【正文】 孔隙 Company Logo 裂隙 （ fissure fracture ） 固結(jié)的堅硬巖石中 ， 一般僅殘存很小部分孔隙 ， 而存在有各種內(nèi)外力作用下產(chǎn)生的裂縫 （ 縫隙 ） ? 裂隙類型： 風(fēng)化 （ 卸荷 ） 裂隙 、 成巖裂隙 、 構(gòu)造裂隙 – 裂隙形態(tài) ：空間形態(tài)是兩向延伸長 ， 橫向延伸短的“ 餅狀 ” 空隙 ， 單個裂隙是孤立的 – 裂隙巖體 ：從水的賦存與運移角度來看 ， 裂隙的描述包括： 1) 裂隙的連通性 （ 組數(shù) 、 產(chǎn)狀 、 長度和密度 ） 2) 張開性 （ 裂隙寬度 ） 3) 裂隙率等 裂隙 Company Logo ? 裂隙率 裂隙多少用裂隙率表示，有如下三種： ? ① 體裂隙率（ KV） ：一般用于室內(nèi)測定 式中： VV 裂隙體積 ； V包含裂隙在內(nèi)的巖石體積。 式中： bi：沿裂隙走向方向第 i條裂隙的寬度 L：與裂隙走向垂直方向上代表性測量線段的長度 裂隙 %100?? VVK VV%1001 ????lbKniilCompany Logo ? 裂隙率 裂隙多少用裂隙率表示，有如下三種： ? ③ 面裂隙率（ Ka）： 一般用于野外測定 指單位面積巖石上裂隙所占的比例。 – 式中： VK：溶穴體積 – V：包含溶穴在內(nèi)的可溶巖體積。 含水介質(zhì)的空間分布與連通特征是不同的 ， 三種主要類型的含水介質(zhì)比較： ? 連 通 性 — 孔隙介質(zhì)最好 ， 其它較差 ? 空間分布 — 孔隙介質(zhì)分布最均勻 ， 裂隙不均勻 ， 溶穴極不均勻 。bulk water） 毛細水 —— （ capillary water） Company Logo 結(jié)合水 結(jié)合水 （ absorbed water, bound water） ? （ 1） 定義 附著于固體表面 ， 在自身重力下不能運動的水 ? （ 2） 類型 強結(jié)合水： 離固相顆粒表面非常近的水； 弱結(jié)合水 ： 離固相顆粒表面較遠的水 。 ？ 抗剪強度的產(chǎn)生與大小與什么有關(guān) ？ 表面引力（固相表面與水分子間靜電引力） — 服從庫侖定律，隨固體表面的距離加大而減弱 結(jié)合水與重力水 Company Logo 結(jié)合水與重力水 Company Logo 表面引力 — 服從庫侖定律， 隨固體表面的距離加大而減弱 結(jié)合水與重力水 結(jié)合水 Company Logo 重力水 （ gravitational water。 在自身重力影響下可以自由運動的水叫重力水 ? 地層內(nèi)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(zhì)學(xué)研究的主要對象 ， 也是勘察的主要對象 重力水 結(jié)合水與重力水 Company Logo 毛細水 （ capillary water） 基本概念 ? 毛細現(xiàn)象 ： ① 根據(jù)細小管插入水中 ， 水上升至一定高度停下來 ② 在土層中挖個洞 ， 在洞內(nèi)放個接滲皿 ， 能否接到水 ?— 北方地窖 ， 陜北的窯洞 ? 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(chǎn)生毛細現(xiàn)象 我們可以把毛細力歸納為 3點： 毛細水 毛細水 空隙中的水 毛細水 Company Logo 毛細力： ? 毛細力的產(chǎn)生： 是在三相界面上內(nèi)彎液面引起 —— 液面彎曲產(chǎn)生的。曲率小，毛細力?。? 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 毛細水 毛細水 Company Logo 毛細水的存在形式 （ states forms） 在巖石空隙中 ， 毛細水的存在形式可分為三種： a) 支持毛細水 （ supporting capillary water ） 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 。 ？ 懸掛毛細水的高度 c) 孔角毛細水 （ 觸點毛細水 ） （ corner water, contiguity water?） 孔角毛細水與懸掛毛細水是不同 —— ？ 懸掛毛細水似串珠狀且連續(xù)分布的 ， 孔角毛細水是孤立的 毛細水 支持與懸掛毛細水 小結(jié) Company Logo 巖石的水理性質(zhì) ? 一 、 定義 指巖石與水接觸過程中表現(xiàn)出來的控制水分活動的各種性質(zhì) 。 容水度 —— nr ？ 兩者有何關(guān)系 %100??巖石容水VVnr 巖石的水理性質(zhì) ?二 、 水理性質(zhì) 容水度和孔隙度 （ porosity） nr 孔隙度 —— n。 %100??swg GGW 巖石的水理性質(zhì) ? 二 、 水理性質(zhì) 含水量 （ water content） w ? 2） 體積含水量 （ Wv） ： 巖石孔隙中含水體積與巖石總體積之比 。 =W v ? 4）飽和含水量、飽和差、飽和度的概念 – 飽和含水量： 孔隙充分飽水時的含水量，用 Ws表示。 – 飽和度： 實際含水量與飽和含水量之比值。 – 定義 2： 地下水位下降一個單位深度，單位水平面積飽水巖石柱體中反抗重力而保持于巖石空隙中的水量（體積）。 %100?? VVS r 持水Company Logo 二 、 水理性質(zhì) 給水度 （ specific yield） —— ? （ 1） 、 定義 定義 1： 飽水巖石在重力作用下給出的水的體積與飽水巖石總體積之比 。 當(dāng)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 ？ 結(jié)合水 (膜 )， 孔角毛細水 ， 有時懸掛毛細水與支持毛細水 巖石的水理性質(zhì) 均質(zhì)土包氣帶水分分布 %100?? VV 給水?Company Logo 二 、 水理性質(zhì) 給水度 （ specific yield） —— ? （ 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 ？ 1) 巖性 ：空隙大的樣品 ， 給水度大 ， μ≈n ? 礫 ＞粗砂 ＞ … ＞粉砂 —— （ 與粒徑有關(guān) ） ? 顆粒細小者 ， 比表面積大 ， 結(jié)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 ？ 巖石的水理性質(zhì) Company Logo 二 、 水理性質(zhì) 給水度 （ specific yield） —— ? （ 2） 影響給水度 —— μ值的因素 2) 地下水位初始埋深 （ H0） ? 當(dāng)初始地下水位埋深 小于 最大毛細上升高度時 H0＜＜ hc 時 ， 原重力水大多轉(zhuǎn)化為支持毛細水 ， 土層給水量大大降低 ， μ 變小 。 巖石的水理性質(zhì) Company Logo 給水度小結(jié) —— 野外實際測定時 ： – 均 質(zhì) 土 ， 當(dāng)?shù)叵滤怀跏悸裆畲笥?hc， 降速緩慢 ， μ=WSW0 – 初始埋深小于 hc時 ， 埋深愈淺 ， μ↓ – 水位降速愈快 ， μ↓ – 一般而言 ， 層狀土 μ小于均值土 。動態(tài)變化很不穩(wěn)定。 特征：與大氣相通 ，具自由水面 ， 補給區(qū)與分布區(qū)一致 ，動態(tài)受氣候影響較大 。 ? 潛水的埋藏特點： ? 1）潛水面以上，一般無穩(wěn)定的隔水層，潛水通過包氣帶與地表相通，所以大氣降水和地表水直接滲入而補給潛水，成為潛水的主要補給來源； ? 2）潛水埋藏深度及含水層的厚度是經(jīng)常變化的，而且有的還變化甚大，它們受氣候、地形和地質(zhì)條件的影響，其中以地形的影響最顯著； ? 3）潛水具有自由表面，為無壓水。一個是水平方向上的，一個是垂直方向上的。 虛線－潛水等水位線 實線－地形等高線 潛水與地表水的關(guān)系 潛水補給河流 河流補給潛水 單側(cè)補給 承壓水 (pressure water) 充滿于兩個隔水層之間的含水層中承受水壓力的重力水。 2）地下水面承受靜水壓力，非自由面。 4）任一點的承壓含水層的厚度不變，不受降水季節(jié)變化的支配。 則承壓水位埋深為： 103－ 91＝ 12m 承壓水頭為 91－ 83＝ 8 m 含水層埋深為 ： 103－ 83＝ 20m 承壓水等水位線圖可確定 下列重要指標(biāo)： ?承壓水位埋深 ?承壓水頭大小 ?含水層埋深（初見水位） Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ) 第三章 地下水的運動 The movement of 主講教師：王 濤 第三章 地下水的運動 ? 地下水運動的幾個基本概念 （ 1） 滲流與滲流場 滲流 （ 滲透 ） ： 指地下水在巖石空隙中的運動 。 （ 2）層流運動與紊流運動 層流運動： 在巖石空隙中滲流時，水的質(zhì)點作有秩序的、互不混雜的流動。 從流態(tài)來看，地下水多為層流（除巖溶管道外） 第三章 地下水的運動 ? 地下水運動的幾個基本概念 （ 3） 穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流 穩(wěn)定流： 指水在滲流場內(nèi)運動，各個運動要素 (水位、水量、流速、流向等 )不隨時間變化的水流運動 。 嚴格地講，自然界中地下水都屬于非穩(wěn)定流。 實驗條件：裝置圖 — P36， 圖 41 1） 等徑圓筒裝入均勻砂樣 （ uniform sand） ， 斷面為 ω 2） 上 （ 下各 ） 置一個穩(wěn)定的溢水裝置 —— 保持穩(wěn)定水流 3） 實驗時上端進水 ， 下端出水 —— 示意流線 4） 砂筒中安裝了 2個測壓管 5） 下端測出水量 （ outflow） — Q 達西試驗裝置 LhK ωQ ?O O’ 斷面 1 斷面 2 L H1 H2 h ω 達 西 試 驗 裝 置 _兩種 2—變水頭裝置 1—常水頭裝置 達西定律（ Darcy’s law） ? 通過變水頭，多次實驗得出：出水端的流量 Q與砂柱、測壓管水頭之間的關(guān)系為： （ 1） LhK ωQ ?g r a d i e n th y d r a u l i cJILh 水力梯度????? Q ——滲流量； ω——砂柱斷面面積； ? h ——水頭損失（ m）； L ——滲流途徑； ? K——與試樣有關(guān)的比例常數(shù) 。 V – 與 （ 2） 式比較 V = K I ——（ 3） Company Logo 達西定律討論 滲透流速 （ V） 與過水?dāng)嗝?（ ω ） Q = K ω I = ω V ? 過水?dāng)嗝媾c水力學(xué)中的水流過斷面是否一致 ？ 否 –過水?dāng)嗝?—— ω， 假想的斷面 –實際孔隙斷面 —— ωn 孔隙度 –實際水流斷面 —— ωne 有效孔隙度 Q/ω =V 比照水力學(xué) ， 實際流速 Q/ω′= u ， ω′= ω ne ? 關(guān)系 ： 地下水滲透流速 V= u ne ? 滲透流速 V： 是假設(shè)水流通過整個巖層斷面 （ 骨架 +空隙 ） 時所具有的虛擬的平均流速 。有效空隙度 ne孔隙度 n。反過來，水力梯度 I愈大時，驅(qū)動水流運動與速度也愈大 注意：水頭損失一定要與滲流途徑相對應(yīng) 滲透系數(shù) 滲透系數(shù) K（ coefficient of permeability） 在有些教科書中也稱為水力傳導(dǎo)系數(shù) （ hydraul