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5.1地下水系统的组成与结构(2)

时间:2022-10-26 归属:水文学

  1)孔隙率(n)又称孔隙度,它是反映含水介质特性的重要指标,以孔隙体积(Vn)与包括孔隙在内的岩土体积(V)之比值来表示,即n = Vn/V×100%。孔隙率的大小,取决于岩土颗粒本身的大小,颗粒之间的排列形式、分选程度以及颗粒的形状和胶结的状况等。

  必须指出,孔隙率只有孔隙数量多少的概念,并不说明孔隙本身的大小(即孔隙率大并不表示孔隙也大)。孔隙的大小与岩土颗粒粗细有关,通常是颗粒粗则孔隙大,颗粒细则孔隙小。但因细颗粒岩土表面积增大,因而孔隙率反而增大,如粘土孔隙率达到45—55%;而砾石的平均孔隙率只有27%。

  2)裂隙率(KT)裂隙率即裂隙体积(VT)与包括裂隙在内岩石体积(V)之比值:KT = VT/V×100%。与孔隙相比裂隙的分布具有明显的不均匀性,因此,即使是同一种岩石,有的部位的裂隙率KT可能达到百分之几十,有的部位KT值可能小于1%。

  3)岩溶率(KK)溶隙的多少用岩溶率表示,即溶隙的体积(Vk)与包括溶隙在内的岩石体积(V)之比值:K k = Vk/V×100%。溶隙与裂隙相比较,在形状、大小等方面显得更加千变万化,小的溶孔直径只几毫米,大的溶洞可达几百米,有的形成地下暗河延伸数千米。因此岩溶率在空间上极不均匀。

  综上所述,虽然裂隙率(KT)、岩溶率(Kk)与孔隙率(n)的定义相似,在数量上均说明岩土空隙空间所占的比例。但实际意义却颇有区别,其中孔隙率具有较好的代表性,可适用于相当大的范围;而裂隙率囿于裂隙分布的不均匀性,适用范围受到极大限制;对于岩溶率(Kk)来说,即使是平均值也不能完全反映实际情况,所以局限性更大。

  2.含水介质的水理性质 岩土的空隙,虽然为地下水提供了存在的空间,但是水能否自由的进出这些空间,以及岩土保持水的能力,却与岩土表面控制水分活动的条件、性质有很大的关系。这些与水分的贮容、运移有关的岩石性质,称为含水介质的水理性质,包括岩土的容水性、持水性、给水性、贮水性、透水性及毛细性等。

  1)容水性指在常压下岩土空隙能够容纳一定水量的性能,以容水度来衡量。容水度(Wn)定义为岩土容纳水的最大体积Vn与岩土总体积V之比,即Wn=Vn/V×100%。由定义可知,容水度Wn值的大小取决于岩土空隙的多少和水在空隙中充填的程度,如全部空隙被水充满,则容水度在数值上等于孔隙度;对于具有膨胀性的粘土,充水后其体积会增大,所以容水度可以大于孔隙度。

  2)持水性 饱水岩土在重力作用下排水后,依靠分子力和毛管力仍然保持一定水分的能力称持水性。持水性在数量上用持水度表示。持水度Wr定义为饱水岩土经重力排水后所保持水的体积Vr和岩土总体积V之比。即Wr=Vr/V×100%,其值大小取决于岩土颗粒表面对水分子的吸附能力。在松散沉积物中,颗粒愈细,空隙直径愈小,则同体积内的比表面积愈大,Wr,愈大。

  3)给水性 指饱水岩土在重力作用下能自由排出水的性能,其值用给水度(μ)来表示。给水度定义为饱水岩土在重力作用下,能自由排出水的体积Vg和岩土总体积V之比,即μ=Vg/V×100%。

  由上述3个定义可知:岩土持水度和给水度之和等于容水度(或孔隙度),即

Wn=Wr μ或n = Wr μ。

  式中n为孔隙度。

  4)透水性 指在一定条件下,岩土允许水通过的性能。透水性能一般用渗透系数K值来表示。其值大小首先与岩土空隙的直径大小和连通性有关,其次才和空隙的多少有关。如粘土的孔隙度很大,但孔隙直径很小,水在这些微孔中运动时,不仅由于水与孔壁的摩阻力大而难以通过,而且还由于粘土颗粒表面吸附形成一层结合水膜,这种水膜几乎占满了整个孔隙,使水更难通过。透水层与隔水层虽然没有严格的界限,不过常常将渗透系数K值小于0.001米/日的岩土,列入隔水层,大于或等于此值的岩土属透水层。

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