水文学基础第二讲精品文稿.ppt

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1、水文学基础第二讲第1页，本讲稿共22页第二章第二章 岩石中的空隙与水岩石中的空隙与水2.1 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙2.2 2.2 岩石空隙中水的存在形式岩石空隙中水的存在形式2.3 2.3 与水的储容运移有关的岩石水理性质与水的储容运移有关的岩石水理性质第2页，本讲稿共22页2.1 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙 Interstices in rocksInterstices in rocksl岩石岩石包括坚硬岩石及松散土。包括坚硬岩石及松散土。l空隙空隙岩、土中各种类型空洞的总称。岩、土中各种类型空洞的总称。l空隙是地下水的空隙是地下水的赋存场所赋存场所和和运移通道运移通道。孔隙

2、（孔隙（porepore）:松散岩石颗粒间的空隙松散岩石颗粒间的空隙 空隙分为空隙分为 裂隙（裂隙（fissurefissure）:坚硬岩石破裂产生的空隙坚硬岩石破裂产生的空隙 溶穴（溶穴（cavecave）:可溶性岩石被溶蚀后产生的空隙可溶性岩石被溶蚀后产生的空隙3第3页，本讲稿共22页岩石中的空隙岩石中的空隙岩石中的空隙岩石中的空隙分选好，排列疏松的砂分选好，排列疏松的砂分选好，排列紧密的砂分选好，排列紧密的砂分选不好，含泥砂的砾石分选不好，含泥砂的砾石部分胶结的砂岩部分胶结的砂岩4第4页，本讲稿共22页岩石中的空隙岩石中的空隙岩石中的空隙岩石中的空隙有结构空隙的粘土有结构空隙的粘土经过压

3、缩的粘土经过压缩的粘土裂隙发育的岩石裂隙发育的岩石有溶隙和溶穴的可溶岩有溶隙和溶穴的可溶岩5第5页，本讲稿共22页2.1 2.1 2.1 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙岩石中的空隙岩石中的空隙 一、孔隙（一、孔隙（一、孔隙（一、孔隙（poreporeporepore）l松散岩石是由大小不等的颗粒组成的。颗粒或颗粒松散岩石是由大小不等的颗粒组成的。颗粒或颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。集合体之间的空隙，称为孔隙。l土体孔隙的描述内容包括：土体孔隙的描述内容包括：孔隙的大小、多少、形状、连通程度与分布规律孔隙的大小、多少、形状、连通程度与分布规律l松散土体宏观上可以分为松散土体宏观上可以分为2

4、2大类：大类：砂性土砂性土与粘性土与粘性土6第6页，本讲稿共22页1 1 1 1、孔隙大小及其影响因素、孔隙大小及其影响因素、孔隙大小及其影响因素、孔隙大小及其影响因素(1)(1)孔隙大小与孔隙大小与颗粒大小颗粒大小的关系：的关系：岩石颗粒愈粗，孔隙愈大；颗粒愈细，孔隙愈小岩石颗粒愈粗，孔隙愈大；颗粒愈细，孔隙愈小!思考：思考：孔隙大小与哪些因素有关？孔隙大小与哪些因素有关？分选、胶结填充、排列、分选、胶结填充、排列、颗粒大小颗粒大小7第7页，本讲稿共22页1 1 1 1、孔隙大小及其影响因素、孔隙大小及其影响因素、孔隙大小及其影响因素、孔隙大小及其影响因素分选愈差，细粒占的比例愈大，孔隙愈小

5、！分选愈差，细粒占的比例愈大，孔隙愈小！胶结程度越好，充填物越多，孔隙愈小！胶结程度越好，充填物越多，孔隙愈小！a试样的孔隙为细颗粒形成的小孔隙。试样的孔隙为细颗粒形成的小孔隙。？问：下列问：下列2 2种试样哪种孔隙大？种试样哪种孔隙大？a砂砾混合样砂砾混合样(2)孔隙大小与岩石颗粒的孔隙大小与岩石颗粒的分选程度分选程度的关系：的关系：b b砾石砾石8第8页，本讲稿共22页（3)3)3)3)颗粒排列方式对孔隙大小颗粒排列方式对孔隙大小颗粒排列方式对孔隙大小颗粒排列方式对孔隙大小的影响的影响的影响的影响孔隙大小特征的描述孔隙大小特征的描述孔隙大小特征的描述孔隙大小特征的描述：孔喉孔喉(d)d)与

6、孔腹与孔腹(d d)孔喉对水流影响更大，孔隙大小可孔喉对水流影响更大，孔隙大小可用孔喉直径进行比较。用孔喉直径进行比较。立方体（最松散）排列：立方体（最松散）排列：d=0.414D d=0.414D四面体（最紧密）排列：四面体（最紧密）排列：d=0.155D d=0.155D颗粒排列愈紧密，孔隙越小！颗粒排列愈紧密，孔隙越小！ABCOABCDO9第9页，本讲稿共22页立方体排列与四面体排列立方体排列与四面体排列立方体排列与四面体排列立方体排列与四面体排列10第10页，本讲稿共22页1、影响孔隙大小的因素主要有：、影响孔隙大小的因素主要有：颗粒大小；颗粒排列；分选及胶结充填程度颗粒大小；颗粒排列

7、；分选及胶结充填程度颗粒愈粗，分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔颗粒愈粗，分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙愈大；隙愈大；反之愈小反之愈小2、天然松散岩石的孔隙特征：、天然松散岩石的孔隙特征：大小不同、形状各亦，弯曲程度不同，沿程变化的通道构成大小不同、形状各亦，弯曲程度不同，沿程变化的通道构成的复杂的的复杂的空隙网络空隙网络。宏观上宏观上均质各向同性的连续均质各向同性的连续的空隙网络的空隙网络；微观上微观上非均质各向异性的连续非均质各向异性的连续的空隙网络的空隙网络。小结：11第11页，本讲稿共22页2 2 2 2、孔隙度、孔隙度、孔隙度、孔隙度(porosity)poro

8、sity)及其影响因素及其影响因素及其影响因素及其影响因素孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标。孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标。孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标。孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标。l孔隙度的大小与哪些因素有关？孔隙度的大小与哪些因素有关？l孔隙大孔隙度也大吗？孔隙大孔隙度也大吗？概念：概念：某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体某一体积岩石（包括颗粒骨架与空隙在内）中孔隙体积所占的比例。通常用积所占的比例。通常用 n n 表示表示12第12页，本讲稿共22页？下面试样哪个孔隙度大？哪个小？下面试样哪个孔隙度大？哪个小？试样：试样：a a砾石，砾石，b b砂

9、石，砂石，c c砂砾混合样砂砾混合样2 2 2 2、孔隙度、孔隙度、孔隙度、孔隙度(porosity)porosity)及其影响因素及其影响因素及其影响因素及其影响因素 a a砾石砾石(模型模型)b b砂土样砂土样c c砂砾混合样砂砾混合样假设假设a a与与b b为等粒的理想圆球体，经计算：为等粒的理想圆球体，经计算：n n砂砂=n n砾砾说明：说明：孔隙度与颗粒大小无关！孔隙度与颗粒大小无关！13第13页，本讲稿共22页砂样与砾石样混合时，砾石样中孔隙体积变小，因此孔隙砂样与砾石样混合时，砾石样中孔隙体积变小，因此孔隙度变小。度变小。当粗细颗粒完全混合时，混合样的孔隙度：当粗细颗粒完全混合时

10、，混合样的孔隙度：n n混混=n n粗粗n n细细l因此影响孔隙度大小的主要因素是试样的因此影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度，分分选程度，分选愈差，孔隙度愈小！选愈差，孔隙度愈小！2 2 2 2、孔隙度、孔隙度、孔隙度、孔隙度(porosity)porosity)及其影响因素及其影响因素（1 1）分选程度与孔隙度的关系分选程度与孔隙度的关系14第14页，本讲稿共22页（2 2）颗粒排列方式对孔隙度的影响颗粒排列方式对孔隙度的影响 理想最疏松排列（立方体）：孔隙度为理想最疏松排列（立方体）：孔隙度为47.64%47.64%；理想最紧密排列（四面体）：孔隙度为理想最紧密排列（四面体）：孔隙

11、度为25.95%25.95%。排列愈紧密孔隙度愈小。排列愈紧密孔隙度愈小。2 2 2 2、孔隙度、孔隙度、孔隙度、孔隙度(porosity)porosity)及其影响因素及其影响因素15第15页，本讲稿共22页自然界中松散岩石的孔隙度自然界中松散岩石的孔隙度（P17P17表表2-12-1）。）。岩石名称岩石名称 砾石砾石 砂砂 粉砂粉砂 粘土粘土空隙度空隙度(%)25(%)2540 2540 2550 3550 3550 4050 4070 70 这里与粒径的关系是：粒径愈小这里与粒径的关系是：粒径愈小，孔隙度愈大！孔隙度愈大！l与以上分析有矛盾！为什么？与以上分析有矛盾！为什么？l为何粘性土

12、的孔隙度超过最疏松排列的为何粘性土的孔隙度超过最疏松排列的47.64%47.64%可达可达70%70%？2 2 2 2、孔隙度、孔隙度、孔隙度、孔隙度(porosity)porosity)及其影响因素及其影响因素16第16页，本讲稿共22页3 3 3 3、粘性土的孔隙与孔隙度、粘性土的孔隙与孔隙度l粘土颗粒粘土颗粒（指直径指直径0.0050.005mmmm的颗粒）；的颗粒）；l粘性土颗粒细小，比表面积大，连结力强；颗粒表面带电，粘性土颗粒细小，比表面积大，连结力强；颗粒表面带电，粘粒在悬浮、推移、互相接触时，易连结起来形成粘粒团，粘粒在悬浮、推移、互相接触时，易连结起来形成粘粒团，细小粘粒集合

13、（团）构成细小粘粒集合（团）构成颗粒集合体。颗粒集合体。颗粒集合体在重力作用下颗粒集合体在重力作用下沉积下来，形成峰窝或絮状结构。沉积下来，形成峰窝或絮状结构。l粘土孔隙粘土孔隙 结构孔隙结构孔隙集合体与集合体、粘粒与粘粒之间的空隙集合体与集合体、粘粒与粘粒之间的空隙;如同如同海绵、峰窝，或呈絮状结构。海绵、峰窝，或呈絮状结构。次生孔隙次生孔隙虫孔、根系孔、干裂缝等。虫孔、根系孔、干裂缝等。17第17页，本讲稿共22页影响孔隙度大小的因素主要有：影响孔隙度大小的因素主要有：v颗粒排列颗粒排列v 分选分选v胶结充填程度胶结充填程度v结构及次生孔隙结构及次生孔隙分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈

14、差，孔隙度愈大；分选愈好，排列愈疏松，胶结充填程度愈差，孔隙度愈大；反之愈小；粘性土的孔隙度还取决于其结构及反之愈小；粘性土的孔隙度还取决于其结构及次生孔隙。次生孔隙。小结小结：18第18页，本讲稿共22页2.1 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙 二、裂隙二、裂隙二、裂隙二、裂隙 (fissurefissurefissurefissure，fracture)fracture)fracture)fracture)l固固结结坚坚硬硬岩岩石石一一般般仅仅残残存存很很小小部部分分的的颗颗粒粒间间的的孔孔隙隙，主主要要发发育育因各种内外力作用产生的裂隙。因各种内外力作用产生的裂隙。l裂隙的空间形态：两向

15、延伸长、横向伸短的裂隙的空间形态：两向延伸长、横向伸短的“饼状饼状”分为：分为：风化（卸荷）裂隙、风化（卸荷）裂隙、成岩裂隙、成岩裂隙、构造裂隙构造裂隙l从水的从水的赋存与运移角度赋存与运移角度，裂隙描述内容包括：，裂隙描述内容包括：1)1)连通性连通性（裂隙的组数、产状、长度和密度）（裂隙的组数、产状、长度和密度）2)2)张开性张开性（裂隙宽度）（裂隙宽度）3)3)裂隙率裂隙率等等19第19页，本讲稿共22页三、溶穴三、溶穴三、溶穴三、溶穴溶穴：溶穴：可溶岩在地下水溶蚀作用下产生的空隙。可溶岩在地下水溶蚀作用下产生的空隙。溶孔、溶隙、溶穴、溶洞等溶孔、溶隙、溶穴、溶洞等 对可溶岩要描述岩溶发

16、育特征（裂隙对可溶岩要描述岩溶发育特征（裂隙+溶洞）溶洞）1 1）岩溶发育方向）岩溶发育方向 2 2）岩溶率）岩溶率-表示岩溶发育程度表示岩溶发育程度3 3）溶洞（方向、规模等）溶洞（方向、规模等）2.1 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙20第20页，本讲稿共22页2.1 2.1 岩石中的空隙岩石中的空隙四、空隙特征的比较四、空隙特征的比较四、空隙特征的比较四、空隙特征的比较由由空空隙隙所所构构成成的的岩岩石石称称为为含含含含水水水水介介介介质质质质。含含水水介介质质有有三三种种：孔孔隙隙介介质质、裂裂隙隙介质、溶穴介质。介质、溶穴介质。连通性连通性连通性连通性孔隙介质最好，其它较差孔隙介质最

17、好，其它较差 空空空空间间间间分分分分布布布布孔孔隙隙介介质质分分布布最最均均匀匀，裂裂隙隙不不均均匀匀，溶溶穴穴极极不不均均匀匀；孔孔隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊隙大小均匀，裂隙大小悬殊，溶穴极悬殊 空隙率空隙率空隙率空隙率孔隙介质最大，裂隙最小孔隙介质最大，裂隙最小 渗透性渗透性渗透性渗透性孔隙介质属各向同性，裂隙与溶穴为各向异性孔隙介质属各向同性，裂隙与溶穴为各向异性造造成成空空隙隙介介质质差差异异的的主主要要原原因因：沉沉积积物物形形成成和和空空隙隙形形成成的的地地质质环环境差异。境差异。21第21页，本讲稿共22页 思考题：思考题：（1 1）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？）什么叫孔隙度？孔隙度大与孔隙大有区别吗？（2 2）粘性土孔隙度大的岩层是含水层吗？）粘性土孔隙度大的岩层是含水层吗？22第22页，本讲稿共22页