第2部分-岩石中的孔隙与水分(下).pptx
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1、Company LCompany LCompany L本章内容2.1岩石中的空隙岩石中的空隙2.2空隙中的水空隙中的水2.3岩石的水理性质岩石的水理性质Company LCompany LCompany L2.2 2.2 空隙中的水空隙中的水存在形式:气态 固态 液态 设想实验设想实验:材料:材料(玻璃珠子、细管玻璃珠子、细管)+水(水杯)水(水杯)(1 1)2 2个玻璃珠子之间滴上几滴水,接触部位就会有所残留水个玻璃珠子之间滴上几滴水,接触部位就会有所残留水 (2 2)在在饱饱水水试试样样中中取取1 1颗颗和和2 2个个颗颗粒粒,颗颗粒粒和和颗颗粒粒孔孔隙隙间间的的水水?(3 3)将玻璃细管
2、插入水中,取出,管中残留水?)将玻璃细管插入水中,取出,管中残留水?通过上述通过上述3 3例及图示例及图示空隙中水的存在形式:空隙中水的存在形式:结合水结合水(absorbed water,bound waterabsorbed water,bound water)重重 力力 水水(gravitational gravitational water;bulk water;bulk waterwater)毛细水毛细水(capillary watercapillary water)Company LCompany LCompany L2.2 2.2 空隙中的水空隙中的水 Company LComp
3、any LCompany L2.2.1 2.2.1 结合水结合水结合水结合水(absorbed water,bound waterabsorbed water,bound water)vv定义定义 附着于固体表面,在自身重力下不能运动的水附着于固体表面,在自身重力下不能运动的水 即结合水具有一定的即结合水具有一定的抗剪强度抗剪强度?抗剪强度的产生与大小与什么有关抗剪强度的产生与大小与什么有关 表面引力表面引力服从库仑定律,随固体表面的距离加大而减弱服从库仑定律,随固体表面的距离加大而减弱 vv性质性质 结结合合水水具具有有固固态态和和液液态态水水的的双双重重性性质质;即即自自身身重重力力作作用
4、用下下不能运动,在外力作用下能够移动(运动)及变形不能运动,在外力作用下能够移动(运动)及变形 vv意义意义 只只要要有有固固相相表表面面就就存存在在结结合合水水,存存在在范范围围广广,其其量量很很小小(结结合合水水膜膜很很薄薄),当当孔孔隙隙直直径径小小于于2 2倍倍结结合合水水膜膜厚厚度度时时,孔孔隙中只含有不能自由运动的结合水(又称无效空间)隙中只含有不能自由运动的结合水(又称无效空间)结合水与重力水结合水与重力水重力水重力水Company LCompany LCompany L结合水与重力水结合水与重力水v Company LCompany LCompany L 表面引力表面引力服从库
5、仑定律,服从库仑定律,随固体表面的距离加大而减弱随固体表面的距离加大而减弱结合水与重力水结合水与重力水结合水结合水Company LCompany LCompany L重力水重力水(gravitational water;bulk watergravitational water;bulk water)vv远远离离固固相相表表面面,水水分分子子受受固固相相表表面面吸吸引引力力的的影影响响极极其其微微弱弱,主主要受重力影响。重力影响下可以自由运动要受重力影响。重力影响下可以自由运动 vv 无无重重力力作作用用下下水水的的存存在在?如如在在太太空空中中瓶瓶中中的的水水分分布布受表面吸引的作用液态水
6、的特征受表面吸引的作用液态水的特征 vv地地层层内内岩岩石石空空隙隙中中如如果果存存在在一一定定的的重重力力水水,就就可可以以通通过过泉泉,或或井流出(抽出)井流出(抽出)vv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 vv 2.2.2 2.2.2 重力水重力水结合水与重力水结合水与重力水Company LCompany LCompany L毛细水毛细水(capillary watercapillary water)1 1、基本概念、基本概念 v毛细现象毛细现象:根据细小管插入水中,水上升至一定高度停下来根据细小管插入水中,水上升至
7、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?在土层中挖个洞,在洞内放个接渗皿,能否接到水?北方地窖,陕北的窑洞北方地窖,陕北的窑洞 v毛细力毛细力:毛毛细细水水:受受到到表表面面吸吸引引力力,重重力力,还还有有另另一一种种力力称称毛细力的作用,产生毛细现象毛细力的作用,产生毛细现象 我们可以把毛细力归纳为我们可以把毛细力归纳为3 3点:点:2.2.3 2.2.3 毛细水毛细水毛细水毛细水空隙中的水空隙中的水毛细水毛细水Company LCompany LCompany Lv 毛细水,孔角毛细水毛细水,孔角毛细水Company LCompany LCompany L思考:思考:
8、1 1.上细下粗土层,滴水,水停留在何处?上细下粗土层,滴水,水停留在何处?2 2.黄土层中挖平洞,下大雨后,洞内能否接到水黄土层中挖平洞,下大雨后,洞内能否接到水?毛细水毛细水滴水滴水下雨下雨砂土砂土黄土黄土器皿器皿砾石砾石Company LCompany LCompany L毛细力毛细力:n n 毛细力的毛细力的产生产生:是在三相界面上内弯液面引起是在三相界面上内弯液面引起液面弯曲产生的液面弯曲产生的 n n 毛细力的毛细力的方向方向:作用方向始终指向弯曲液面的凹例作用方向始终指向弯曲液面的凹例 凹凸弯液面是指相对于液相一侧而言的凹凸弯液面是指相对于液相一侧而言的 凹形弯液面凹形弯液面负的
9、毛细压强(负的毛细压强(negativenegative)-如同真空吸力如同真空吸力 凸形弯液面凸形弯液面正的毛细压强(正的毛细压强(positivepositive)n n 毛细力的毛细力的大小大小:毛细力大小与弯液面的曲率成正比(曲率大毛细力大小与弯液面的曲率成正比(曲率大,毛细力大毛细力大;曲曲率小,毛细力小)率小,毛细力小)一根毛细管子,管径越小,毛细力越大;反之亦然一根毛细管子,管径越小,毛细力越大;反之亦然 毛细力大,毛细上升高度也越大毛细力大,毛细上升高度也越大2.2.3 2.2.3 毛细水毛细水毛细水毛细水Company LCompany LCompany L2 2、毛细水的存
10、在形式毛细水的存在形式(states formsstates forms)在岩石空隙中,毛细水的存在形式可分为三种:在岩石空隙中,毛细水的存在形式可分为三种:a)a)支持毛细水支持毛细水(supporting capillary water supporting capillary water)在在地地下下水水面面支支持持下下存存在在的的(附附着着水水面面上上的的),随随地地下下水水升升降降而而升升降。上升高度与水面上部的岩石孔隙性质有关降。上升高度与水面上部的岩石孔隙性质有关 b)b)悬挂毛细水悬挂毛细水(suspension capillary water suspension capil
11、lary water)脱离水面,岩石细小孔隙中保留的水分,称为悬挂毛细水脱离水面,岩石细小孔隙中保留的水分,称为悬挂毛细水 上粗下细或上细下粗砂砾试样的例子。上粗下细或上细下粗砂砾试样的例子。?悬挂毛细水的高度?悬挂毛细水的高度 思思考考:一一个个等等径径园园管管,如如果果支支持持毛毛细细水水高高度度为为 hchc,悬悬挂挂毛毛细细水水高高度度?c)c)孔角毛细水(触点毛细水)(孔角毛细水(触点毛细水)(corner water,contiguity water?corner water,contiguity water?)孔角毛细水与悬挂毛细水是不同孔角毛细水与悬挂毛细水是不同?悬挂毛细水似
12、串珠状且连续分布的,孔角毛细水是孤立的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 2.2.3 毛细水毛细水支持与悬挂毛细水支持与悬挂毛细水小结小结Company LCompany LCompany L支持毛细水与悬挂毛细水支持毛细水与悬挂毛细水地地下下水水位位下下降降Company LCompany LCompany L2.2 2.2 空隙中的水空隙中的水小结小结小结小结 岩石空隙中的水岩石空隙中的水有有三种存在形式三种存在形式 三种形式的水有差异三种形式的水有差异与与受力状态受力状态有关有关 自己总结、比较自己总结、比较加深理解加深理解_有比较就会有记忆有比较就会有记忆
13、v v 第二节第二节 空隙中的水空隙中的水 结束结束 Company LCompany LCompany L2.3 2.3 岩石的水理性质岩石的水理性质vv 岩石(包括骨架与空隙在内的总称)岩石(包括骨架与空隙在内的总称)水水理理性性质质:就就就就水水水水文文文文地地地地质质质质学学学学主主主主要要要要涉涉涉涉及及及及是是是是与与与与水水水水分分分分储储储储容容容容、释释释释出出出出与与与与运运运运移移移移有关的性质有关的性质有关的性质有关的性质 包括包括包括包括:容水性、容水性、持水性持水性、给水性、给水性、透水性透水性。Company LCompany L2.3岩石的水理性质一、容水性一、
14、容水性一、容水性一、容水性vv1 1 概念:指概念:指概念:指概念:指岩石能够容纳水的性能岩石能够容纳水的性能。vv指标:指标:指标:指标:容水度容水度(针对饱水带)、(针对饱水带)、(针对饱水带)、(针对饱水带)、含水量含水量(针对包气带)(针对包气带)(针对包气带)(针对包气带)vv2 2 容水度(容水度(容水度(容水度(C C)vv指岩石完全饱水时所容纳的最大水的体积与岩石总体积之比指岩石完全饱水时所容纳的最大水的体积与岩石总体积之比指岩石完全饱水时所容纳的最大水的体积与岩石总体积之比指岩石完全饱水时所容纳的最大水的体积与岩石总体积之比 n n一一一一般般般般情情情情况况况况下下下下,容
15、容容容水水水水度度度度在在在在数数数数值值值值上上上上与与与与孔孔孔孔隙隙隙隙度度度度(裂裂裂裂隙隙隙隙率率率率、岩岩岩岩溶溶溶溶率率率率)相相相相等等等等,即即即即C=nC=n(K KK K或或或或K KV V),但在如下情况下,二者不相等:),但在如下情况下,二者不相等:),但在如下情况下,二者不相等:),但在如下情况下,二者不相等:n n对于吸水后体积发生对于吸水后体积发生对于吸水后体积发生对于吸水后体积发生收缩或膨胀收缩或膨胀的土粒:此时的土粒:此时的土粒:此时的土粒:此时n n 吸水后膨胀时,吸水后膨胀时,吸水后膨胀时,吸水后膨胀时,cn;cn;n n吸水后收缩时,吸水后收缩时,吸水
16、后收缩时,吸水后收缩时,cncnCompany LCompany L2.3岩石的水理性质一、容水性一、容水性一、容水性一、容水性v3 3 含水量(说明包气带的含水状况)含水量(说明包气带的含水状况)含水量(说明包气带的含水状况)含水量(说明包气带的含水状况)(1)(1)重量含水量(重量含水量(重量含水量(重量含水量(WgWg):松散岩石孔隙中所含水份的重量():松散岩石孔隙中所含水份的重量():松散岩石孔隙中所含水份的重量():松散岩石孔隙中所含水份的重量(GwGw)与干燥岩石重量(与干燥岩石重量(与干燥岩石重量(与干燥岩石重量(GsGs)之比。)之比。)之比。)之比。(2)(2)体积含水量(
17、体积含水量(体积含水量(体积含水量(WvWv):岩石孔隙中含水体积与岩石总体积之比。):岩石孔隙中含水体积与岩石总体积之比。):岩石孔隙中含水体积与岩石总体积之比。):岩石孔隙中含水体积与岩石总体积之比。Company LCompany L2.3岩石的水理性质二、持水性二、持水性二、持水性二、持水性1 1概念:饱水岩石在重力作用下释水,能保持住一部分水概念:饱水岩石在重力作用下释水,能保持住一部分水概念:饱水岩石在重力作用下释水,能保持住一部分水概念:饱水岩石在重力作用下释水,能保持住一部分水的性能。的性能。的性能。的性能。持水性的大小用持水度描述,保持住的水实质上是毛细水、结合水。持水性的大
18、小用持水度描述,保持住的水实质上是毛细水、结合水。持水性的大小用持水度描述,保持住的水实质上是毛细水、结合水。持水性的大小用持水度描述,保持住的水实质上是毛细水、结合水。2 2 持水度(持水度(持水度(持水度(SrSr)定义定义定义定义1 1:饱水岩石在重力作用下释水,岩石中保持住的水体:饱水岩石在重力作用下释水,岩石中保持住的水体:饱水岩石在重力作用下释水,岩石中保持住的水体: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。积与饱水岩石总体积之比。积与饱水岩石总体积之比。积与饱水岩石总体积之比。定义定义定义定义2 2:地下水位下降一个单位深度,单位水平面积饱水岩:地下水位
19、下降一个单位深度,单位水平面积饱水岩:地下水位下降一个单位深度,单位水平面积饱水岩: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)。石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量(体积)。石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量(体积)。石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量(体积)。Company LCompany L2.3岩石的水理性质二、持水性二、持水性二、持水性二、持水性定义定义定义定义1 1与定义与定义与定义与定义2 2是统一的。是统一的。是统一的。是统一的。据定义据定义据定义据定义1 1:因为:因为:因为:因为:V=Sh=1V=Sh=1所以
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