岩土中的空隙与水分水文地质学基础.ppt
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1、第三章 岩土中的空隙和水,第1节 岩土中的空隙1、定义岩土的空隙:岩土中大小不等、形状各异的空间。岩土的空隙性:岩土空隙的大小、多少、形状、方向性、连通程度和空间变化。岩土空隙是地下水的储容空间和传输通道。,第1节 岩土中的空隙,2、空隙的分类A 松散岩土中的 孔隙;B 坚硬岩土中的 裂隙;C 可溶岩石中的 溶穴(溶洞)。,岩土中的各种空隙,E,F,岩土中的各种空隙,A,B,C,D,E,F,G,H,分选不良、含泥砂的砾石,部分胶结的砂,一、孔隙1、定义:孔隙松散岩土中颗粒(颗粒集合体)之间的空隙。孔隙度指单位体积岩土(包括孔隙在内)中孔隙体积所占的比例。孔隙比岩土中孔隙体积与固体体积的比值。,
2、松散岩土的平均孔隙度,2、影响孔隙度的因素 A、颗粒的排列方式。等粒径的最松散(47.62%)排列方式和最紧密(25.95%)排列方式。,颗粒中心连线平面角的二面角。90,n47.62,立方体;60,n25.95,四面体。(斯利赫特公式),B、颗粒的分选性 岩土的分选性越差,颗粒大小越悬殊,细小颗粒便充填于粗大颗粒之间的孔隙中,大大降低了岩土的孔隙度,因此孔隙度越小。相反,岩土的分选性越好,颗粒大小相同,无细小物质充填到孔隙中,孔隙度便会越大。,C、颗粒的形状及胶结物多少 岩土颗粒形状越不规则,棱角越明显,通常排列就越松散,孔隙度也越大;相反,岩土颗粒形状越规则,越磨圆,排列就越紧密,孔隙度也
3、就越小。有胶结物的岩土颗粒其孔隙度一般较小,无胶结物的岩土颗粒孔隙度较大。,D、考虑粘性土的结构孔隙及次生孔隙 粘土的孔隙度往往可以超过上述理论最大值。因为粘土颗粒表面带有电荷,沉积时粘粒聚合,形成架空的颗粒集合体,可以形成大于颗粒直径大孔隙。此外,粘性土还发育有虫孔、根孔、干裂缝、节理等次生空隙。,3、影响孔隙大小的主要因素A 颗粒的大小 颗粒大,孔隙大;颗粒小,孔隙小。,B 颗粒的排列方式 立方体孔喉为0.414D,四面体孔喉为0.155D。C 粘性土时考虑结构孔隙及次生孔隙,二、裂隙 1.定义 松散沉积物的空隙主要是孔隙,而固结坚硬的岩石除沉积岩含有一定原生孔隙外,火成岩和变质岩也有空隙
4、,主要表现为裂隙。裂隙坚硬岩石中由破裂变形而产生的裂隙式空隙。,裂隙按成因可分为三种:成岩裂隙 是岩石在成岩过程中由于冷凝收缩(岩浆岩)或固结(沉积岩)而产生的。岩浆岩中成岩裂隙比较发育,尤以玄武岩中柱状节理最有意义。构造裂隙 是岩石在应力作用下产生的裂隙,具有方向性,大小悬殊(由隐蔽的节理到大断层),分布不均一。风化裂隙 是岩石在风化营力作用下破坏而产生的裂隙。如卸荷作用。,2.裂隙岩石的空隙特征 主要表现在裂隙发育方向、几何大小、分布的不均匀性、裂隙间的连通程度、裂隙的充填情况以及裂隙面的粗糙度等方面。裂隙率(Kr)是裂隙体积(Vr)与包括裂隙在内的岩石体积(V)的比值。,裂隙的方向、宽度
5、、延伸长度、充填情况等,对水的运动具有重要影响。面裂隙率单位面积岩石上裂隙面积所占的比例。线裂隙率在垂直于裂隙方向上单位长度内裂隙所占比例。,三、溶穴 1.定义 溶穴(隙)可溶的沉积岩(岩盐、石膏、石灰岩、白云岩等)在地下水溶蚀下产生的空洞。岩溶率(KK)溶穴的体积与岩石总体积比值,2.可溶岩石的空隙特征 溶穴的规模十分悬殊,大的溶洞长达几十公里;而小的溶孔直径仅几毫米。岩溶发育带岩溶率可达百分之几十,而其附近岩石的岩溶率几乎为零。,四、空隙发育的多样性 松散岩石以孔隙为主,但粘土干缩后可产生裂隙,而这些超过其原有的孔隙。固结程度不高的沉积岩,往往既有孔隙,又有裂隙。可溶岩石,有时还可保留原生
6、的孔隙与裂缝。,空隙特点与地下水类型 岩石中的空隙,连接成网络,成为地下水有效的储容空间和运移通道。孔隙连通良好,分布均匀,在不同方向上,孔隙通道的大小和多少很接近。地下水分布与流动都比较均匀。裂隙具有一定的方向性,连通性较差。地下水分布不均匀,水力联系差。溶穴空隙大小悬殊且分布极不均匀。地下水分布与流动通常极不均匀。三种类型地下水:孔隙水、裂隙水和岩溶水。,矛盾1:如表3.1所示,颗粒小而孔隙度大,这与我们说的孔隙度大小与颗粒大小无关是不是矛盾?为什么?矛盾2:计算得到最疏松土的孔隙度为47.62%,但是为什么表3.1的粘土达到70%,泥炭达到80%,这是为什么?,课后思考题,1.孔隙度大小
7、和孔隙大小有什么区别和联系?它们对地下水的赋存和运移有怎样的影响?2.孔隙、裂隙、溶穴有什么区别和联系?概述其发育规律。,地壳岩土中的水,矿物格架水,沸石水 结晶水结构水,空隙中水,颗粒表面结合水,强结合水,弱结合水,液态水,固态水,气态水,重力水,毛细水,非结合水,第2节 岩石中水的存在形式,一、地壳岩石中各种形式的水,二、结合水(吸附水)1、定义 受引力大于水分子自身重力的那部分水,称为结合水。此部分水束缚于固相表面,不能在自身重力影响下运动。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。,2、形成条件 松散岩土的颗粒表面、岩石空隙壁带有电荷;水分子是偶极体;3、特征*具有抗剪强
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