【文章內(nèi)容簡介】 密實程度，越松，孔隙越大越；（ 3）均勻性，越均勻，孔隙度越大；（ 4）形狀：棱角越明顯，通常排列就越松散；（ 5）膠結(jié)程度。 裂隙： 固結(jié)的巖石，包括沉積巖、變質(zhì)巖、巖漿巖，受地殼運動及其它內(nèi)外地質(zhì)應(yīng)力作用下，巖石破裂變形產(chǎn)生的空隙。 裂隙率 = 裂隙體積 /巖石總體積 100% 注意測定裂隙的方向、寬度、延伸長度、充填程度等。 溶隙： 可溶巖中的各種裂隙，被流水溶蝕擴大成為各種形態(tài)的溶隙。 巖溶率 = 溶隙的體積／巖石的總體積 100% 溶隙的規(guī)模十分懸殊，大的溶洞可寬達數(shù)十米，高數(shù) 十米乃至百余米，長達幾至幾十公里，而小的溶孔直徑只有幾毫米。 巖石中的空隙，必須以一定方式連接起來構(gòu)成空隙網(wǎng)絡(luò)，才能成為地下水有效的儲容空間和運移通道。 二、巖石中地下水的存在形式 巖石“骨架”中的地下水：沸石水、結(jié)晶水（以中性水分子的形式存在，如石膏： Ca[SO4] 2H2O）、結(jié)構(gòu)水（參與晶格中，以 H+ 、 (OH)、（ H3O））等離子形式存在。 巖石中空隙中的地下水：主要形式有： 結(jié)合水（強結(jié)合水，又稱吸著水；弱結(jié)合水，薄膜水）、重力水、毛細水、固態(tài)水和氣態(tài)水。 三、含水層與隔水層 含水層 ： 指能夠透過并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層。 27 隔水層：不能透過水，或是透過和給出的水的數(shù)量微不足道的巖層。 ? 所以劃分含水層與隔水層的標(biāo)志不是含不含地下水，關(guān)鍵看所含地下水的性質(zhì)。 ? 兩者劃分是相對的，并不存在截然的界限或絕對的定量標(biāo)志。從某種意義上將，兩者是相對比較而劃分的。 ? 兩者在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。如在較大的水頭差的作用下，致密粘土含的結(jié)合水也可能發(fā)生流動，也能透過和給出一定量的地下水。 ? 通常是指在松散巖石中，如在巖溶中，地下水分布極不均勻，稱巖溶含水系更合適；在裂隙中，如連通良好，稱裂隙含水層是 適合的，但裂隙受局部構(gòu)造控制時，例如一條較大的張性斷裂穿越巖性不同的地層，斷裂帶中水分布連續(xù)且均勻，這時稱含水帶更合適。 99 28 167。 6 地下水的類型及特征 167。 包氣帶和飽氣帶 一、包氣帶和飽氣帶的概念： 地表以下一定深度上存在著地下水面。地下水面以上稱為包氣帶；地下水面以下稱為飽氣帶。 在包氣帶中，空隙壁吸附有結(jié)合水，在細小的空隙中保持著毛細水，空隙未被液態(tài)水占據(jù)的部分包含空氣及氣態(tài)水?？障吨械乃^吸附力和毛細力所能支持的量時，剩余的水便以重力水的形式下滲。 飽水帶巖石空隙全部 為液態(tài)水所充滿，既有重力水，也有結(jié)合水。重力水是開發(fā)利用或排除的主要對象。 二、 包氣帶的組成 自下而上可分為：土壤水帶、中間帶和毛細水帶。 土壤水帶：包氣帶頂部植被根系活動帶通常發(fā)育土壤層，其中所含的水成為土壤水。 毛細水帶：由地下水面上升的支持毛細水，在包氣帶底部構(gòu)成毛細水帶。 167。 不同埋藏條件下的地下水 埋藏條件：是指含水巖層在地質(zhì)剖面中所處的部位及隔水層控制的情況。據(jù)此可將地下水分為：包氣帶水、潛水和承壓水。 一、包氣帶水： 土壤水：包氣帶表層土壤中的毛細水和結(jié)合水。 上層滯水：儲存于包氣帶中局部隔水層之上的重力水。 29 二、潛水： 潛水的特征：埋藏在地表以下第一個穩(wěn)定隔水層之上具有自由表面的重力水。潛水的自由水面稱為潛水面；潛水面到地表的距離稱為埋藏深度；潛水面的高程稱為潛水位；潛水面到隔水層的垂直距離稱為含水層厚度。 無壓水，直接受大氣降水補給，具有明顯的季節(jié)性變化特征。 等水位線圖：潛水面上標(biāo)高相等各點的連線圖，即潛水面的等高線圖。 1） 確定潛水流動方向； 2） 確定水力坡度； 3） 確定潛水與地表水的補給關(guān)系； 4） 確定潛水的埋藏深度。 潛水的補給、徑流和 排泄 補給：大氣降水為主要補給來源；地表水；承壓水。 徑流：潛水在重力作用下由高往底流動，形成地下徑流。受地形的切割程度和巖石滲透性等因素控制。 排泄：以泉、滲流等形式泄出地表或流入地表水；通過包氣帶不斷蒸發(fā)。 三、 承壓水、 承壓水的特征：充滿于兩個隔水層之間的具有承壓性質(zhì)的重力水。其上部隔水層稱為隔水頂板；下部隔水層稱為隔水底版。 1） 初見水位： 2） 承壓水位或測壓水位： 當(dāng)井（孔）鑿穿上部隔水層時，井中水位的壓力作用下會上升超過出含水層的頂面而穩(wěn)定在一定的高度上。這種上升的地下水面稱 承壓水面 ，它的標(biāo) 高稱承壓水位或測壓水位。 30 3） 水頭： 從承壓水位到含水層頂板的距離稱承壓水頭。 4） 自流水：當(dāng)承壓水位高出地面時，就能噴出地表形成自流水。 承壓水由于有穩(wěn)定的上覆隔水層，不直接受降水和蒸發(fā)的影響，距補給區(qū)常較遠，因此對氣候變化的反應(yīng)不及潛水靈敏，其水質(zhì)水量和水位的變化也較小。承壓水是良好的供水水源，但它對礦坑和地下工程施工常造成程度不同的危害。除上述的層間承壓水外，還存在著脈狀承壓水 等水壓線圖： 就是承壓水面上高程相等點的連線圖。等水位線圖上必須附有地形等高線和頂板等高線，后者表明鉆孔鉆到什么深度可見初見水位。 承壓水的補給、徑流與排泄 補給：補給區(qū)的大氣降水或地表水的補給；潛水在承壓水隔水頂板尖滅的地段或通過弱隔水層越流補給承壓水。關(guān)鍵在水頭差。 徑流：由補給區(qū)向排泄區(qū)徑流，兩者水位差及巖石滲透性影響徑流。 排泄：以泉或泉群等形式；排泄到潛水含水層或地表水中。 167。 不同含水層空隙中的地下水 一、 孔隙水： 水量在空間上分布相對均勻，連續(xù)性好。一般呈層狀分布，同一含水層中的孔隙水具有密切的水力聯(lián)系，具有統(tǒng)一的地下水面。 沖積扇中的地下水 洪積扇中的地下水 二、 裂隙水： 貯存于基巖裂隙中的地下水。受巖石中的裂隙發(fā)育程 度和力學(xué)性質(zhì)影響。在裂隙發(fā)育地區(qū)，相對含水豐富。在同一構(gòu)造單元或同一地段，富水性 31 有很大變化，因而形成了裂隙水的不均一性。 三、 巖溶水 儲存和運動于可溶性巖層空隙中的地下水。在空間上分布變化很大。大氣降水是其主要補給來源。 排泄的最大特征是集中和良大。 32 167。 7 地下水運動的基本規(guī)律 167。 飽水帶重力水運動的基本規(guī)律 一、地下水運動的特點 ： 曲折復(fù)雜的水流通道： 但人們研究巖石內(nèi)平均直線水流通道中的水流運動特征： 實質(zhì)：用充滿含水層中的假想水流來代替僅僅在巖石空隙中運動的真正水流。其條件是： 1) 假想水流通 過任意斷面的 流量 必須等于真正水流通過同一斷面的流量； 2) 假想水流在任意斷面的水頭必須等于真正水流在同一斷面的 水頭 ； 3) 假想水流通過巖石所受到的 阻力 必須等于真正水流所受到的阻力。 遲緩的水流： 由于所受到的摩擦阻力較大，所以運動遲緩，通常用每日（晝夜）多少米來計算其流通量。 二、滲流 １、滲流 ：地下水在巖石空隙中的運動。發(fā)生滲流的區(qū)域稱為 滲流場 。 ２、層流 ：在巖層空隙中滲流時，水的質(zhì)點有秩序的、互不混雜的流動。在具有狹小空隙的巖石中流動時，重力水受介質(zhì)的吸引力較大，水的質(zhì)點排列較有秩序。 ３、紊流： 在巖層空隙中 滲流時，水的質(zhì)點無秩序地、相互混雜的流動。 ４、穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流 ：水在滲流場中運動，各個運動要素（水位、流速、流向）不隨時間改變時，稱為穩(wěn)定流。運動要素隨時間變化的水流運動， 33 稱為非穩(wěn)定流。 三、線性滲透定律 達西定律 1856 年，法國水力學(xué)家達西通過大量的實驗，得到線性滲透定律。 Q=Kwh/L=KwI Q — 滲透流量； K — 滲透系數(shù)； w — 過水?dāng)嗝妫?h— 水頭損失； Ｌ — 滲透途徑；Ｉ— 水力梯度。 １、滲透流速： 實際過水面積 w`＝ wne ne 為有效空隙度，即重力水流動的空隙體積／巖石體 積之比。 Ｑ＝ w`u u 為實際流速。 Ｑ＝ w`u＝ wv 有： v = une ２、水力梯度： 水力梯度為沿滲透途徑水頭損失與相應(yīng)滲透長度的比值。水力梯度可理解為水流通過單位長度滲透途徑為克服摩擦阻力所消耗的機械能。從另一個角度講，則可理解為驅(qū)動力。 34 ３、滲透系數(shù)： 滲透系數(shù)的因次與滲透流速相同，一般采用 m/d 或 cm／ s 為單位。令 I = 1，則 V=K。意即滲透系數(shù)為水力梯度等于１時的滲透流速。滲透系數(shù)可定量說明巖石的滲透性能。滲透系數(shù)愈大，巖石透水能力就越好。 滲透系數(shù)不僅與巖石的空隙性質(zhì)有關(guān)，還與水的某 些物理性質(zhì)有關(guān)。 當(dāng)液體流動時，液體質(zhì)點之間存在著相對運動，這時質(zhì)點之間會產(chǎn)生內(nèi)摩擦力反抗它們之間的相對運動，液體的這種性質(zhì)稱為 粘滯性 。 只有雷諾數(shù)小于（１－１０）之間的某一數(shù)值的層流運動才服從達西定律。 Re=vd/r v — 孔隙（裂隙）中水的流速（ m/s） d — 孔隙（裂隙）的直徑或間距（ m） 。 r — 水的運動 粘滯系數(shù) （ m2/s） 三、非線性滲透定律 地下水在較大空隙中運動，起流速相當(dāng)大時，水流呈紊流狀態(tài)，此時符合下式： V=KmI1/2 當(dāng)?shù)叵滤驶旌狭鳡顟B(tài)時候，符合下式： V=KcI1/m 其中 m 介于 12 之間。 35 167。 地下水向井的運動簡介 一、水井的類型： 水井：人工的集水構(gòu)筑物。 根據(jù)水井井徑的大小和開鑿的方法的不同，可分為：管井和筒井。 管井：直徑較小，通常小于 ，而深度比較大，常用鉆機開鑿。 筒井：直徑較大，可達 1m 到數(shù)米，而深度較淺，通常用人工開挖。 據(jù)水井揭露的地下水類型，水井可分為潛水井和承壓水井兩類。 根據(jù)揭露含水層的程度和進水條件不同，可分為完整井和非完整井。 完整井：貫穿整個含水層，在全部含水層厚度上都安裝有過濾器，并能全 面進水。 二、井附近的水位降深 水位降深：從井中抽水時，井周圍含水層中的水流入井中內(nèi)，井附近和井中的水位將降低。設(shè)某點（ x , y）的初始水頭為 H0(x , y , 0)，抽水 t 時間后的水頭為 H (x , y , t)，則此時該點的水頭降低值 s 為： s (x , y , 0)= H0(x , y , 0) H (x , y , t) 稱 s 為水位降深，簡稱降深。 降落漏斗：在井附近餓不同地點，降深 s 不同，井中心最大，離井越遠，降深越小，總體上形成的漏斗狀水頭下降區(qū)，被稱為降落漏斗 。 對潛水井，降落漏斗在含水層內(nèi)部擴展，抽水量主要來自含水層的疏干量；于承壓井則不同，降落漏斗不在含水層內(nèi)部發(fā)展，而是形成承壓水頭降低區(qū)。 抽水過程中，若無補給來源，地下水向井的運動始終處于非穩(wěn)定運動。 36 但在以下兩個條件下，可達到穩(wěn)定運動： 1）在有側(cè)向補給的有限含水層中，當(dāng)降落漏斗擴展到補給邊界后，側(cè)向補給量和抽水量平衡的時； 2）在有垂向補給的無限含水層中，隨著降落漏斗的擴大，垂向補給量不斷增大。當(dāng)增大到與抽水量相等時，形成穩(wěn)定的降落漏斗，地下水向井的運動也進入穩(wěn)定運動。 在沒有 補給的無限含水層中，嚴格地說不可能出現(xiàn)穩(wěn)定流，但隨著抽水時間的延長，水位降深的速率會越來越小。 當(dāng)降落漏斗內(nèi)的水位降深變得如此地小，以至在一個較短的時間間隔內(nèi)幾乎觀測不到明顯的水位下降時，如果延長觀測的時間間隔，仍能看到水位在緩緩下降。此時漏斗區(qū)內(nèi)的水流便可近似作為穩(wěn)定運動來研究。這種情況稱為近似的定，稱為 似穩(wěn)定 。 \ 37 167。 8 土的物質(zhì)組成及物理力學(xué)性質(zhì) 167。 土的物質(zhì)組成 一、土的粒度成分與礦物組成 １、 土的概念 ：土是巖石在風(fēng)化破碎、搬運和沉積等一系列作用下，在各種自然環(huán)境中形成的堆積 物。它是由固體顆粒、顆粒間的孔隙水和氣體組成的三相體系。 ２、 土的粒組劃分和礦物組成： 土的大小是以其直徑來表示，稱為粒徑（或粒度），單位一般采用毫米。由于固體顆粒是土最主要的組成部分，構(gòu)成土的骨架主體，故土的粒度成分是決定土的工程性質(zhì)的最主要的內(nèi)在因素之一，也是對土進行分類的主要依據(jù)。 1） 土的粒度劃分與組成 粒組： 把介于一定粒徑范圍的成分相近、性質(zhì)相似的土粒，稱為粒組。土中不同粒組顆粒的相對含量，稱為土的 粒度成分 （ 顆粒級配 ），它以個粒組顆粒的重量占該土顆粒的總重量的百分數(shù)來表示。 工程上對粒組的劃分標(biāo)準(zhǔn)是使同一 粒組土粒的工程性質(zhì)相近，而與相鄰粒組土粒的性質(zhì)有明顯差別。 目前我國一般采用界限粒徑為 200、 和 把土粒分為漂石（塊石）顆粒、卵石（碎石）顆粒、圓礫（角礫）顆粒、砂粒、粉粒和粘粒。 2） 礦物成分 (1) 原生礦物：是巖石經(jīng)物理風(fēng)化破碎而成的礦物隨屑。石英、長石、 38 云母、角閃石等； (2) 不溶性次生礦物：是原巖經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后，形成的不容于水的殘余礦物。次生二氧化硅和粘土礦物等；（ 3）可溶性次生礦物：是原巖經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后，其可溶物質(zhì)被水溶濾并攜帶到其他地方沉淀下來所形成的可溶性次生礦