水文地质第二章幻灯片.ppt
水文地水文地质第二章第二章第1页，共22页，编辑于2022年，星期日本章内容本章内容 2.1岩石中的空隙岩石中的空隙2.2空隙中的水空隙中的水 2.3岩石的水理性质岩石的水理性质第2页，共22页，编辑于2022年，星期日2.2空隙中的水空隙中的水存在形式：气态存在形式：气态 固态固态 液态液态 设想实验设想实验：材料（玻璃珠子、细管）：材料（玻璃珠子、细管）+水（水杯）水（水杯）结合水结合水（absorbed water,bound water）重力水重力水（gravitational water;bulk water）毛细水毛细水（capillary water）第3页，共22页，编辑于2022年，星期日定义定义附着于固体表面，在自身重力下不能运动的水附着于固体表面，在自身重力下不能运动的水即结合水具有一定的即结合水具有一定的抗剪强度抗剪强度？抗剪强度的产生与大小与什么有关抗剪强度的产生与大小与什么有关表面引力表面引力服从库仑定律，随固体表面的距离加大而减弱服从库仑定律，随固体表面的距离加大而减弱性质性质结合水具有固态和液态水的双重性质；即自身重力作用下不能运动，结合水具有固态和液态水的双重性质；即自身重力作用下不能运动，在外力作用下能够移动（运动）及变形在外力作用下能够移动（运动）及变形意义意义只要有固相表面就存在结合水，存在范围广，其量很小（结合水只要有固相表面就存在结合水，存在范围广，其量很小（结合水膜很薄），当孔隙直径小于膜很薄），当孔隙直径小于2倍结合水膜厚度时，孔隙中只含有不倍结合水膜厚度时，孔隙中只含有不能自由运动的结合水（称无效空间）能自由运动的结合水（称无效空间）2.2.1结合水结合水结合水与重力水结合水与重力水第4页，共22页，编辑于2022年，星期日结合水与重力水结合水与重力水111222111111111111111111111111111111111111111111111第5页，共22页，编辑于2022年，星期日重力水重力水（gravitational water;bulk water）远离固相表面，水分子受固相表面吸引力的影响极其微弱，主远离固相表面，水分子受固相表面吸引力的影响极其微弱，主要受重力影响。重力影响下可以自由运动要受重力影响。重力影响下可以自由运动无重力作用下水的存在？如在太空中瓶中的水分布无重力作用下水的存在？如在太空中瓶中的水分布受受表面吸引的作用液态水的特征表面吸引的作用液态水的特征地层内岩石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通过泉，地层内岩石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通过泉，或井流出（抽出）或井流出（抽出）重力水是水文地质学研究的主要对象，也是勘察的主要对象重力水是水文地质学研究的主要对象，也是勘察的主要对象2.2.2重力水重力水结合水与重力水结合水与重力水第6页，共22页，编辑于2022年，星期日毛细水毛细水（capillary water）1、基本概念、基本概念毛细现象毛细现象：根据细小管插入水中，水上升根据细小管插入水中，水上升至一定高度停下来至一定高度停下来毛细力毛细力：毛细水：受到表面吸引力，重力，还有另一种力毛细水：受到表面吸引力，重力，还有另一种力称毛称毛细力的作用，产生毛细现象细力的作用，产生毛细现象我们可以把毛细力归纳为我们可以把毛细力归纳为3点：点：2.2.3毛细水毛细水第7页，共22页，编辑于2022年，星期日毛细力的毛细力的产生产生：是在三相界面上内弯液面引起是在三相界面上内弯液面引起液面弯曲产生的液面弯曲产生的毛细力的毛细力的方向方向：作用方向始终指向弯曲液面的凹例：作用方向始终指向弯曲液面的凹例凹凸弯液面是指相对于液相一侧而言的凹凸弯液面是指相对于液相一侧而言的凹形弯液面凹形弯液面负的毛细压强负的毛细压强-如同真空吸力如同真空吸力凸形弯液面凸形弯液面正的毛细压强正的毛细压强毛细力的毛细力的大小大小：毛细力大小与弯液面的曲率成正比（曲率大毛细力大小与弯液面的曲率成正比（曲率大,毛细力大毛细力大;曲曲率小，毛细力小）率小，毛细力小）一根毛细管子，管径越小，毛细力越大；反之亦然一根毛细管子，管径越小，毛细力越大；反之亦然毛细力大，毛细上升高度也越大毛细力大，毛细上升高度也越大2.2.3毛细水（续毛细水（续1）毛细力毛细力第8页，共22页，编辑于2022年，星期日2.2.3毛细水（续毛细水（续2）滴水滴水 下雨下雨 砂土砂土 黄土黄土 器皿器皿 砾石砾石思考：思考：1.上细下粗土层，滴水，水停留在何处？上细下粗土层，滴水，水停留在何处？2.黄土层中挖平洞，下大雨后，洞内能否接到水黄土层中挖平洞，下大雨后，洞内能否接到水？第9页，共22页，编辑于2022年，星期日2.2.3毛细水（续毛细水（续3）毛细水的存在形式毛细水的存在形式a)支持毛细水：支持毛细水：在地下水面支持下存在的（附着水面上在地下水面支持下存在的（附着水面上 的），随地下水升降而升降的），随地下水升降而升降b)悬挂毛细水：悬挂毛细水：脱离水面，岩石细小孔隙中保留的水分脱离水面，岩石细小孔隙中保留的水分c)孔角毛细水孔角毛细水第10页，共22页，编辑于2022年，星期日地地下下水水位位下下降降支支持持毛毛细细水水与与悬悬挂挂毛毛细细水水2.2.3毛细水（续毛细水（续4）第11页，共22页，编辑于2022年，星期日2.3岩石的水理性质岩石的水理性质岩石：岩石：是包括骨架与空隙在内的总称是包括骨架与空隙在内的总称水理性质水理性质：水文地质学主要涉及是与水分水文地质学主要涉及是与水分储容、释出与运移储容、释出与运移有关的性质有关的性质 包括：包括：孔隙度孔隙度容水度容水度含水量含水量持水度持水度给水度给水度透水性透水性第12页，共22页，编辑于2022年，星期日2.3.1 容水度和孔隙度容水度和孔隙度（porosity）容水度是反映岩石最大含水能力容水度是反映岩石最大含水能力对比：孔隙度对比：孔隙度n 与与 容水度容水度 两者有何关系？两者有何关系？容水度定义：岩石完全饱水时，容水度定义：岩石完全饱水时，所能容纳的最大水体积所能容纳的最大水体积与岩与岩石总体积之比石总体积之比第13页，共22页，编辑于2022年，星期日2.3.2含水量（含水量（water content）_ 岩石样品岩石样品实际保留水分的状况实际保留水分的状况，反映的是某岩样在某时刻，反映的是某岩样在某时刻的含水状态。的含水状态。又称岩石的天然含水量又称岩石的天然含水量岩石的含水量受到环境影响会经常发生变化。岩石的含水量受到环境影响会经常发生变化。含水量含水量（water content）_ 第14页，共22页，编辑于2022年，星期日2.3.3持水度（持水度（specific retention）_Sr反映岩石的持水能力反映岩石的持水能力岩石最大保持水分的能力岩石最大保持水分的能力持水度定义：岩石最大持水量（持水体积）与岩石总体积之比。持水度定义：岩石最大持水量（持水体积）与岩石总体积之比。持水度持水度（specific retention）_Sr第15页，共22页，编辑于2022年，星期日 给水度给水度（specific yield）(d)1、定义定义：当地下水位下降一个单位高度时，单位水平面积岩石柱体，在当地下水位下降一个单位高度时，单位水平面积岩石柱体，在重力作用下释放出来的水体积，称为给水度重力作用下释放出来的水体积，称为给水度当水位下降一个单位，土层孔隙中是否所有的水都流出来？当水位下降一个单位，土层孔隙中是否所有的水都流出来？在土层中会保留什么形式的水？在土层中会保留什么形式的水？保留的水有：结合水保留的水有：结合水(膜膜)，孔角毛细水，有时悬挂毛细水与支，孔角毛细水，有时悬挂毛细水与支持毛细水持毛细水2.3.4给水度（给水度（specific yield）参见：均质土包气带水分分布参见：均质土包气带水分分布第16页，共22页，编辑于2022年，星期日2.3.4给水度（给水度（specific yield）（续（续1）均质土包气带水分分布均质土包气带水分分布第17页，共22页，编辑于2022年，星期日2、影响给水度影响给水度值的因素值的因素？砾石、粗砂、细砂、砂砾混合样相比较，哪种样给水度大砾石、粗砂、细砂、砂砾混合样相比较，哪种样给水度大a)岩性岩性：空隙大的样品，给水度大，：空隙大的样品，给水度大，n砾砾 粗砂粗砂 粉砂粉砂（与粒径有关）（与粒径有关）颗粒细小者，比表面积大，结合水与孔角毛细水残留多，除岩性外，同一岩颗粒细小者，比表面积大，结合水与孔角毛细水残留多，除岩性外，同一岩层中其它原因也可造成层中其它原因也可造成不同，为什么？不同，为什么？b)地下水位初始埋深地下水位初始埋深（H0）当地下水位初始埋深大于支持毛细水带高度时当地下水位初始埋深大于支持毛细水带高度时H0 hc,可达最大可达最大值。当值。当H0 hc 时，地下水位下降时，原重力水大多转化为支持毛细水，土层给水量时，地下水位下降时，原重力水大多转化为支持毛细水，土层给水量大大降低，大大降低，变小。变小。土层含水量曲线分析：当水位埋深足够大时，土层给水度不发生变化土层含水量曲线分析：当水位埋深足够大时，土层给水度不发生变化（为定值），此时给水度（为定值），此时给水度也是最大理论给水度也是最大理论给水度2.3.4给水度（给水度（specific yield）（续（续2）第18页，共22页，编辑于2022年，星期日2.3.4给水度（给水度（specific yield）（续（续3）当当H0 hc 时，时，地下水位下降时，地下水位下降时，原重力水大多转原重力水大多转化为支持毛细水，化为支持毛细水，土层给水量大大降土层给水量大大降低，低，变小。变小。第19页，共22页，编辑于2022年，星期日四、四、给水度给水度2、影响、影响值的因素值的因素c)与地下水位下降速度有关与地下水位下降速度有关地下水位下降快慢会影响给水度地下水位下降快慢会影响给水度 的大小的大小（下降快（下降快理理、下降慢、下降慢理理）这是因为释水滞后，而导致的释水减量这是因为释水滞后，而导致的释水减量d)土层结构土层结构均质土特征与上述讨论一致均质土特征与上述讨论一致岩土层为层状非均质土时，往往会影响岩土层为层状非均质土时，往往会影响值，值，多层状土的特征而言，上粗下细，上细下粗结构影响是多层状土的特征而言，上粗下细，上细下粗结构影响是不同的。不同的。2.3.4给水度（给水度（specific yield）（续（续4）第20页，共22页，编辑于2022年，星期日2.3.4给水度（给水度（specific yield）（续（续5）给水度小结给水度小结野外实际测定时野外实际测定时：均值土，当地下水位初始埋深大于均值土，当地下水位初始埋深大于hc，降速缓慢，降速缓慢，S0初始埋深小于初始埋深小于hc时，埋深愈浅，时，埋深愈浅，水位降速愈快，水位降速愈快，一般而言，层状土一般而言，层状土小于均值土。小于均值土。结合实验课结合实验课思考给水度的影响因素与确定方法思考给水度的影响因素与确定方法第21页，共22页，编辑于2022年，星期日2.3.5透水性（透水性（permeability）透水性透水性（permeability）（先自学一下）（先自学一下）反映岩土透过水的能力反映岩土透过水的能力后续讲后续讲“地下水的运动地下水的运动”时再讨论时再讨论岩石空隙直径越大岩石空隙直径越大透水能力越强透水能力越强透水性越好！透水性越好！第二章结束第二章结束第22页，共22页，编辑于2022年，星期日
