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2、裂隙
固结的坚硬岩石受地壳运动及其它内外地质营力作用的影响产生的空隙,称为裂隙。
裂隙发育程度除与岩石受力条件有关外,还与岩性有关,坚脆的岩石裂隙发育,透水性好,质软具塑性的岩石裂隙不发育,透水性差。
裂隙的多少用裂隙率(Kt)表示,裂隙率是裂隙体积(Vt)与包括裂隙体积在内的岩石总体积的比值,用小数或百分数表示:
几中岩石裂隙的参考值
岩石名称
玄武岩
岩溶化石灰岩
砂岩
石灰岩白云岩
页岩
裂隙
结晶岩
致密
裂隙率(%)
5~20
5~50
5~10
0~20
0~3
0~15
0~5
3、溶隙
可溶岩(石灰岩、白云岩等)中的裂隙经地下水长期溶蚀而形成的空隙称溶隙。
溶隙的发育程度用溶隙率(Kk)表示,溶隙率(Kk)是溶隙的体积(Vk)与包括溶隙在内的岩石总体积(V)的比值,用小数或百分数表示:
研究岩石的空隙时,不仅要研究空隙的多少,还要研究空隙的大小、空隙间的连通性和分布规律。
松散土孔隙的大小和分布都比较均匀,且连通性好,所以,孔隙度可表征一定范围内孔隙的发育情况,岩石裂隙无论其宽度、长度和连通性差异都很大,分布也不均匀,因此,裂隙率只能代表被测定范围内裂隙的发育程度;
溶隙大小相差悬殊,分布很不均匀,连通性更差,所以,溶隙率的代表性更差。
(二)岩土中水的存在形式
1、气态水
气态水,即水蒸气,存在于未饱和的岩土空隙中。
岩土中的气态水可由大气中的气态水进人地下形成,也可由地下液态水蒸发而成。
气态水有极大的活动性,可随空气流动而流动,也可由绝对湿度大的部位向绝对湿度小的部位运移。
在一定温度与压力条件下与液态水可相互转化,保持动态平衡。
2、强结合水
强结合水,又称吸着水,是岩土中最接近岩土颗粒表面或岩石裂隙壁表面的水,其厚度一般是几个水分子的厚度。
吸着水溶解盐类的能力弱,不导电,很难冻结,具有极大的粘滞性、弹性和抗剪强度。
这种水不能利用也不能被植物吸收。
3、弱结合水
弱结合水,又称薄膜水,在强结合水的外层,受到颗粒表面或裂隙表面引力显著减弱的那部分水,厚度相当于几十~几百个水分子的厚度。
由于引力减弱,水分子排列不规则,但密度仍较大,其抗减强度、粘滞性及弹性都高于液态水,溶解盐类的能力较低。
一般不能利用,但外层水可被植物吸收。
4、毛细水
由于毛细作用保持在岩土毛细孔隙(d<
1mm)或毛细裂隙(w<
0.25mm)中的地下水称毛细水。
毛细水受重力和毛细力作用作垂直运动,可以传递静水压力,也能被植物吸收。
当地下水埋深较浅时,毛细水能引起土壤沼泽化和盐渍化,对冻胀和翻浆等也有重大影响。
5、重力水
岩石颗粒表面的水分子增厚到一定程度时,重力对其影响将超过颗粒表面对它的吸引力,这些水分子则在重力作用下向下运动,形成重力水。
在饱和的岩土空隙中的水,除结合水外都是重力水。
重力水在重力作用下可以在岩土空隙中自由流动,又称自由水。
通常所说的地下水,主要是重力水。
重力水可传递静水压力,能产生浮托力和孔隙水压力。
流动的重力水在运动过程中还会产生动水压力,同时具有溶解能力,对岩石产生化学溶蚀,导致岩石的成分及结构的破坏。
6、固态水
当气温下降到0℃以下时,岩土空隙中的水就转化为固态水——冰。
经常造成周期性的冻胀、融沉等,从而使地面建筑物失稳和破坏。
在我国东北及高山、高原的某些地区,地下水常以固态形式存在。
二、岩石的水理性质
岩石与水有关的性质,称为岩石的水理性质,它与岩石的性质、空隙的大小、空隙的连通性等密切相关。
1、容水性:
在岩土的空隙中能够容纳一定水量的性能称容水性。
容水性常用容水度表示。
其数值是岩土中容纳的水的体积与岩土总体积之比。
式中:
c—岩土的容水度(以百分数表示);
v—岩土中所容纳水的体积;
w—岩土的总体积。
当岩土空隙被水充满时,水的体积就等于空隙的体积,此时容水度在数量上等于孔隙度或裂隙率。
根据容水度大小可以把岩土分为三类:
(1)容水的:
粘土、泥炭、粉质粘土、砂、砾石等;
(2)微容水的:
泥灰岩、黄土、粘土质砂岩、粉土等;
(3)不容水的:
结晶岩类(岩浆岩及类似的岩石)。
2、持水性:
饱水的岩石在重力作用下释水时,由于分子引力与表面张力的作用,在岩土空隙中保持—定水量的性能称持水性。
持水性用持水度表示,即释水后的水体积与岩土总体积的比。
Sr—岩土的持水度;
Wr—释水后的水的体积;
v—岩土的总体积。
根据持水度大小也可将岩土分为三类:
(1)强持水的:
泥炭、粘土、粉质粘土等;
(2)弱持水的:
泥灰岩、粉土、细砂等;
(3)不持水的:
卵石、砾石、粗砂等。
3、给水性:
饱和的岩土在重力作用下,能够自由排出一定水量的性能称给水性。
给水性用给水度表示,其值为能自由排出的水的体积与岩土总体积之比。
Sy—岩土的给水度;
Wy—在重力作用下饱水岩石排出的水的体积;
岩土的给水度与岩石的颗粒大小、形状、排列方式、压实程度等有关,一般情况下,土的给水度的平均值:
土的名称
中砂
极细砂
粉土
粉质粘土
给水度
30~35
25~30
20~25
15~20
10~15
7~10
4~7
容水度、持水度与给水度三者之间有密切关系,给水度应等于容水度成去持水度,即:
4、透水性:
岩土允许水透过的性能,称为透水性。
通常用渗透系数(K)来表示其大小。
渗透系数是与岩土性质和渗透液体的物理性质有关的常数,渗透系数的单位与渗透速度相同,即cm/m,m/h,m/d。
常见岩土的渗透系数K:
细粒土
粗粒土
粗砾
粗砂~细砂
细砂~粉砂
渗透系数
10-3~10-4
10-5~10-6
10-7~10-8
>
10-1
10-1~10-3
10-3~10-5
裂隙岩体
岩溶化
裂隙化
细裂隙化
微裂隙化
粘土质岩
10-2
10-2~10-3
10-5~10-7
<
10-6
根据透水性大小可以把岩土分为三类:
(1)透水的:
砾石、卵石、砂、裂隙或岩溶发育的岩石;
(2)半透水的:
黄土、粉土、粉质粘土等;
(3)不透水的:
粘土、泥岩、页岩及裂隙不发育的坚硬岩石。
二、地下水的物理性质和化学成分
(一)地下水的物理性质
地下水的物理性质包括温度、颜色、透明度、嗅味、口味、比重、导电性及放射性等。
1、温度:
埋藏深度不同的地下水,有不同的温度变化规律,主要受气温和地温影响。
按照地下水的温度不同,可把地下水分为:
类别
过冷水
极冷水
冷水
温水
热水
极热水
过热水
水温
0℃
0~4℃
4~20℃
20~37℃
37~42℃
42~100℃
100℃
2、颜色:
地下水一般是无色的,但溶有某些化学成分或悬浮物、胶体物质时,可显示出不同颜色:
所含成分
硬水
氧化亚铁
氢氧化铁
硫化氢
硫细菌
锰化合物
悬浮物
腐殖质
地下水颜色
浅蓝色
浅灰蓝色
锈黄色
浅蓝绿色
红色
暗红色
浅灰色
暗黄灰黑色
3、透明度:
纯净的水是透明的,但由于水中含有其它固体悬浮物或胶体物质时,透明度会降低。
根据透明程度不同,可将地下水分为:
透明的:
无悬浮物及胶体,60㎝可见3㎜粗线;
微浊的:
含少量悬浮物,30~60㎝水深可见3㎜粗线;
浑浊的:
有较多悬浮物,半透明,<
30㎝水深可见3mm粗线;
极浊的:
有大量悬浮物或胶体,似乳状,水深很小时也不能看清3㎜粗线。
4、嗅味:
地下水通常无嗅味,当含有一些气体或有机质时会出现特殊的嗅味。
如,水中含H2S时有臭蛋味,含腐殖质时有霉味等。
有些嗅味在低温时较轻、在温度升高后则加重。
5、口味:
纯水无味,当含有某些化学成分时,会呈现出特殊的味觉,如:
成分
NaCl
Na2SO4
Mg2Cl、MgSO4
大量有机物
铁盐
H2S与H2CO3同时存在
CO2与适量Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2
口味
咸
涩
苦
甜
墨水
沼泽
酸
良好适口
6、比重:
地下水比重取决于所含各种成分的含量,纯水比重为1,水中溶解的各种成分较多时可达1.2~1.3。
7、导电性:
地下水的导电性取决于电解质的数量。
8、放射性:
地下水的放射性是由于地下水中的放射性元素类引起的,其放射性强弱取决于放射性元素的数量。
三、地下水的物理性质和化学成分
(二)地下水的化学成分及化学性质
1、地下水的化学成分
地下水的化学成分是指纯水及其所含的各种离子、化合物和气体,与流经的岩土性质和成分、地下水的补给条件和气候等有密切关系。
(1)离子:
H+、Na+、K+、NH4+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+等阳离和0H-、Cl-、HCO3-、NO2-、NO3-、SO42-、CO32-、SiO32-、PO43-等阴离子;
(2)化合物:
Fe2O3、Al2O31、H2SiO3等,多以沉淀物或胶体形式存在;
(3)气体:
N2、O2、CO2、CH4、H2S及放射性气体等。
2、地下水的化学性质
(1)总矿化度:
地下水中所含各种离子、分子及化合物的总量称总矿化度。
可用单位体积的地下水烘干后称得的残渣重量来表示,单位g/l。
按照总矿化度的大小可分为:
分类
淡水
微咸水
咸水
盐水
卤水
矿化度(g/l)
1
1~3
3~10
10~50
(2)酸碱性:
地下水的酸碱性是指水中氢离子的浓度,可用pH表示。
水中氢离子浓度的负对数值称为水的pH,(即pH=—lg[H+])根据pH值大小,可将地下水分为:
类型
强酸性水
弱酸性水
中性水
弱碱性水
强碱性水
pH值
5
5~7
7
7~9
9
(3)硬度:
地下水的硬度是指水中钙、镁离子的含量。
一般用度(°
)表示。
硬度1°
相当于每升水中含CaO10mg或MgO7.2mg。
按硬度的大小可分为:
极软水
软水
微硬水
硬水
极硬水
硬度(°
)
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