岩石中的孔隙与水岩石中的空隙地壳表层十余公里范围Word下载.docx

1、（1）砂砾石孔隙大小及其影响因素 首先，请大家比较以下三种砂砾石试样的孔隙大小 试样为理想的圆球组成的a砾石（模型）、b砂样、c砂砾混合样 砾石（模型） b砂样 c砂砾混合样 请回答：以上三种试样所构成的孔隙哪类大？哪类小？请总结影响砂砾石土孔隙大小的因素。简单归纳，影响砂砾石土孔隙大小的主要因素有：颗粒大小：与构成砂砾石土的颗粒粒径成正比（由上述插图2-1理解） 颗粒排列：立方体（疏松）、四面体（紧密）由图2-2可以总结出，颗粒呈立方体排列为最疏松的排列方式，颗粒呈四面体排列为最紧密的排列方式。因此，颗粒排列的紧密程度，影响孔隙大小。图2-2 颗粒的排列形式（参照格雷通）A立方体排列（疏松）

2、； B四面体排列（紧密） 试样的分选：试样的分选是指样品的颗粒粒径的级配情况。插图2-2 某地三种不同成因砂土的颗粒粒度累计分布图试样颗粒粒径分布域大，试样的分选也就差，颗粒大小越混杂，大孔隙易被小颗粒充填，样品的孔隙也就变小。样品分选较差时，孔隙大小取决于充填大孔隙中实际构成孔隙的细小颗粒的直径（如图2-1，3）。颗粒形状及胶结充填情况等。要求看书自学掌握。孔隙的大小：可以用孔喉（d）和孔腹（）来定量表征。理想条件下孔喉（d）、孔腹（）与构成孔隙颗粒的直径有关，如图2-2理想等园的颗粒，立方体排列条件下，有以下关系：孔喉（d）与颗粒（D）的关系为： d = 0.414D（粒径） 孔腹（）与颗

3、粒（D）的关系为：= 0.732D（粒径） （2）砂砾石的孔隙度（porosity）及其影响因素 孔隙度是描述松散岩石中孔隙多少的指标，常用n表示。孔隙度的定义：是指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例，用下式表示：式中：为孔隙度，为孔隙体积，为岩石总体积。孔隙度是一个比值，常用可用小数或百分数表示。请思考并回答：砂砾类土的孔隙度大小与什么有关？思考孔隙度与颗粒大小是否有关？请看图2-3。大颗粒的砾石样 中颗粒的砂样 小颗粒的细纱样 图2-3 不同粒度等粒岩石的孔隙度与孔隙大小通过阅读教材思考图2-2和2-3，你是否可以得出理想砂砾类土的孔隙度大小与颗粒粒径大小无关？影响砂砾石土孔

4、隙度的主要因素有：a. 与排列有关：试样排列的紧密与疏松是影响孔隙度的重要因素 由几何学可知，立方体排列为最松散排列，四面体排列为最紧密排列，自然界中松散岩石的孔隙度大多介于此两者之间。（参照图2-2）理想最疏松排列孔隙度为47.64%，最紧密排列孔隙度为25.95% b. 与分选有关：这点与上述讨论影响孔隙大小的原理相同，仔细阅读插图2-1三种砂砾石试样的模型图，不难理解分选好坏是影响孔隙度的主要原因。c. 与颗粒形状、胶结充填情况有关：颗粒形状与沉积物磨圆度有关，扁平装和棱角状的颗粒容易形成架空装结构，造成颗粒；颗粒间发生胶结或孔隙被充填，直接减少孔隙数量，使孔隙度减小。d自然界中松散岩石

5、的孔隙度大小，可以参见表2-1。思考表2-1给出的孔隙度数值与上述分析影响孔隙度大小的因素是否不一致？请总结有哪些不同？为什么会不同。参考回答：不同（1）在表2-1中，自然界中松散岩石的孔隙度与粒径大小有关，粒径小孔隙度大。（2）孔隙度超过最疏松排列的47.64%？粘性土孔隙度高达70%-80%。表21 松散岩石孔隙度参考数值据弗里泽等，1987 （3）粘性土的孔隙与孔隙度 粘性土通常是指土体粒径粗砂粉砂；颗粒细小试样，比表面积大，结合水与孔角毛细水残留多，给水度小。地下水位初始埋深（）：当地下水位初始埋深大于支持毛细水带高度时，则可达最大值，时，当地下水位下降1个高度时，原重力水大多转化为支

6、持毛细水，土层给水量大大降低，则变小。再用土层含水量曲线分析一下，当水位埋深足够大时，土层给水度不发生变经（为定值），此时给水度也是最大理论给水度。与地下水位下降速度有关：地下水位下降快慢会影响到的大小（下降快、下降慢），这是因为释水滞后，而导致的释样水减量。不同空隙大小的水，有不同的退水速度，速度同步时释水量多，否则残留相当多的悬挂毛细水（进气造成） 土层结构：均质土特征与上述讨论一致，岩土层为层状分均质土时，往往会影响值，多层状土的特征而言，上粗下细，上细下粗产生不同影响给水度。给水度小结（影响给水度的因素）：均值土、地下水位初始埋深大于支持毛细水高度hc、水位降速慢时，给水度最接近理论值

7、，即 。水位初始埋深小于支持毛细水高度时，埋深愈浅，越小。水位降速愈快，偏小。一般而言，层状土的给水度小于均值土层。四、持水度 持水度反映岩石最小含水能力的指标 如前所述，地下水位下降时，一部分水由于毛细力（以及分子力）的作用而仍旧反抗重力保持于空隙中。地下水位下降一个单位深度，单位水平面积岩石柱体中反抗重力而保持于岩石空隙中的水量，称作持水度（持水度与给水度、孔隙度的关系：影响因素：由上面公式可以得出，影响持水度的因素与影响给水度的因素相同。在包气带中，当重力释水充分时，又没有受到蒸发、蒸腾消耗时的土层含水量，称作残留含水量（）数值上相当于最大的持水度。五、透水性 透水性反映岩石允许水透过的

8、能力 透水性：是描述岩石允许水透过的难易程度的指标。表征岩石透水性的定量指标是渗透系数。关于渗透系数将在第四章专门讨论。在此仅讨论影响岩石透水性的因素。以松散岩石为例，分析一个理想孔隙通道中水的运动情况（图210）。（1）孔隙大小的影响：当孔隙度一定而孔隙直径愈大，则圆管通道的数量愈少，但有效渗流断面愈大，透水能力就愈强；反之，孔隙直径愈小，透水能力就愈弱。由图29可见，决定透水性好坏的主要因素是孔隙大小。（2）孔隙度：当孔隙直径大小相当时，只要孔隙直径达到一定程度，孔隙度才对岩石的透水性起作用，孔隙度愈大，透水性愈好。图29 理想圆管状空隙中重力水流速分布 图210 理想化孔隙介质 （3）孔隙通道变化与曲折性：松散岩石的实际孔隙通道并不是直径均一的圆管，而是直径变化、断面形状复杂的管道系统（图211，a）。岩石的透水能力并不取决于平均孔隙直径（图211，b），而在很大程度上取决于最小的孔隙直径（图211，c）。图211实际孔隙通道及其概化 a孔隙通道原型；b概化为沿程等经的圆管；c概化为沿程不等径圆管 孔隙通道愈弯曲，水质点实际流程就愈长，克服摩擦阻力所消耗的能量就愈大。颗粒分选性，除了影响孔隙大小，还决定着孔隙通道沿程直径的变化和曲折性（图211，a），因此，分选程度对于松散岩石透水性的影响，往往要超过孔隙度。