《水文地质学基础》第二章 岩石中的空隙与水2

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Company Logo,*,Click to edit Master title style,主讲教师：张卫民,Fundamentals of,Hydrogeoloy,水文地质学基础,第二章 岩石中的空隙与水（下）,The Interstices and Water in Rocks,本章内容,2.1,岩石中的空隙,2.2,岩石空隙中的水,2.3,岩石的水理性质,Company Logo,2.2,岩石空隙中的水,存在形式：,设想实验,：材料,（,小石子、细管,）,+,水（水杯）,（,1,）,在小石子之上滴上几滴水，小石子上就会有残留水？,（,2,）,在饱水试样中，小石子上和小石子孔隙间的水？,（,3,）将玻璃细管插入水中，取出，管中残留水？,通过上述,3,例及图示,空隙中水的存在形式：,结合水,（,absorbed water, bound water,）,重力水,（,gravitational,water;bulk,water,）,毛细水,（,capillary water,）,Company Logo,2.2.1,结合水,结合水（,absorbed water, bound water,）,（,1,）定义,附着于固体表面，在自身重力下不能运动的水,（,2,）类型,强结合水：,离固相颗粒表面非常近的水；,弱结合水,：,离固相颗粒表面较远的水。,（,3,）性质,结合水具有,固态和液态水的双重性质,，即在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，也可以说其具有一定的,抗剪强度,。,？,抗剪强度的产生与大小与什么有关？,表面引力（固相表面与水分子间静电引力）,服从库仑定律，随固体表面的距离加大而减弱,结合水与重力水,Company Logo,结合水与重力水,Company Logo,表面引力,服从库仑定律，,随固体表面的距离加大而减弱,结合水与重力水,结合水,水分子极性与土粒带电荷,Company Logo,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，主要受自身重力影响。,在自身重力影响下可以自由运动的水叫重力水,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）,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,结合水与重力水,Company Logo,毛细水（,capillary water,）,1,、基本概念,毛细现象,：,细小管插入水中，水上升至一定高度停下来,在土层中挖个洞，在洞内放个接渗皿，能否接到水,?,北方地窖，陕北的窑洞,毛细力,：,毛细水：受到表面吸引力与重力作用，还有另一种力作用,称毛细力的作用，产生毛细现象,我们可以把毛细力归纳为,3,点：,2.2.3,毛细水,毛细水,空隙中的水,毛细水,Company Logo,毛细水，孔角毛细水,Company Logo,思考：,1.,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,？,毛细水,滴水 下雨,砂土 黄土,器皿,砾石,Company Logo,毛细力：,毛细力的产生：,是在三相（固、液、气）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侧,毛细力的大小：,毛细力大小与弯液面的曲率成正比（曲率大,毛细力大,;,曲率小，毛细力小）,一根毛细管子，管径越小，毛细力越大；,毛细力大，毛细上升高度也越大,2.2.3,毛细水,Company Logo,2,、毛细水的存在形式（,states forms,）,在岩石空隙中，毛细水的存在形式可分为三种：,a),支持毛细水（,supporting capillary water,）,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。上升高度与水面上部的岩石孔隙性质有关,b),悬挂毛细水（,suspension capillary water,）,脱离水面，岩石细小孔隙中保留的水分，称为悬挂毛细水,上细下粗土层与砂砾试样的例子？,悬挂毛细水的高度,c),孔角毛细水（触点毛细水）（,corner water, contiguity water?,）,孔角毛细水与悬挂毛细水是不同,？,悬挂毛细水似串珠状且连续分布的，孔角毛细水是孤立的,2.2.3,毛细水,支持与悬挂毛细水,小结,Company Logo,支持毛细水与悬挂毛细水,地下水位下降,Company Logo,2.2,岩石空隙中的水,小结,小结,岩石空隙中的水,有,三种存在形式,三种形式的水有差异,与,受力状态,有关,自己总结、比较,加深理解,_,有比较就会有记忆,第二节 岩石空隙中的水 结束,Company Logo,2.3,岩石的水理性质,一、定义,指岩石与水接触过程中表现出来的控制水分活动的各种性质。,就水文地质学来说，主要涉及是与水分,储容、释出与运移,有关的性质，包括：,容水度、含水量、持水度、给水度,二、水理性质,1,、容水度和孔隙度（,porosity,）,-,n,r,岩石完全饱水时，,所能容纳的最大水体积,与岩石总体积之比,（反映岩石最大含水能力）,孔隙度,n;,容水度,n,r,？,两者有何关系,Company Logo,2.3,岩石的水理性质,二、水理性质,1,、容水度和孔隙度（,porosity,）,- n,r,孔隙度,n;,容水度,n,r,？,两者有何关系,一般情况下，容水度在数值上与孔隙度（裂隙率、岩溶率）相等，但在如下情况下，二者不相等：,对于吸水后体积发生收缩或膨胀的土粒：,吸水后膨胀时，,n,r,n,吸水后收缩时，,n,r,n,2,、含水量（,water content,）,-w,岩石,实际保留水分的状况,（是某岩样某时的含水状态），又称岩石的天然含水量,1,）重量含水量（,W,g,）：,岩石孔隙中所含水份的重量（,G,w,）与干燥岩石重量（,G,s,）之比。,Company Logo,2.3,岩石的水理性质,二、水理性质,2,、含水量（,water content,）,-w,2,）体积含水量（,W,v,）：,岩石孔隙中含水体积与岩石总体积之比。,3,）,W,g,与,W,v,间的关系,在水的比重为,1,时，若岩石的干容重（单位体积干燥岩石的重量）为 ，则有：,W,g,=,W,v,4,）饱和含水量、饱和差、饱和度的概念,饱和含水量：,孔隙充分饱水时的含水量，用,Ws,表示。,饱和差：,饱和含水量与实际含水量的差值。,饱和度：,实际含水量与饱和含水量之比值。,Company Logo,2.3,岩石的水理性质,二、水理性质,3,、持水度（,specific retention,）,-,S,r,岩石的持水能力,最大保持水分的能力,定义,1,：,饱水岩石在重力作用下释水，岩石中保持住的水体积与饱水岩石总体积之比。,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）。,保持下来的水主要是什么水？,影响因素：,与给水度的影响因素相同，在下面介绍。,Company Logo,二、水理性质,4,、给水度（,specific yield,）,（,1,）、定义,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。,定义,2,：,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。,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？,结合水,(,膜,),，孔角毛细水，有时悬挂毛细水与支持毛细水,2.3,岩石的水理性质,均质土包气带水分分布,Company Logo,均质土包气带水分分布,Company Logo,二、水理性质,4,、给水度（,specific yield,）,（,2,）影响给水度,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？,1),岩性,：空隙大的样品，给水度大，,n,砾 粗砂 ,粉砂,（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，,同一岩层中其它原因也可造成,不同，为什么？,2.3,岩石的水理性质,Company Logo,二、水理性质,4,、给水度（,specific yield,）,（,2,）影响给水度,值的因素,2),地下水位初始埋深（,H,0,）,当初始地下水位埋深,小于,最大毛细上升高度时,H,0,h,c,时,，原重力水大多转化为支持毛细水，土层给水量大大降低，,变小。,当地下水位初始埋深,大于,支持毛细水带高度时,H,0,h,c,可达最大,值,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,也是最大理论给水度,2.3,岩石的水理性质,Company Logo,给水度与地下水位埋深的关系,Company Logo,二、水理性质,（,2,）影响给水度,值的因素,3),与地下水位下降速度有关,地下水位下降快慢会影响到,的大小,（下降快,理,、下降慢,理,）,这是因为释水滞后，而导致的释水减量,4),土层结构,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,值，,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。,2.3,岩石的水理性质,Company Logo,给水度小结,野外实际测定时,：,均,质,土，当地下水位初始埋深大于,h,c,，降速缓慢，,=W,S,-W,0,初始埋深小于,h,c,时，埋深愈浅，,水位降速愈快，,一般而言，层状土,小于均值土。,给水度、持水度与孔隙度三者间关系：,+,S,r,=n,结合实验课,设计研究给水度的影响因素与确定方法,给水度小结,Company Logo,二、水理性质,5,、透水性（,permeability,）,（先自学一下）,反映岩土透过水的能力,后续讲,“,地下水的运动,”,时再讨论,岩石空隙直径越大,透水能力越强,透水性越好！,有效应力原理与松散岩土的压密,（自学,p24-25,）,第二章 结束,2.3,岩石的水理性质,Company Logo,本章内容,2.1,岩石中的空隙,2.2,岩石空隙中的水,2.3,岩石的水理性质,Company Logo,