FundamentalsofHydrogeoloy水文地質學基礎第2章巖石中的空隙與水（下）

TheIntersticesandWaterinRocks中國地質大學水文地質學基礎教學組佛鳴一鼎提供，更多地大資料qq:605734043內部資料及歷年真題本章內容

2.1巖石中的空隙2.2空隙中的水

2.3巖石的水理性質2.2空隙中的水存在形式：氣態固態液態

設想實驗：材料（玻璃珠子、細管）+水（水杯）結合水——（absorbedwater,boundwater）重力水——（gravitationalwater;bulkwater）毛細水——（capillarywater）定義附著于固體表面，在自身重力下不能運動的水即結合水具有一定的抗剪強度？抗剪強度的產生與大小與什么有關

表面引力—服從庫侖定律，隨固體表面的距離加大而減弱性質結合水具有固態和液態水的雙重性質；即自身重力作用下不能運動，在外力作用下能夠移動（運動）及變形意義只要有固相表面就存在結合水，存在范圍廣，其量很小（結合水膜很薄），當孔隙直徑小于2倍結合水膜厚度時，孔隙中只含有不能自由運動的結合水（稱無效空間）2.2.1結合水結合水與重力水結合水與重力水111222111111111111111111111111111111111111111111111重力水（gravitationalwater;bulkwater）遠離固相表面，水分子受固相表面吸引力的影響極其微弱，主要受重力影響。重力影響下可以自由運動無重力作用下水的存在？如在太空中瓶中的水分布—受表面吸引的作用液態水的特征地層內巖石空隙中如果存在一定的重力水，就可以通過泉，或井流出（抽出）重力水是水文地質學研究的主要對象，也是勘察的主要對象2.2.2重力水結合水與重力水毛細水（capillarywater）

1、基本概念毛細現象：根據細小管插入水中，水上升至一定高度停下來毛細力：毛細水：受到表面吸引力，重力，還有另一種力—稱毛細力的作用，產生毛細現象我們可以把毛細力歸納為3點：2.2.3毛細水毛細力的產生：是在三相界面上內彎液面引起——液面彎曲產生的毛細力的方向：作用方向始終指向彎曲液面的凹例凹凸彎液面是指相對于液相一側而言的凹形彎液面—負的毛細壓強---如同真空吸力凸形彎液面—正的毛細壓強毛細力的大小：毛細力大小與彎液面的曲率成正比（曲率大,毛細力大;曲率小，毛細力小）

一根毛細管子，管徑越小，毛細力越大；反之亦然

毛細力大，毛細上升高度也越大2.2.3毛細水（續1）——毛細力2.2.3毛細水（續2）

滴水下雨

砂土黃土

器皿

礫石思考：1.上細下粗土層，滴水，水停留在何處？2.黃土層中挖平洞，下大雨后，洞內能否接到水？2.2.3毛細水（續3）——毛細水的存在形式支持毛細水：在地下水面支持下存在的（附著水面上的），隨地下水升降而升降b)懸掛毛細水：脫離水面，巖石細小孔隙中保留的水分c)孔角毛細水地下水位下降支持毛細水與懸掛毛細水2.2.3毛細水（續4）2.3巖石的水理性質巖石：是包括骨架與空隙在內的總稱水理性質：水文地質學主要涉及是與水分儲容、釋出與運移有關的性質包括：孔隙度容水度含水量持水度給水度透水性2.3.1容水度和孔隙度（porosity）容水度是反映巖石最大含水能力對比：孔隙度n與容水度

兩者有何關系？容水度定義：巖石完全飽水時，所能容納的最大水體積與巖石總體積之比2.3.2含水量（watercontent）__

巖石樣品實際保留水分的狀況，反映的是某巖樣在某時刻的含水狀態。又稱巖石的天然含水量巖石的含水量受到環境影響會經常發生變化。含水量（watercontent）__2.3.3持水度（specificretention）__Sr反映巖石的持水能力——巖石最大保持水分的能力持水度定義：巖石最大持水量（持水體積）與巖石總體積之比。持水度（specificretention）__Sr給水度（specificyield）——(d)1、定義：當地下水位下降一個單位高度時，單位水平面積巖石柱體，在重力作用下釋放出來的水體積，稱為給水度當水位下降一個單位，土層孔隙中是否所有的水都流出來？在土層中會保留什么形式的水？保留的水有：結合水(膜)，孔角毛細水，有時懸掛毛細水與支持毛細水2.3.4

給水度（specificyield）參見：均質土包氣帶水分分布2.3.4給水度（specificyield）（續1）均質土包氣帶水分分布2、影響給水度——μ值的因素？礫石、粗砂、細砂、砂礫混合樣相比較，哪種樣給水度大a)巖性：空隙大的樣品，給水度大，μ≈n礫＞粗砂＞…＞粉砂——（與粒徑有關）顆粒細小者，比表面積大，結合水與孔角毛細水殘留多，除巖性外，同一巖層中其它原因也可造成μ不同，為什么？b)地下水位初始埋深（H0）當地下水位初始埋深大于支持毛細水帶高度時H0

＞＞hc,可達最大μ值。當H0＜＜hc時，地下水位下降時，原重力水大多轉化為支持毛細水，土層給水量大大降低，μ變小。土層含水量曲線分析：當水位埋深足夠大時，土層給水度不發生變化（為定值），此時給水度—也是最大理論給水度2.3.4給水度（specificyield）（續2）2.3.4給水度（specificyield）（續3）當H0＜＜hc時，地下水位下降時，原重力水大多轉化為支持毛細水，土層給水量大大降低，μ變小。四、給水度——2、影響μ值的因素c)與地下水位下降速度有關地下水位下降快慢會影響給水度μ的大小

——（下降快μ<μ理、下降慢μ→μ理）這是因為釋水滯后，而導致的釋水減量d)土層結構均質土特征與上述討論一致巖土層為層狀非均質土時，往往會影響μ值，多層狀土的特征而言，上粗下細，上細下粗結構影響是不同的。2.3.4給水度（specificyield）（續4）2.3.4給水度（specificyield）（續5）給水度小結——野外實際測定時：均值土，當地下水位初始埋深大于hc，降速緩慢，μ＝ωS－ω0初始埋深小于hc時，埋深愈淺，μ↓