3. 岩土中的空隙在线视频

同学们好

在地壳表层中

岩土中的空隙

是地下水赋存的场所

今天我们一起来学习知识点3

岩石中的空隙

本次课我们将从孔隙、裂隙

溶穴及空隙的特征

四个方面来学习

空隙是指岩土中

各种类型的空洞的总称

是地下水的赋存场所

和运移的通道

在地表浅层若干千米深度内

岩土都或多或少的存在着空隙

为地下水的赋存提供了必要前提

特别是深度一两公里以内

空隙的分布较为普遍

在研究时我们将岩土空隙

分为松散岩石中的孔隙

坚硬岩石中的裂隙

和可溶岩石中的溶穴三类

如图所示

是岩石中的各种空隙

图一是分选良好、排序疏松的砂

其间便是砂颗粒间的空隙

图2为分选良好、排列紧密的砂

空隙的大小变小、空隙变少

图3是分选不良的

含泥沙的砾石

砾石之间的空隙

图4为部分胶结的砂

图5是具有结构性孔隙的粘土

这些是组成粘土颗粒的集合体

图6为经过压密的粘土

图7是发育裂隙的基岩

图8是发育溶隙

及溶穴的可溶岩

可溶岩在裂隙的基础上

进一步发育

形成溶隙或溶穴

从中我们可以看出

不同的孔隙类型

空隙的多少 大小 形状 连通情况

及分布特点不同

首先我们来学习和认识孔隙

孔隙是指松散岩石颗粒

或颗粒集合体之间的空隙

松散土体宏观上可以分为两类

一类是砂性土

一类是粘性土类

在对各类土体孔隙描述时

一般从孔隙的大小 多少 形状

连通及分布几个方面来进行描述

其中孔隙的多少

决定岩土储容水的能力

在一定条件下还影响了岩土

释出和传输水的能力

孔隙的大小决定岩土的透水能力

孔隙的多少

用孔隙度来表示

孔隙度定义为某一体积岩石

包括颗粒骨架与空隙在内

孔隙的体积所占的比例

通常用N表示

N=Vn比上Vt式中Vn表示

岩土中孔隙的体积

VT表示包括孔隙在内的

岩土的总体积

孔隙度是一个比值

可用百分数或小数来表示

影响砂砾石的孔隙度的大小的因素

在等粒圆球情况下

与颗粒大小无关

主要取决于颗粒分选程度

颗粒排列情况

如立方体排列、四面体排列

以及颗粒形状和胶结物的多少

下面以理想等粒圆球

说明孔隙度的影响因素

图中所示分别由A、B两种式样

其中a为粗砂b为细砂

在理想等粒圆球情况下

计算其孔隙度

对于同一大小的立方体

边长为d仅含一个圆球时

其孔隙度为47.64%

当含8个等粒圆球

此时直径为d/2其孔隙度也为47.64%

结合右图可知

不同颗粒的大小孔隙大小不同

但孔隙度相同

由此我们可以得出结论

理想等粒圆球情况下

孔隙度大小与颗粒大小无关

但孔隙大小与颗粒大小有关

下面我们来分析排列方式

对孔隙度大小的影响

为了说明颗粒排列方式

对孔隙度的大小

在理想等粒圆球的情况下

当这些理想颗粒

做立方体排列，如图A也是等径

圆球最疏松排列时

可计算其孔隙度为47.64%

当做四面体排列

如B所示，也是等径圆球最紧密排列时

计算其孔隙度仅为25.95%

颗粒受力情况发生变化时

通过改变颗粒排列方式

而紧密程度不同

上述两种理论上

最大与最小孔隙度

平均起来接近百分之三十七

自然界中松散岩石的孔隙度

与此大体相近

应当注意

我们在上述计算中

并没有规定圆球的大小

因为孔隙度是一个比例

与颗粒大小无关

自然界中并不完全存在

完全等粒的松散岩石

分选程度越差

颗粒大小越不相等

孔隙度便越小

因为细小颗粒充填于

粗大颗粒之间的空隙中

自然会大大降低孔隙度

如图所示为

黄土 洪积物

和沙丘的颗粒分选情况

沙丘和黄土分选较好

洪积物分选差

粗大颗粒间的空隙

被细小颗粒所充填

如图所示

当某种岩土

有两种大小不等的颗粒组成

且粗大颗粒之间的孔隙

完全为细小颗粒所充填时

则此岩石的孔隙度

等于粗粒和细粒的

单独组成的

岩石的孔隙度的乘积

此外还有颗粒形状

及胶结物对孔隙度的影响

一般来讲

组成岩土的颗粒

形状越不规则

棱角越明显

通常排列就越疏松 孔隙度也就越大

对于胶结物而言

松散岩土受到不同程度的胶结时

由于胶结物质的充填

孔隙度会大大的降低

以上就是对一些影响

孔隙度大小因素的分析

特别的我们在这里讲一下

粘性土的孔隙与孔隙度

粘性土是指土体颗粒

直径小于0.005毫米的土

一般具有如同海绵、蜂窝

或絮状的结构

粘土颗粒表面常带有电荷

在沉积过程中

粘粒聚合构成颗粒集合体

可形成直径比颗粒还大的结构孔隙

这也是粘性土的孔隙度

往往可以超过上述理论的

最大孔隙度值的原因

此外粘性土中还有虫孔

根孔 干裂缝等次生空隙

但自然界中松散岩石的孔隙度

与上述讨论的还有些不同

下表列出了自然界中

主要松散岩石孔隙的

参考数值

如砾石为25%到40%

砂为25%到50%，粉砂为35%到50%

黏土为40%到70%

通过观察我们可以发现

孔隙度与粒径的关系

并不是粒径越大

则孔隙度越大

粘土的孔隙度

甚至可以超过

最疏松的排列方式47.64%达到70%

这是因为黏土存在上述所说的

颗粒集合体等结构孔隙

以及裂缝等次生空隙

孔隙的大小

对岩土储存 滞留 释出及

传输水的能力

影响很大

孔隙是形状复杂的网络

孔隙通道中最宽的部分为孔腹

最狭窄的部分为孔喉

在不同的颗粒排列方式下

孔喉与孔腹的大小是不同的

图中所示

在立方体排列

和四面体排列情况下

孔喉和孔腹的位置

下面我们对孔喉和孔腹

做一些具体的说明

右图为假定颗粒为

等粒球体直径（直径为D）

做立方体排列时

孔腹（直径为d’）

与孔喉（直径为d）的切面图

此时，孔腹直径d’=0.732D，孔喉直径d=0.414D

孔腹直径

d’=0.732D(孔隙直径), 孔喉直径d=0.414D(孔隙直径)

当做四面体排列时

孔喉直径等于0.155D(孔隙直径)

不难看出

孔喉作为孔隙通道中

最狭窄的部分

其对于水流的影响更大

我们在讨论孔隙大小时

可以用口喉直径来进行比较

固结的坚硬岩石中

其中不存在

或仅残存很小部分的孔隙

存在由各种内外作用力下

产生的裂缝、缝隙

所以下面我们一起来学习和认识裂隙

按照成因类型裂隙

可以分为成岩裂隙、构造裂隙

和风化裂隙三类

成岩裂隙

主要发育岩浆岩和沉积岩中

以玄武岩的柱状节理最佳

连通导水性好

构造裂隙

是岩石在构造运动过程中

受力所产生的

如各种断层、节理

其特点是具有方向性

大小悬殊、分布不均

张裂隙最佳

剪裂隙较差等

风化裂隙分布在

地表或古风化壳附近

其发育程度受气候、地形

岩性和构造等控制

裂隙的空间形态

一般是两向延伸长

横向延伸短的饼状空隙

单个裂隙是孤立的

如图所示，图a是玄武岩柱状节理

属于成岩裂隙

图b和c是构造裂隙

可以观察到其方向性显著

图d为风化裂隙

主要分布于地表附近

是在各种物理的、化学等因素的作用下

岩石遭受破坏所产生的

裂隙的多少

以裂隙率来表示

裂隙率是指裂隙

体积与包括裂隙在内的

岩石体积的比值

除了体积裂隙率

还可以用面裂隙率

和线裂隙率

来说明裂隙的多少

需要注意的是

野外研究裂隙时

应注意测定裂隙的方向

宽度 延伸长度 充填情况等

因为这些对水的运动

有重要的影响

此外还可以采用随机的方法

根据裂隙统计参数

模拟裂隙的随机空间分布和几何参数

可溶岩石中空隙

称为溶穴

可溶沉积岩，如岩盐 石灰岩 白云岩 石膏等

在原有裂隙的基础上

水流对可溶岩

进一步作用的结果

扩大成溶穴

岩溶率为溶穴的体积

与包括溶穴在内的

岩石体积的比值

溶穴可看作成溶蚀的裂隙

溶穴有溶孔、溶隙、溶洞等

其分布极不均匀

例如在岩溶发育带

岩溶率可达到百分之几十

而在其附近的岩石的岩溶率

几乎为零

对于岩溶岩体的描述

可以从岩溶发育程度

溶蚀率

钻孔岩溶发育程度

溶洞的方向

规模等方面

来描述其裂隙岩溶发育特征

自然界岩石中溶穴的发育状况

十分复杂

这几张图是自然界中发育的溶洞

自然界中

溶穴的规模十分悬殊

大的溶洞可宽达数十米

高数十乃至百余米

长几至几十公里

而小的溶孔直径仅几毫米

在学习完孔隙

裂隙和溶穴后

我们来对其特征进行对比

以进一步加深

对岩石中的空隙的认识

由各类空隙所构成的岩石

称为含水介质

也称为介质场

含水介质的空间分布

与连通特征是不同的

我们对孔隙 裂隙 溶穴

三种主要类型的含水介质

进行比较

从连通性上来讲

孔隙介质最好

其它较差

从空间分布来讲

孔隙介质分布最均匀

裂隙不均匀

溶穴极不均匀

孔隙大小均匀

裂隙大小悬殊

溶穴极悬殊

从空隙比例来讲，孔隙介质最大，裂隙最小

从空隙渗透性来讲

孔隙介质

为各向同性，而裂隙和溶穴

则具有显着的各向异性

造成空隙介质上述差异的

主要原因是

沉积物的形成

和空隙形成的不同

本节课我们学习了

孔隙、裂隙、溶穴

以及孔隙特征的对比

四个方面的知识

本节课我们就学习到这里

感谢大家的观看

我们下次再见