水文地质学 岩石中的孔隙与水分30页PPT

6—经过压缩的粘土；7—具有裂隙的岩石；8—具有溶隙及溶穴的可溶岩
2019/12/28
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• 研究空隙的意义：空隙是地下水的赋存场所 （places）和运移通道（conduits）。空隙的多 少、大小、形状、连通情况和分布规律，对地 下水的分布和运动具有重要影响。
• 空隙依据成因分为三类，即：松散岩石中的孔 隙，坚硬岩石中的裂隙和可溶岩石中的溶穴
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第二章 岩石中的孔隙与水分
a. 与排列有关：试样排列的紧密与疏松是影响孔隙度的重 要因素
由几何学可知，立方体排列为最松散排列，四面体 排列为最紧密排列，自然界中松散岩石的孔隙度大多介 于此两者之间。理想最疏松排列孔隙度为47.64%，最紧 密排列孔隙度为25.95% 。（参照图2-2）
b. 与分选有关：这点与上述讨论影响孔隙大小的原理相 同，图2-1—三种砂砾石试样的模型图，不难理解分选好 坏是影响孔隙度的主要原因。
比较一下：①砾石与②砂石的孔隙度大小。
③ 理想情况下砾石与砂石混合的试样孔隙度：
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n混合=n砾石×n沙石
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第二章 岩石中的孔隙与水分
c. 与颗粒形状、胶结充填情况有关： 颗粒形状与沉积物磨圆度有关，扁平装和棱角状的
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第二章 岩石中的孔隙与水分
孔隙的大小：可以用孔喉（d）和孔腹（d` ） 来定量表征。
理想条件下孔喉（d）、孔腹（ d` ）与构 成孔隙颗粒的直径有关，如图2-2理想等粒圆 球状颗粒，立方体排列条件下，有以下关系：
孔喉(d)与颗粒(D)的关系为： d = 0.414D 孔腹(d` )与颗粒(D)的关系为: d` = 0.732D

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第1节 岩石中的空隙—孔隙
影响孔隙大小的因素：
孔隙大小与岩石颗粒的分选程度的关系： ？ 问：下列2种试样哪种孔隙大？
a—砂砾混合样
b—砾
a试样的孔隙为细颗粒形成的小孔石隙。
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！
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第1节 岩石中的空隙—孔隙
影响孔隙大小的因素：
孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标 定义：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 n 表示
n Vn 100 % VT
？问：孔隙度的大小与什么有关？——与颗粒大小有关？ a. 与排列有关——紧密与疏松 理想最疏松孔隙为47.64%，最紧密排列孔隙为25.95%。 b. 与分选有关——下面试样哪个孔隙度大？哪个小？ 试样：①砾石 ②砂石 ③混合样
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第1节 岩石中的空隙—孔隙
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 47.64%； 理想最紧密排列（四面体）：孔隙度为 25.95%。 排列愈紧密孔隙度愈小。
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第1节 岩石中的空隙—孔隙
粘性土的孔隙与孔隙度
粘土颗粒（指直径<0.005mm的颗粒）； 粘性土颗粒细小，比表面积大，连结力强；颗粒表面带 电，
达到70%
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第1节 岩石中的空隙—孔隙
这里与粒径的关系是：粒径愈小，孔隙度愈大！
与以上分析有矛盾！为什么？ 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。 当粗细颗粒完全混合时，混合样的孔隙度：
n混=n粗×n细 因此影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度， 分选愈差，孔隙度愈小！ 为何粘性土的孔隙度超过最疏松排列的47.64%可达 70%？

领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
水文地质学 岩石中的孔隙与 水分
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)

定义2：地下水位下降一个单位深度，单位水平面积饱水岩 石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量（体积）。

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2.3岩石的水理性质
二、持水性
定义1与定义2是统一的。
据定义1：
Sr
V持水100% V
因为：V=S·h=1 所以：Sr =V持水（定义2）
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毛细水
滴水 砂土
下雨 黄土
砾石
器皿
思考：
.1 上细下粗土层，滴水，水停留在何处？
. 黄土层中挖平洞，下大雨后，洞内能否接到水？ 2

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2.2.3 毛细水
毛细力：
毛细力的产生：
是在三相界面上内弯液面引起——液面弯曲产生的 毛细力的方向：作用方向始终指向弯曲液面的凹例
2.3岩石的水理性质
一、容水性
3． 含水量（说明包气带的含水状况）
(1)重量含水量（Wg）：松散岩石孔隙中所含水份的重量（Gw） 与干燥岩石重量（Gs）之比。
Wg
Gw Gs
100%
(2)体积含水量（Wv）：岩石孔隙中含水体积与岩石总体积之比。

WV
Vw V
定义1：饱水岩石在重力作用下给出的水的体积与饱水岩石总体积 之比。
V给水100%
V
定义2：地下水位下降一个单位深度时，单位水平面积饱水岩石柱
体中在重力作用下给出的水的体积。
定义1与定义2是一致的。
均质土包气带Co水mp分an分y L布ogo
二、持水性
定义1与定义2是统一的。
据定义1：
Sr
V持水100% V
因为：V=S·h=1 所以：Sr =V持水（定义2）

2018/10/10
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岩石中的空隙：松散岩石中的孔隙
• 松散岩石是由大小不等的岩土颗粒组成的，颗粒或者 颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。图2-1各类岩石中 的孔隙示意
– 孔隙度：指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙所占的比 例。与土力学中的孔隙比概念比较？！ – 孔隙度的影响因素：主要是颗粒的分选程度和排列方式，其 次是颗粒形状和胶结充填情况。对于黏性土，会存在结构孔 隙和其他次生孔隙，也是重要因素。 – 以等粒圆球为例，说明排列方式影响孔隙度的大小
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• 给水度（2）
– 给水度的大小受岩性、初始地下水位埋藏深度和地 下水位下降速率等因素的影响。
• 岩性：颗粒大小与空隙大小 • 初始水位埋深与最大毛细上升高度
• 地下水位下降快，水可能来不及释出；下降慢，才能充分 给水。
重力释水并非瞬间完成， 而是需要一个过程，因此 往往滞后于水位下降
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岩石中的空隙：可溶岩石中的溶隙
• 可溶岩与地下水的溶蚀作用：石灰岩、白云岩、岩盐、 石膏。
• 溶隙率：溶隙的体积与包括溶隙在内的岩石的体积的 比值。 • 溶隙（穴）特点：发育规模大小悬殊，在岩石中分布 极不均匀
岩石中的空隙只有互相联通，形成网络，才具有水文地质 意义上的储水空间和运移通道作用；而各类空隙的联通情 况各不相同，甚至相差甚远，这就定了赋存其中的地下水 的运动规律也不相同。
水文地质学
第三讲 岩石中的空隙与水分
OUTLINE
• 岩石中的空隙 • 岩石中水的存在形式 • 与水的储运有关的岩石的性质 • 有效应力原理与松散岩石的压密
2018/10/10
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怎样认识岩石中的空隙？

评价地下水资源量的一个重要参 数, 也是矿坑排水或疏干、建筑 工程地基设计和施工等工作必需 的一个重要水文地质参数。
一、实验目的及要求
通过本次实验, 可使学生加深 对孔隙度、给水度和持水度概念 的理解, 掌握室内测定基本方法;
要求学生实验过程中认真观察和 记录, 分析讲义中本次实验后面的 相关问题, 写出实验报告书。
样品 含水 体积 (V持水)
实测 的持 水度
(%)
平均 值
试样的总重量W干试样_________ 试样的体积V干试样__________ 注：表中湿样为保持水样, 干样为烘干后样, 重量单位为克。
六、计算
将以上实验数据记录表中各 相应量代入下式即可求出其水文 地质参数：
n = Sr + 其中：
n =(V饱水/ V干试样)×100% Sr =(V持水/ V干试样)×100%
2、本实验应平行测定二次以 上, 平均误差不得大于0.5%。
八、撰写实验报告
主要包括对本次实验过程中 所存在的问题和改进建议，以及 实验讲义中本次实验后面所提的 问题的看法。
石家庄经济学院工程学院
水文与水资源工程教研室监制
2004. 11
岩石的空隙是地下水赋存的 场所和运移的通道, 作为含水介 质, 空隙的性状严格控制着地下 水的分布、埋藏和运动特征。
在孔隙水研究中,首先要对岩 石的孔隙度、持水度和给水度进 行实际测定, 以了解岩层容水、 持水和给水能力等方面的水文地
质特征。
岩石的孔隙度是用以表征岩 石容水性能的重要指标; 岩石的 持水度是用来表征岩石在重力作 用下仍能保持一定水量能力的指 标; 岩石的给水度是表征饱水岩 石在重力作用下所释出或给出水 量大小的指标。岩石的给水度是

漂砾 、块石 >200
大于罐头瓶
卵石、碎石 200 ~ 20
罐头瓶 ~玻璃球
砾石、石屑
20 ~ 2
玻璃球（鹌鹑蛋 ~大米
砂（粗、中、细） 2 ~ 0.05 大米~小米~粗玉米面
粉砂（土） 0.05 ~ 0.005 细玉米面
黏土
<0.005
特粉Biblioteka 混合类：砂黏（砂质黏土），以黏土为主但含少量砂
砂卵石，以卵石为主，含少量砂。
注意：三种颗粒直径不同的等粒岩石，排列方式
相同时，孔隙度完全相同。
②颗粒的分选—在颗粒大小不等时，分选差则孔
隙度小， 分选好则孔隙度大。
③颗粒的形状及胶结—磨圆愈好，孔隙度愈小，
胶结可以降低孔隙度。
④考虑粘性土的结构孔隙及次生孔隙。
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松散岩石储容水分的能力，与孔隙度关系很大，而地下水
的运动条件则首先取决于孔隙的大小，影响孔隙大小的主要因
n Vn 100% V
其中：Vn ——岩石的孔隙体积，V——包括孔隙在内
的整个岩石总体积。 6
孔隙度的大小主要取决于颗粒排列情况及分选程
度，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。
①颗粒的排列—以理想等粒圆球状颗粒为例，理
论上几何计算立方体排列最疏松，孔隙度为47.64%
，四面体排列为最紧密，孔隙度为25.95%。
②颗粒的排列方式—以理想等粒圆球状颗粒为例，颗粒直
径为D，孔喉直径为d，立方体排列时，d=0.424D，作四面体
排列时，d=0.155D。
③考虑粘性土的结构孔隙及次生孔隙。
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孔隙通道最细小的部分称作孔喉，最宽大的 部分称作孔腹，孔喉对水流的影响更大。