《水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)課件》第二章巖石中的空隙與水.ppt_第1頁
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文檔簡介

主講教師:張衛(wèi)民,Fundamentals of Hydrogeoloy 水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ),第二章 巖石中的空隙與水(下) The Interstices and Water in Rocks,Company Logo,,本章內(nèi)容,2.1 巖石中的空隙,2.2 巖石空隙中的水,2.3 巖石的水理性質(zhì),Company Logo,,2.2 巖石空隙中的水,存在形式: 設(shè)想實驗:材料(小石子、細(xì)管)+水(水杯) (1)在小石子之上滴上幾滴水,小石子上就會有殘留水? (2)在飽水試樣中,小石子上和小石子孔隙間的水? (3)將玻璃細(xì)管插入水中,取出,管中殘留水? 通過上述3例及圖示空隙中水的存在形式: 結(jié)合水(absorbed water, bound water) 重力水(gravitational water;bulk water) 毛細(xì)水(capillary water),Company Logo,,2.2.1 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(yuǎn)的水。 (3)性質(zhì) 結(jié)合水具有固態(tài)和液態(tài)水的雙重性質(zhì),即在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,也可以說其具有一定的抗剪強度。 ?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,水分子極性與土粒帶電荷,Company Logo,,重力水(gravitational water; bulk water) 遠(yuǎn)離固相表面,水分子受固相表面吸引力的影響極其微弱,主要受自身重力影響。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,2.2.2 重力水,結(jié)合水與重力水,Company Logo,,毛細(xì)水(capillary water) 1、基本概念 毛細(xì)現(xiàn)象: 細(xì)小管插入水中,水上升至一定高度停下來 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(xì)力: 毛細(xì)水:受到表面吸引力與重力作用,還有另一種力作用稱毛細(xì)力的作用,產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象 我們可以把毛細(xì)力歸納為3點:,2.2.3 毛細(xì)水,毛細(xì)水,空隙中的水,毛細(xì)水,Company Logo,,毛細(xì)水,孔角毛細(xì)水,Company Logo,,思考: 1. 上細(xì)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(nèi)能否接到水?,毛細(xì)水,滴水 下雨 砂土 黃土 器皿 礫石,Company Logo,,毛細(xì)力: 毛細(xì)力的產(chǎn)生: 是在三相(固、液、氣)界面上內(nèi)彎液面引起液面彎曲產(chǎn)生的。 毛細(xì)力的方向: 作用方向始終指向彎曲液面的凹側(cè) 毛細(xì)力的大?。?毛細(xì)力大小與彎液面的曲率成正比(曲率大,毛細(xì)力大;曲率小,毛細(xì)力小) 一根毛細(xì)管子,管徑越小,毛細(xì)力越大; 毛細(xì)力大,毛細(xì)上升高度也越大,2.2.3 毛細(xì)水,Company Logo,,2、毛細(xì)水的存在形式(states forms) 在巖石空隙中,毛細(xì)水的存在形式可分為三種: a) 支持毛細(xì)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。上升高度與水面上部的巖石孔隙性質(zhì)有關(guān) b) 懸掛毛細(xì)水(suspension capillary water ) 脫離水面,巖石細(xì)小孔隙中保留的水分,稱為懸掛毛細(xì)水 上細(xì)下粗土層與砂礫試樣的例子?懸掛毛細(xì)水的高度 c) 孔角毛細(xì)水(觸點毛細(xì)水)(corner water, contiguity water?) 孔角毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水是不同? 懸掛毛細(xì)水似串珠狀且連續(xù)分布的,孔角毛細(xì)水是孤立的,2.2.3 毛細(xì)水,支持與懸掛毛細(xì)水,小結(jié),Company Logo,,支持毛細(xì)水與懸掛毛細(xì)水,Company Logo,,2.2 巖石空隙中的水小結(jié),小結(jié) 巖石空隙中的水有三種存在形式 三種形式的水有差異與受力狀態(tài)有關(guān) 自己總結(jié)、比較加深理解_有比較就會有記憶 第二節(jié) 巖石空隙中的水 結(jié)束,Company Logo,,2.3 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)。 就水文地質(zhì)學(xué)來說,主要涉及是與水分儲容、釋出與運移有關(guān)的性質(zhì),包括:容水度、含水量、持水度、給水度 二、水理性質(zhì) 1、容水度和孔隙度(porosity)- nr 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 (反映巖石最大含水能力) 孔隙度n; 容水度nr ?兩者有何關(guān)系,Company Logo,,2.3 巖石的水理性質(zhì),二、水理性質(zhì) 1、容水度和孔隙度(porosity)- nr 孔隙度n; 容水度nr ?兩者有何關(guān)系 一般情況下,容水度在數(shù)值上與孔隙度(裂隙率、巖溶率)相等,但在如下情況下,二者不相等: 對于吸水后體積發(fā)生收縮或膨脹的土粒: 吸水后膨脹時, nr n 吸水后收縮時, nr n 2、含水量(water content) -w 巖石實際保留水分的狀況(是某巖樣某時的含水狀態(tài)),又稱巖石的天然含水量 1)重量含水量(Wg):巖石孔隙中所含水份的重量(Gw)與干燥巖石重量(Gs)之比。,Company Logo,,2.3 巖石的水理性質(zhì),二、水理性質(zhì) 2、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。 3)Wg與Wv間的關(guān)系 在水的比重為1時,若巖石的干容重(單位體積干燥巖石的重量)為 ,則有: Wg =Wv 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。 飽和差:飽和含水量與實際含水量的差值。 飽和度:實際含水量與飽和含水量之比值。,Company Logo,,2.3 巖石的水理性質(zhì),二、水理性質(zhì) 3、持水度(specific retention)-Sr 巖石的持水能力最大保持水分的能力 定義1:飽水巖石在重力作用下釋水,巖石中保持住的水體積與飽水巖石總體積之比。 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)。 保持下來的水主要是什么水? 影響因素:與給水度的影響因素相同,在下面介紹。,Company Logo,,二、水理性質(zhì) 4、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。 定義2:當(dāng)?shù)叵滤幌陆狄粋€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(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(xì)水,有時懸掛毛細(xì)水與支持毛細(xì)水,2.3 巖石的水理性質(zhì),均質(zhì)土包氣帶水分分布,Company Logo,,均質(zhì)土包氣帶水分分布,Company Logo,,二、水理性質(zhì) 4、給水度(specific yield) (2)影響給水度值的因素 ?礫石、粗砂、細(xì)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,n 礫 粗砂 粉砂(與粒徑有關(guān)) 顆粒細(xì)小者,比表面積大,結(jié)合水與孔角毛細(xì)水殘留多,除巖性外,同一巖層中其它原因也可造成不同,為什么?,2.3 巖石的水理性質(zhì),Company Logo,,二、水理性質(zhì) 4、給水度(specific yield) (2)影響給水度值的因素 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(xì)上升高度時H0 hc 時,原重力水大多轉(zhuǎn)化為支持毛細(xì)水,土層給水量大大降低,變小。 當(dāng)?shù)叵滤怀跏悸裆畲笥谥С置?xì)水帶高度時H0 hc ,可達(dá)最大值 土層含水量曲線分析:當(dāng)水位埋深足夠大時,土層給水度不發(fā)生變化(為定值),此時給水度也是最大理論給水度,2.3 巖石的水理性質(zhì),Company Logo,,給水度與地下水位埋深的關(guān)系,Company Logo,,二、水理性質(zhì) (2)影響給水度值的因素 3) 與地下水位下降速度有關(guān) 地下水位下降快慢會影響到 的大小 (下降快理、下降慢理) 這是因為釋水滯后,而導(dǎo)致的釋水減量 4) 土層結(jié)構(gòu) 均質(zhì)土特征與上述討論一致 巖土層為層狀非均質(zhì)土?xí)r,往往會影響值, 多層狀土的特征而言,上粗下細(xì),上細(xì)下粗結(jié)構(gòu)影響是不同的。,2.3 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怀跏悸裆畲笥趆c,降速緩慢, =WS-W0 初始埋深小于hc時,埋深愈淺, 水位降速愈快, 一般而言,層狀土小于均值土。 給水度、持水度與孔隙度三者間關(guān)系: + Sr=n 結(jié)合實驗課 設(shè)計研究給水度的影響因素與確定方法,給水度小結(jié),Company Log

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