5. 与水有关的岩土性质在线视频

同学们好

前面我们学习了

岩土中的空隙

和岩土中的水

下面我们把空隙和水结合起来

学习一下知识点五

与水有关的岩土性质

与水分的储容及运移有关的岩土性质

也叫岩土的水理性质

沿途空隙的大小、多少

连通程度及其空间变异性

影响其储容、滞留、释出及

传输水分的能力

水文地质学中

岩土的水理性质

主要涉及的便是与水分

储容、释出

以及运移有关的性质

主要包括孔隙度

容水度

含水量

持水度

给水度

以及透水性

孔隙度是指某一体积岩石

包括颗粒骨架

及空隙在内中

孔隙体积所占的比例

在岩土中的空隙

那一节我们已经讲过

这里我们就不再展开学习

首先我们从容水度开始学习

容水度定义为

岩土完全饱水时

所能容纳的最大水体积

与岩土总体积的比值

可以用小数或百分数来表示

它反映了岩土的

最大含水能力

那么对比孔隙度

容水度与孔隙度

二者有何关系

一般来说

容水度在数值上与孔隙度

裂隙率

或者是岩溶率相当

但是对于具有膨胀性质的

粘土充水后体积扩大

容水度则可以大于孔隙度

接下来我们学习含水量

含水量定义为

松散岩土孔隙中

所包含的水与岩土的比值

含水量说明岩土样品

实际保留水分的状况

反映的是

某岩样

在某时刻的含水状态

岩土的含水量

受到环境影响

经常会发生变化

通常含水量可以用重量比

或者体积比来表示

重量含水量是指岩土孔隙中

所含水重量

与干燥岩土重量的比值

体积含水量是指

岩土孔隙中

所含水体积

与包含孔隙在内的

岩土体积的比值

取水的相对密度为1

岩土干容重即

单位体积的

干土重量为γ

则体积含水量等于重量含水量

乘以岩土干容重

这里我们还需要注意几个概念

一是残留含水量

残留含水量是指包气带充分重力释水

而又未受到蒸发蒸腾消耗时的含水量

二是饱和含水量

饱和含水量是指孔隙

充分饱水时的含水量

饱和含水量

与实际含水量之间的差值

称为饱和差

实际含水量与饱和含水量之比

称为饱和度

接下来我们学习一个

在水文地质学中

十分重要的概念

给水度

所谓给水度

是指当地下水位

下降一个单位高度时

单位水平面积岩石柱体

在重力作用下

释放出来的水的体积

可表示饱和的岩土

在重力作用下

排出的水体积

与岩土总体积之比

我们用给水度来刻化岩土体

释出的水的能力

那么在水位下降时

岩土层孔隙中的水

是否全部都流出来呢

保留的水是什么形式

流出的水的多少

与孔隙大小和孔隙度

又有什么关系

当重力排水水位下降时

岩土层中孔隙

并非所有的水都流出来

只释出一部分水

保留的水有结合水

孔角毛细水

有时甚至还有悬挂毛细水

和支持毛细水

一般来讲

给水度小于孔隙度

在数值上等于容水度减去持水度

那么

影响积水度的因素

又有哪些呢

表5.1

是常见松散岩石的给水度

通过观察表5.1

我们可以看出

粘土的给水度最小

其次是亚粘土

粉砂

细砂

中砂和粗砂等

说明岩性

对给水度的影响非常大

颗粒大小分选情况

粗细颗粒

层状分布等情况

均不同程度地影响着给水度的大小

表5.2

是我们之前学习的

松散岩石的孔隙度

通过对比

表5.1和表5.2可知

颗粒大、孔隙大的岩土给水度大

给水度近似等于孔隙度

而颗粒小者

由于比表面积大

结合水与孔角毛细水残留多

尽管孔隙度大

但给水度很小

对于层状岩土而言

上粗下细的岩土

给水度

接近理论给水度

而上细下粗结构的岩土

给水度偏小

除岩性外

给水度还与地下水位下降速度

地下水位初始埋深有关

地下水位下降快慢

对给水度大小的影响

表现在当地下水位下降速度大时

给水度偏小

其原因是

重力释水并非随时完成

往往滞后于水位下降

大的孔道优先释水

小的孔道缓慢

释水和形成悬挂

或孔角毛细水

而导致释水减量

地下水位初始埋深

对给水度的影响

主要表现在

当地下水位

初始埋深

大于支持毛细水带高度时

支持毛细水带随着地下水位的

下降而下降

可达到最大给水度值

当地下水位初始埋深

小于支持毛细水带高度时

地下水位下降时

原部分重力水

转化为支持毛细水

岩土层给水量大大降低

给水度变小

接下来我们学习下一个水理性质

持水度

持水度定义为

当地下水位

下降一个单位深度

单位水平面积

岩石柱体中

反抗重力

而保持于岩土空隙中的水量

它反映岩土的持水能力

即岩土最大保持水分的能力

因此

持水度和给水度是相关的

影响给水度的因素

也是影响持水度的因素

那么持水度与给水度、孔隙度

有什么关系呢

持水度等于容水度

或者孔隙度

减去给水度

对同一试样给水度大

持水度就小

包气带充分

重力释水

又未受到蒸发

蒸腾消耗时的残留含水量数值上

相当于最大的持水度

下面我们学习

另外一个

十分重要的

水理性质：渗透性

岩土的渗透性定义是指

岩土传输水

或其它流体的性能

衡量岩石渗透性的定量指标

可以用渗透率表示

如果不考虑流体性质的差异

也可以采用渗透系数来表示

影响松散岩土渗透性的因素

主要有孔隙的大小

孔隙度

颗粒的分选程度等

现在我们从微观的角度

来分析一下

影响岩土渗透性的因素

图5.1表示

不同大小

等径理想

圆管通孔隙通道中

水的流速

孔隙的边缘上分布着

在正常条件下

不能运动的结合水

其余部分是重力水

虚线部分表示它的平均流速

由于附着于空隙壁的结合水层

对重力水存在着摩擦阻力

以及重力水质点之间

也存在着摩擦阻力

最靠近边缘的重力水

流速趋近于零

中心部分流速最大

由此可以得出

孔隙直径越小

结合水所占据的无效空间愈大

实际渗流断面

也就越小

渗透性越差

因此孔隙直径越大

透水性就越好

如图5.2

如果我们把松散岩土中的

全部孔隙通道

概化为一束

相互平行的等径圆管

则不难推之

当孔隙度一定

而孔隙直径越大

则圆管通道的数量就越少

但有效渗透断面越大

透水能力则越强

反之孔隙直径越小

透水能力则越弱

由此可见

决定透水性好坏的主要因素

是孔隙大小

只有在孔隙大小

达到一定程度

孔隙度才对

岩土的透水性起作用

孔隙度越大

透水性越好

然而实际的孔隙通道

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

岩石的透水能力

并不取决于平均孔隙直径

而在很大程度上

取决于最小的孔隙直径

此外实际的孔隙通道

也不是直线的

而是曲折的

孔隙通道

越弯曲 水质点

实际的流程也就越长

克服摩擦阻力

所消耗的能量就越大

颗粒分选性

除了影响孔隙的大小

还决定着孔隙通道

沿程直径的变化和曲折性

因此分选程度

对于松散岩土的透水性影响

往往要超过孔隙度

本节与水有关的岩土性质

我们就讲到这里

谢谢同学们的观看

我们下次再见