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Fundamentals ofHydrogeology 水文地质学 第二章 岩石中的空隙与水 The Interstices and Water in Rocks 2.1 岩石中的空隙 2.2 空隙中的水 2.3 岩石的水理性质 本章内容 2 2.1 岩石中的空隙 v岩石——水文地质学中指坚硬的岩石和松散的土层。 v空隙——岩、土中各种类型孔隙的总称。 v空隙是地下水赋存场所(places)和运移通道(conduits) v空隙分为 1.孔隙(pore)—unconsolidated soil— (第四纪地质学) 2.裂隙(fissure) —hard rock— (构造地质学) 3.溶穴(cavity) —dissoluble rock— (岩溶地貌学) 《工程地质学》是从土层的物理力学指标(性能)来讨论， 如土的压缩性和强度变形。 下边以孔隙为例，讨论描述空隙性有关的概念，参数( 指标)和分析方法。 3 2.1.1 孔隙 孔隙(pore,void) 土体孔隙的描述有：孔隙大小、多少、形状、连通情况 松散土体宏观上分为2大类：砂性土类和粘性土类 1、砂砾石孔隙大小及影响因素 v 试样a—砾石、试样b－砂土样品、试样c－砂砾混合样品 ？问题：试样a和b哪种孔隙大？哪种孔隙小？孔隙大小－－有关？ v 简单归纳：砂砾石土的孔隙大小与什么有关？ 颗粒大小、排列 (立方体或四面体)、 分选、胶结、充填等 v 孔隙大小特征的描述： 设松散岩石颗粒为等粒圆球,颗粒直径为D,则 孔喉(d) d=0.414D (孔隙通道最细小部分) 孔腹(d’)d’=0.732D (孔隙通道最宽大部分) 下图表示不同粒度等粒岩石的孔隙大小及排列形式 4 孔隙与粒径关系 5 立方体排列与 四面体排列 6 v ？问：孔隙度的大小与什么有关？ ——与颗粒的大小有关？ a、与排列有关——紧密与疏松 理想最疏松孔隙度为47.64%，最紧密排列孔隙度为25.95% b、与分选有关——下边试样哪个孔隙度大，哪个小？ 试样： ①砾石 ②砂石 ③混合样 v 完全混合试样时：孔隙度n混 ＝n砂 ×n砾 v 影响孔隙度大小的主要因素是试样的分选程度 7 2.1.1 孔隙 2、砂砾石的孔隙度(porosity)及其影响因素 孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标 v 定义： 某一体积岩石(包括颗粒骨架与空隙在内)中孔隙所占的比 例。通常用n表示 孔隙与粒径关系 8 v矛盾之一：与粒径的关系不是愈大则愈大吗？ v矛盾之二：孔隙度超过最疏松排列的47.64%达到70% v 自然界中松散岩石的孔隙度与上述讨论的有些不同 松散岩石孔隙度参考值 岩石名称 孔隙度 粉砂 35-50% 砂 25-50% 砾石 25-40% 粘土 40-70% 2.1.1 孔隙 9 2.1.1 孔隙－粘土 3、粘性土的孔隙与孔隙度 v粘土颗粒 l粘性土是指土体颗粒直径＜0.005mm的直径 l粘性土由于颗粒细小，比表面积大，连续力强 l粘粒在悬浮推移接触时，就会联接起来形成“粘粒团” l细小粘粒集合(团)构成(成为)颗粒集合体 l集合体与集合体结合构成粘性土的沉积结构特征 v粘土孔隙 粘性土如同海绵、蜂窝、絮状结构 l结构孔隙——集合体与集合体、粘粒与粘粒之间 l次生孔隙—— 虫孔、根孔、裂隙裂痕 10 蒙脱石、片状粘土矿物——淤泥粘土 11 粘性土的结构，不同比例电镜扫描片 12 松散孔隙 粘土孔隙 裂隙溶隙 具有裂隙的岩石 溶隙、溶穴的可溶岩 分选良好，排列紧密的砂 分选好，排列松的砂 经过压缩的粘土 部分胶结的砂岩 含泥砂砾石 13 2.1.2 裂隙 v裂隙(fissure fracture) 固结的坚硬岩石中，一般仅残存很少的孔隙，而存在有 各种内外地质应力作用而产生的裂隙(裂缝) 裂隙： 是纵向延伸长、横向延伸短的“饼状空隙”，单个 裂隙是独立的。 v裂隙岩体：从水的赋存和运移角度，裂隙描述包括 1)裂隙的连通性(组数、产状、长度、密度) 2)张开性(裂隙宽度) 3)裂隙率等 14 按成因：成岩裂隙、构造裂隙、风化(卸荷)裂隙 S 成岩裂隙： 成岩中冷凝收缩、固结干缩产生(岩浆岩) S 构造裂隙： 构造变动中受力产生的(具有方向性) S 风化裂隙： 风化营力作用下产生的(地表附近) 裂隙率% 3.2－15.2 0.008-3.4 0.5-1 0-2.4 0.02-1.9 裂隙率% 0.5-2.8 0.6-2.0 0.4-6.7 0.6-1.3 4.4-5.6 岩石名称 各种砂岩 石英岩 各种片岩 片麻岩 花岗岩 岩石名称 正长岩 辉成岩