石中，一般僅殘存很小部分孔隙，而存在有各種內(nèi)外力作用下產(chǎn)生的裂縫(縫隙)，按成因可分為：

風(fēng)化（卸荷）裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙●

裂隙：空間形態(tài)是兩向延伸長(zhǎng)，橫向延伸短的“餅狀”空隙，單個(gè)裂隙是孤立的●

裂隙巖體：從水的賦存與運(yùn)移角度來(lái)看，裂隙的描述包括：1)裂隙的連通性（組數(shù)、產(chǎn)狀、長(zhǎng)度和密度）2)張開(kāi)性（裂隙寬度）3)裂隙率等2.1.2裂隙裂隙(fissurefracture)54風(fēng)化（卸荷）裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙風(fēng)化（卸荷）裂隙、成巖裂隙、構(gòu)造裂隙552.1.3溶穴溶穴（solutioncavity）cavern

●在裂隙基礎(chǔ)，水流對(duì)可溶巖進(jìn)一步作用的結(jié)果—是擴(kuò)大了的裂隙溶穴：溶蝕的裂隙，有溶孔、溶隙、溶洞等●巖溶巖體：要描述裂隙特征及巖溶發(fā)育特征（裂隙+溶洞）

1）巖溶發(fā)育方向2）溶蝕率--鉆孔巖溶發(fā)育程度3）溶洞（方向、規(guī)模等）2.1.3溶穴溶穴（solutioncavity）c562.1.4

空隙特征的對(duì)比空隙特征的比較●含水介質(zhì)——由各類空隙所構(gòu)成的巖石稱為含水介質(zhì)，也稱為介質(zhì)場(chǎng)。含水介質(zhì)的空間分布與連通特征（孔隙含水介質(zhì)、裂隙含水介質(zhì)、溶隙含水介質(zhì)）是不同的，三種主要類型的含水介質(zhì)比較：●連通性—孔隙介質(zhì)最好，其它較差●空間分布—孔隙介質(zhì)分布最均勻，裂隙不均勻，溶穴極不均勻，孔隙大小均勻，裂隙大小懸殊，溶穴極懸殊●空隙比率—孔隙介質(zhì)最大，裂隙最小●空隙滲透性—孔隙介質(zhì)-各向同性，裂隙與溶穴-各向異性造成空隙介質(zhì)上述差異的主要原因：沉積物形成和空隙形成的環(huán)境2.1.4空隙特征的對(duì)比空隙特征的比較57巖石中的空隙——思考題思考題：1）什么叫孔隙度？孔隙度大與孔隙大有區(qū)別嗎？2）粘性土孔隙度大——是含水層嗎？3）試總結(jié)砂礫類土體的孔隙形狀特點(diǎn)，并加以概化（圖示）。4）堅(jiān)硬的花崗巖、砂巖、灰?guī)r的空隙特征有何異同點(diǎn)？（可以通過(guò)查閱資料和文獻(xiàn)回答）第二章第一節(jié)結(jié)束巖石中的空隙——思考題思考題：第二章第一節(jié)結(jié)束582.2空隙中的水存在形式：氣態(tài)固態(tài)液態(tài)

設(shè)想實(shí)驗(yàn)：材料（玻璃珠子、細(xì)管）+水（水杯）（1）2個(gè)玻璃珠子之間滴上幾滴水，接觸部位就會(huì)有所殘留水（2）在飽水試樣中取1顆和2個(gè)顆粒，顆粒和顆?？紫堕g的水？（3）將玻璃細(xì)管插入水中，取出，管中殘留水？通過(guò)上述3例及圖示→空隙中水的存在形式：

結(jié)合水——（absorbedwater,boundwater）重力水——（gravitationalwater;bulkwater）毛細(xì)水——（capillarywater）2.2空隙中的水存在形式：氣態(tài)固態(tài)液態(tài)592.2.1

結(jié)合水結(jié)合水（absorbedwater,boundwater）■定義：附著于固體表面，在自身重力下不能運(yùn)動(dòng)的水,即結(jié)合水具有一定的抗剪強(qiáng)度

提問(wèn)：抗剪強(qiáng)度的產(chǎn)生與大小與什么有關(guān)？

表面引力—服從庫(kù)侖定律，隨固體表面的距離加大而減弱■性質(zhì)結(jié)合水具有固態(tài)和液態(tài)水的雙重性質(zhì)；即自身重力作用下不能運(yùn)動(dòng)，在外力作用下能夠移動(dòng)（運(yùn)動(dòng)）及變形■意義只要有固相表面就存在結(jié)合水，存在范圍廣，其量很小（結(jié)合水膜很?。?dāng)孔隙直徑小于2倍結(jié)合水膜厚度時(shí)，孔隙中只含有不能自由運(yùn)動(dòng)的結(jié)合水（又稱無(wú)效空間）結(jié)合水與重力水重力水2.2.1結(jié)合水結(jié)合水（absorbedwater,60結(jié)合水與重力水結(jié)合水與重力水61結(jié)合水與重力水結(jié)合水與重力水622.2.2重力水重力水（gravitationalwater;bulkwater）■遠(yuǎn)離固相表面，水分子受固相表面吸引力的影響極其微弱，主要受重力影響。重力影響下可以自由運(yùn)動(dòng)

●無(wú)重力作用下水的存在？如在太空中瓶中的水分布—受表面吸引作用液態(tài)水的特征■地層內(nèi)巖石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通過(guò)泉，或井流出（抽出）■重力水是水文地質(zhì)學(xué)研究的主要對(duì)象，也是勘察的主要對(duì)象結(jié)合水與重力水2.2.2重力水重力水（gravitationalw632.2.3毛細(xì)水毛細(xì)水（capillarywater）1、基本概念■毛細(xì)現(xiàn)象：①根據(jù)細(xì)小管插入水中，水上升至一定高度停下來(lái)②在土層中挖個(gè)洞，在洞內(nèi)放個(gè)接滲皿，能否接到水？—北方地窖，陜北的窯洞■毛細(xì)力：

毛細(xì)水：受到表面吸引力，重力，還有另一種力—稱毛細(xì)力的作用，產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象我們可以把毛細(xì)力歸納為3點(diǎn)：2.2.3毛細(xì)水毛細(xì)水（capillarywater）64毛細(xì)水，孔角毛細(xì)水毛細(xì)水，孔角毛細(xì)水65毛細(xì)水思考：1.上細(xì)下粗土層，滴水，水停留在何處？2.黃土層中挖平洞，下大雨后，洞內(nèi)能否接到水？毛細(xì)水思考：662.2.3毛細(xì)水1、毛細(xì)力：

■毛細(xì)力的產(chǎn)生：

是在三相界面上內(nèi)彎液面引起——液面彎曲產(chǎn)生的

■毛細(xì)力的方向：作用方向始終指向彎曲液面的凹側(cè)

凹凸彎液面是指相對(duì)于液相一側(cè)而言的凹形彎液面—負(fù)的毛細(xì)壓強(qiáng)（negative）---如同真空吸力凸形彎液面—正的毛細(xì)壓強(qiáng)（positive）

■毛細(xì)力的大?。?/p>

毛細(xì)力大小與彎液面的曲率成正比（曲率大,毛細(xì)力大;曲率小，毛細(xì)力?。?/p>

一根毛細(xì)管子，管徑越小，毛細(xì)力越大；反之亦然

毛細(xì)力大，毛細(xì)上升高度也越大2.2.3毛細(xì)水1、毛細(xì)力：672.2.3毛細(xì)水2、毛細(xì)水的存在形式（statesforms）

在巖石空隙中，毛細(xì)水的存在形式可分為三種：a)支持毛細(xì)水（supportingcapillarywater）在地下水面支持下存在的（附著水面上的），隨地下水升降而升降。上升高度與水面上部的巖石孔隙性質(zhì)有關(guān)b)懸掛毛細(xì)水（suspensioncapillarywater）脫離水面，巖石細(xì)小孔隙中保留的水分，稱為懸掛毛細(xì)水上粗下細(xì)或上細(xì)下粗砂礫試樣的例子。？懸掛毛細(xì)水的高度

思考：一個(gè)等徑園管，如果支持毛細(xì)水高度為hc，懸掛毛細(xì)水高度？c)孔角毛細(xì)水（觸點(diǎn)毛細(xì)水）（cornerwater,contiguitywater?）孔角毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水是不同——？懸掛毛細(xì)水似串珠狀且連續(xù)分布的，孔角毛細(xì)水是孤立的支持與懸掛毛細(xì)水小結(jié)2.2.3毛細(xì)水2、毛細(xì)水的存在形式（statesfor68支持毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水支持毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水692.2空隙中的水—小結(jié)1、巖石空隙中的水----有三種存在形式2、三種形式的水有差異----與受力狀態(tài)有關(guān)

自己總結(jié)、比較----加深理解----有比較就會(huì)有記憶第二節(jié)空隙中的水結(jié)束2.2空隙中的水—小結(jié)第二節(jié)空隙中的水結(jié)束702.3巖石的水理性質(zhì)■巖石（包括骨架與空隙在內(nèi)的總稱）

水理性質(zhì)：就水文地質(zhì)學(xué)主要涉及是與水分儲(chǔ)容、釋出與運(yùn)移有關(guān)的性質(zhì)。包括：一、容水度和孔隙度（porosity）（反映巖石最大含水能力）巖石完全飽水時(shí)，所能容納的最大水體積與巖石總體積之比容水度---nr;

孔隙度---n？?jī)烧哂泻侮P(guān)系

二、含水量（watercontent）---ω巖石樣實(shí)際保留水分的狀況，（是某巖樣某時(shí)的含水狀態(tài)）又稱巖石的天然含水量三、持水度（specificretention）---Sr巖石的持水能力---最大保持水分的能力巖石的持水量（持水體積）