3第三章岩土中的空隙和水

第三章岩土中的空隙和水3.1岩土中的空隙空隙：void,interspace,space地壳岩石中的空隙为地下水的赋存提供了必要的 空间条件。按维尔纳茨基的形象说法“地壳表层就好象是饱含着水的海绵” 。岩石空隙是地下水存储空间和传输通道，空隙的特征（多少、大小、形状、方向性、连通程度及其空间变化等）决定着岩土储容、滞留、释出以及传输水的性能。岩石空隙可分为三类：a.未固结的松散岩石中的孔隙； b.固结的坚硬岩石中的裂隙；c.可溶岩石中的溶穴（隙）。1.孔隙（pore）松散岩石是由大小不等的颗粒组成的， 颗粒及颗粒集合体之间的空隙--孔隙。孔隙的多少，决定岩土储容水的能力，在一定条件下，还控制岩土滞留、释出和传输水的能力。孔隙体积的多少可用孔隙度表示：孔隙度（porosity）（n）--扌旨某一体积岩土（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。即：Vnn=V式中：Vn--岩石中孔隙的体积；V--包括孔隙在内的岩石体积；n--孔隙度，用小数或百分数表示。另外一个概念：孔隙比（voidratio）（£）--指某一体积岩土内孔隙的体积 （Vn）与固体颗粒体积（Vs）之比。即Vs因为V=Vn+Vs,所以n与£关系为：；：1—n应用时：涉及变形时（工程地质） t&（采用孔隙比较方便）；涉及水的储容与运动时（水文地质） tn（采用孔隙度方便）。影响因素：分选程度：分选程度好， n大；分选程度差，n小;颗粒的排列情况：立方体排列时 n=47.64%，四面体n=25.95%；颗粒的形状：形状愈不规则，棱角愈明显， n愈大；胶结充填情况：充填程度高， n小。孔隙度的测定方法：

饱和含水率：n=Bs（9s饱和含水率）；b.抽水试验；形态学方法：成象、扫描t借助与计算机处理（研究领域的前沿课题）表3-松散岩石孔隙度参考数值 （单位％）岩石名称砾石砂粉砂粘土泥炭孔隙度变化区间25~3525~5035~5040~7080粘土孔隙度较高的原因：颗粒表面带有电荷，构成颗粒集合体，形成较大的结构孔隙；粘性土中往往发育有虫孔、根孔、干裂缝等次生孔隙。裂隙（裂隙crack,fissure,fracture,小t大）和溶穴（溶隙：solutionfissure,vugularporespace）（详见12章，13章）坚硬固结岩石包括：沉积岩、岩浆岩、变质岩t岩石破裂变形产生裂隙。裂隙按成因可分为：成岩裂隙—岩石在形成时产生的裂隙（如玄武岩中的柱状节理） ；构造裂隙--构造运动中产生的裂隙；风化裂隙--风化作用产生的裂隙，主要分布在地壳附近。卸荷裂隙--因天然地质作用或人为工程活动减载卸荷形成的裂隙。溶穴（隙）--可溶的沉积岩在地下水溶蚀下会产生空洞 ，这种空隙称为溶隙。最常见的可溶岩石：石灰岩、白云岩等。关于溶隙：大的溶洞宽度数十米，高度数十米，长达几-几十 km;小的溶洞直径仅几毫米。大小相差悬殊。赋存于不同岩石中的地下水，由于其含水介质特征不同，具有不同的分布与运动特点。按岩层的空隙类型区分为三种类型的地下水 --孔隙水、裂隙水和岩溶水 （以后讲）。3.2岩土中的水地壳岩土中的水<r地壳岩土中的水<r强结合水r沸石水 广岩土“骨架”中的水彳结晶水（矿物结合水）L结构水结合水（矿物表面结合水）岩土空隙中的水<固态水气态水结合水松散岩石颗粒表面、坚硬岩石空隙壁面T松散岩石颗粒表面、坚硬岩石空隙壁面T电荷T吸附水分子。离固相表面越近，吸引力越大，自内向外逐渐减弱:图27结台忒与重力水〔部分参照列别捷夫〕左图:棉圈形小粒件表水分子+结含水部分的忒分子替正电荷--端朝底轉粒:

冇闱：晞头代炭水分子所覺舍力方向结合水--受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部分水称为结合水。这部分水被束缚于固相表面， 不能在自身的重力下运动。强结合水（吸着水）：不能流动，但可转化为气态水而移动。弱结合水（薄膜水）：外层能被植物吸收利用。结合水t具有抗剪强度。重力水重力水--固体表面结合水层以外的水分子， 受重力的影响大于固体表面的吸引力， 在重力作用下运移的那部分水。岩土空隙中的重力水能够自由流动。井泉取用的地下水，都属于重力水。毛细水（毛管水）毛细力--产生毛细现象的力。将一根毛细玻璃管插入水中，毛细管内的水面即会上升到一定高度， 这便是发生在固、液、气三相界面上的毛细现象。毛细玻璃

毛细玻璃松散岩石中细小的孔隙通道构成毛细带，在地下水面以上的包气带中广泛存在毛细水。毛细水：支持毛细水：与地下水面相连；[¥13.5支持乜细木和悬社毛细水 闿[¥13.5支持乜细木和悬社毛细水 闿3飞孔侑无细水a—支持E细水*h—社提T,细水悬挂毛细水：与地下水面不相连（地下水面下降时） ；触点毛细水：在颗粒接触点上。气态水、固态水及矿物中的水在未饱和水的空隙中存在着气态水，气态水 液态水。岩石温度＜0C,空隙中液态水t固态水。我国北方冬季t冻土。青藏高原部分岩石中的地下水多年保持固体 t多年冻土。存在于矿物结晶内部及其间的水 --沸石水、结晶水、结构水t加热时可从矿物中分离出去。3.3与水有关的岩土性质岩石空隙的大小、多少、连通程度及其分布的均匀程度，对水的储容、 运移有明显的影响。容水度容水度--是指岩土完全饱水时所容纳的水的体积与岩土体积的比值。一般在数值上容水度~n。含水量（或含水率） （watercontent）对松散岩石而言，如Q4、土壤等。1）重量含水量（Wg）--岩土孔隙含水重量（Gw）与干燥岩土重量（GN）的比值，为重量含水量（Wg）。即:WgGWgGwGs（小数或％表示）t国外文献上常用為表示。测定：a•烘干称重法；b.中子仪。2）体积含水量（Wv）--岩土孔隙含水体积（Vw）与包含孔隙在内的岩土体积（V）的比值，为体积含水量（Wv）。即：两者之间的关系：（小数或％表示）T国外文献上常用入或二表示。Wv=Wg （当水的容重为1时）。其中：：.--为岩石干容重（密度）。对于土壤来说，含水量也称为含水率，国际上一般用 0表示含水率（watercontent），两者之间的关系为：给水度（yieldofwater；specificyield）给水度（）--给水度是指地下水位下降单位深度时，因重力作用从单位水平面积岩土柱体（从地面到潜水面）释出水的体积。表示：小数或％表示。specificyield（给水度）：waterdrainedfromsoilundergravityflow。MjKR测定：a•实验室土柱排水法（高柱仪法）；b•野外抽水试验法。给水度的计算：J=——（水位下降时，单位体积土体给出的水的体积）豁A实际情况下，当地下水位下降时， 原先饱水带岩土空隙中的水， 只能释出一部分。一系列复杂因素影响水分的释出：首先，结合水不释出；其次，孔角毛细水也不会释出；第三，地下水位快速下降时，一部分水以悬挂毛细水形式滞留于非饱和带给水度是潜水含水层的主要参数之一。释水系数又称贮水系数（storativity） 或弹性给水度（承压水）。水头下降一个单位时，从单位面积含水层全部厚度的柱体中， 由于水的膨胀和岩层的压缩而释放出的水量；或者水头上升一个单位时，其所贮入的水量。它是表征含水层 （或弱透水层）全部厚度释水（贮水）能力的参数。影响给水度的因素：岩性：粗颗粒，孔隙大， 」大，~n；细颗粒，孔隙小，小；初始地下水位埋藏较浅时： 当So<hc时，水位下降时，一部分重力水将转化为毛细水,从而」偏小；当地下水位下降速率大时， 」偏小；d.重力释水滞后于水位下降，随时间的延续卩缓慢增大，释水比较充分时T理论最大值。均质松散岩石给水度参考值（P22,表2-2)o表3-2常见松散岩石的给水度（Fetter,1980）岩土给水度岩土给水度粗砂0.20〜0.35粉砂0.10〜0.15中砂0.15〜0.30亚粘土0.07〜0.10细砂0.10〜0.20亚砂土0.04〜0.074•持水度地下水位下降时，岩石中的水：一部分在重力的作用下排出，数量指标 t给水度；另一部分在重力的作用下仍保持在岩石中，数量指标 t持水度。持水度（SJ--是地下水位下降时，滞留于非饱和带中而不释出的水的体积与单位疏干体积比值。卩、Sr、n三者之间的关系：J+Sr=n渗透性岩土的渗透性--指岩体传输水或其他流体（如油气）的性能。定量指标--渗透系数（K）o影响透水性的因素，主要是孔隙的大小：孔隙愈大，透水性愈强， K大；孔隙愈小，透水性愈差， K小o3.4有效应力原理与岩土体变形破坏1有效应力原理太沙基（Terzaghi,1925）所提出的有效应力原理可以帮助我们分析地下水位的变动引起的松散岩石压密问题。

CFI<T1sIIff;CFI<T1sIIff;fT1I1ijcr'11111丄［fg11）水能承受的应力相当于孔隙水压力 u:u=wh式中：u--为孔隙水压力；h--为-AB平面上水的测压高度；w--为水的容重。2） 有效应力二'实际作用于沙层骨架上的应力称为 --有效应力。有效应力是岩土骨架所承受的应力。在封闭 （或相对封闭）条件下，上覆载荷的总应力（^）,由饱水岩土骨架应力L，即有效应力）与孔隙水压力（u）共同承受二二二'+uc‘二；u有效应力等于总应力减去孔隙水压力称为 --太沙基有效应力原理。2•地下水位变动引起的岩土压密1） 水头下降（孔隙水压力降低）t岩土压密。水头降低时，总应力-不变；孔隙水压力降低厶u;有效应力增加△匚';原先由水承受的应力，部分地转移到砂层骨架上。这样：a=（u—△u）+（▽'+△b'2）水头上升（孔隙水压力恢复） t砂层基本上恢复原状。开采承压水或半承压水导致测压水位下降， 孔隙水压力降低，有效应力增大，砂层骨架将发生压缩。表现为轻微的地面沉降。当测压水位恢复到原来高度时， 孔隙水压力恢复，砂层和地面都将回弹；由于砂粒排列不可能完全回到原状，因此，砂层和地面不会完全回弹。砂砾类岩土基本上呈--弹性变形。粘性土由于释水压密时结构发生了不可逆转的变化， 即使孔隙水压力复原，粘性土基本上仍保持其压密状态。粘性土--以塑性变形为主。水位降低T岩土压密T孔隙度、给水度、渗透系数等参数变小。地下水位变化引起岩土体位移破坏岩土体存在不连续面（裂隙、断裂、潜在滑动面等）时，当孔（空）隙水压力增加，有效应力降低时，不连续面的抗剪（抗滑）力降低，岩土体可能因重力作用，发生滑坡或崩塌等。思考题为什么图3.2b不能代表粗粒土最小孔隙度？颗粒大小对于孔隙度有无影响 ？为什么？自然界中接近等粒、分选良好的砂，孔隙度大致范围如何 ？为什么？TOC\o"1-5"\h\z假定图3.2a的孔隙中充满立方体排列的等粒圆球状小颗粒，其孔隙度是多少 ？为什么孔喉对水的滞留、释出及传输，影响更大 ？试分析松散沉积物颗粒大小及分选程度对其渗透性的影响。图3.5b为什么会形成悬挂毛细水？为什么给水度不是一个确定值 ？什么情况下，给水度才基本上等于空隙度 ？孔隙？孔隙度？孔隙比？成岩裂隙？构造裂隙？风化裂隙？卸荷裂隙结合水？重力水？毛细水？容水度？重量含水量？体积含水量？给水度？持水度？岩土的渗透性？有效应力？岩石空隙可分为非固结岩石中的 、坚硬固结岩石中的 和可溶岩石中的 。孔隙度的大小主要取决于 及 情况，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。岩石裂隙按成因分为： 、 禾廿 、 地下水按岩层的空隙类型可分为： 、 和 。

通常以 、 、 、持水度和透水性来表征与水分的储容和运移有关的岩石性质。体积含水量与重量含水量之间的关系？给水度、持水度、孔隙度之间的关系？简述影响孔隙度大小的主要因素，并说明如何影响？结合水、重力水和毛细水有何特点？影响给水度的因素有哪些，如何影响？影响岩石透水性的因素有哪些，如何影响？简述太沙基有效应力原理和过量抽取地下水引起地面沉降的原因？岩土空隙分为哪几类，各有什么特点？当我被上帝造出来时，上帝问我想在人间当一个怎样的人，我不假思索的说，我要做一个伟大的世人皆知的人。于是,我降临在了人间。我出生在一个官僚知识分子之家，父亲在朝中做官，精读诗书，母亲知书答礼，温柔体贴，父母给我去了一个好听的名字：李清照。小时侯，受父母影响的我饱读诗书，聪明伶俐，在朝中享有“神童”的称号。小时候的我天真活泼，才思敏捷，小河畔，花丛边撒满了我的诗我的笑，无可置疑，小时侯的我快乐无虑。“兴尽晚回舟，误入藕花深处。争渡，争渡，惊起一滩鸥鹭。”青春的我如同一只小鸟，自由自在，没有约束，少女纯净的心灵常在朝阳小，流水也被自然洗礼，纤细的手指拈一束花，轻抛入水，随波荡漾，发髻上沾着晶莹的露水，双脚任水流轻抚。身影轻飘而过，留下一阵清风。可是晚年的我却生活在一片黑暗之中，家庭的衰败，社会的改变，消磨着我那柔弱的心。我几乎对生活绝望，每天在痛苦中消磨时光，一切都好象是灰暗的。寻寻觅觅冷冷清清凄凄惨惨戚戚”这千古叠词句就是我当时心情的写照

最后，香消玉殒，我在痛苦和哀怨中凄凉的死去。在天堂里，我又见到了上帝。上帝问我过的怎么样，我摇摇头又点点头，我的一生有欢乐也有坎坷，有笑声也有泪水，有鼎盛也有衰落。我始终无法客观的评价我的一生。我原以为做一个着名的人，一生应该是被欢乐荣誉所包围，可我发现我错了。于是在下一轮回中，我选择做一个平凡的人。我来到人间，我是一个平凡的人，我既不着名也不出众，但我拥有一切的幸福：我有温馨的家，我有可亲可爱的同学和老师，我每天平凡而快乐的活着，这就够了。天儿蓝蓝风儿轻轻，暖和的春风带着春的气息吹进明亮的教室，我坐在教室的窗前，望着我拥有的一切，我甜甜的笑了。我拿起手中的笔，不禁想起曾经作诗的李清照，我虽然没有横溢的才华，但我还是拿起手中的笔，用最朴实的语言，写下了一时的感受：人生并不总是完美的，每个人都会有不如意的地方。这就需要我们静下心来阅读自己的人生，体会其中无尽的快乐和与众不同。“富不读书富不久，穷不读书终究穷。”为什么从古到今都那么看重有学识之人？那是因为有学识之人可以为社会做出更大的贡献。那时因为读书能给人带来快乐。自从看了《丑小鸭》这篇童话之后，我变了，变得开朗起来，变得乐意同别人交往，变得自信了……因为我知道：即使现在我是只“丑小鸭”，但只要有自

信，总有一天我会变成“白天鹅”的，而且会是一只世界上最美丽的“白天鹅”•……我读完了这篇美丽的童话故事，深深被丑小鸭的自信和乐观所折服，并把故事讲给了外婆听，外婆也对童话带给我们的深刻道理而惊讶不已。还吵着闹着多看几本名着。于是我给外婆又买了几本名着故事，她起先自己读，读到不认识的字我就告诉她，如果这一面生字较多，我就读给她听整个一面。渐渐的，自己的语文阅读能力也提高了不少，与此同时我也发现一个人读书的乐趣远不及两个人读的乐趣大，而两个人读书的乐趣远不及全家一起读的乐趣大。于是，我便发展“业务”带动全家一起读书 现在，每每遇到好书大家也不分男女老少都一拥而上，争先恐后“抢书”，当我说起我最小应该让我的时候，却没有人搭理我。最后还把书给撕坏了，我生气地哭了，妈妈一边安慰我一边对外婆说：“孩子小，应该让着点。”外婆却不服气的说：“我这一把年纪的了，怎么没人让我呀？”大家人你一言我一语，谁也不肯相让读书让我明白了善恶美丑、悲欢离合，读一本好书，犹如同智者谈心、谈理想，教你辨别善恶，教你弘扬正义。读一本好书，如品一杯香茶，余香缭绕。读一本好书，能使人心灵得到净化。书是我的老师，把知识传递给了我；书是我的伙伴，跟我诉说心里话；书是一把钥匙，给我敞开了知识的大门；书更是一艘不会沉的船，引领我航行在人生的长河中。其实读书的真真乐趣也就在于此处，不是一个人闷头苦读书；也不是读到好处不与他人分享，独自品位；更不是一个人如痴如醉地沉浸在书的海洋中不能自拔。 而是懂得与朋友，家人一起分享其中的乐趣。这才是读书真正之乐趣呢！这所有的一切，不正是我从书中受到的教益吗？

我阅读，故我美丽；我思考，故我存在。我从内心深处真切地感到：我从读书中受到了教益。当看见有些同学宁可买玩具亦不肯买书时，我便想到培根所说的话：“世界上最庸俗的人是不读书的人，最吝啬的人是不买书的人，最可怜的人是与书无缘的人。”许许多多的作家、伟人都十分喜欢看书，例如毛泽东主席，他半边床上都是书，一读起书来便进入忘我的境界。书是我生活中的好朋友，是我人生道路上的航标，读书，读好书，是我无怨无悔的追求。从群体上看，中专毕业生的劣势是阅历较少、知识层次相对不高；优势是学校专业设置大多

贴近市场实际、贴近一线需要，且中专毕业生年青、肯吃苦、可塑性强。从个体来说，每位毕业生的优势与长项又各不相同，如有相当一部分毕业生动手操作能力较好；有些学生非常上进，上学期间还同时参加了职业资格考试或自学考试。所以，在实事求是，不弄虚作假的前提下，要特别注意扬长避短，从而在竞争中取得优势，打动聘任者。没有重点和章法的写作易使文章显得头绪不清、条理紊乱。非常热爱市场销售工作，有着十分饱满的创业激情。在 两年从事现磨现煮的咖啡市场销售工作中积累了大量的实践经验和客户资源。与省内主要的二百多家咖啡店铺经销商建立了十分密切的联系，并在行业中拥