第三章岩土中的空隙与水分水文地质学基础技术分析.ppt

五、气态水、固态水及矿物中的水 在未饱和的岩土空隙中存在着气态水。气态水可以随空气或在水气压力差的作用下流动。 岩土的温度低于0℃时，液态水转为固态水。我国北方大部分地区有季节性冻土。东北及青藏高原有多年冻土。 矿物晶格内及矿物孔洞中的水，就是沸石水、结晶水及结构水。方沸石（NaA1Si2O6·H2O)中沸石水，在加热时可以从矿物中分离出去。 第3节 与水的储容及运移有关的岩土性质 1、容水度 容水度 是指岩土完全饱水时所能容纳的最大的水体积与岩石总体积的比值。 一般的容水度在数值上与孔隙度(裂隙率、岩溶率)相当，但粘性土充水后体积扩大，容水度可大于孔隙度。 它也是小数，和孔隙度有相同的性质。 2、含水量 含水量 松散岩土空隙中所包含的水与岩土的比值。 重量含水量 松散岩土孔隙中所含水的重量与干燥岩土重量的比值。 体积含水量 松散岩土空隙含水的体积与包括孔隙在内的岩石体积的比值。 重量含水量和体积含水量之间的关系： 孔隙充分饱水时的含水量称作饱和含水量。 饱和差饱和含水量与实际含水量之间的差值。 饱和度实际含水量与饱和含水量之比称为。 3、给水度 1、给水度 完全饱水岩土单位体积所释出水体积。 2、影响因素 岩性影响(颗粒大小、分选和粗细颗粒成层分布情况） 颗粒大的松散岩石、裂隙（溶穴）宽大，重力释水后，结合水与孔角毛细水较少，给水度接近孔隙度、裂隙率与岩溶率。空隙细小(如粘 性土)，重力释水时大部分水以结合水与悬挂毛细水形式滞留于空隙中，给水度很小。 释水速度的影响 均质的颗粒较细小的松散岩石，释水比较充分，给水度才能达到其理论最大值。 地下水下降速度的影响 地下水下降速度越快，滞留于空隙中的水分越多，释出的水分越少，即给水度越小；相反，下降速度越慢，空隙中水分能充分释出，释出水越多，即给水度越大。 3、特征 地下水位下降，原先饱水带岩土空隙中的水只释出一部分； 粉细砂仅能释出孔隙度的10%-30%； 结合水不释出，孔角毛细水不释出，地下水位快速下降时，一部分水以悬挂毛细水形式滞留于非饱和带。 常见松散岩土的给水度 4、持水度 持水度 饱水的岩土释水后，单位体积内保持的水量。 给水度、持水度与孔隙度的关系是： 影响因素 持水度的影响因素与给水度的相同（颗粒大小、分选情况、粗细颗粒成层分布状况及地下水下降速度）。 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称作残留含水量，数值上相当于最大的持水度。 5、透水性 透水性是指岩石透水的能力。表征岩土透水性的定量指标是渗透系数。 影响岩土透水性的因素 1、孔隙大小 松散岩土孔隙通道边缘上是不运动的结合水，其余是重力水。边缘上的水流速为零，中心处流速最大。孔隙直径愈小，结合水所占据的空间愈大，中心处最大流速愈小，实际渗流断面平均流速就愈小，透水性就愈差。孔隙直径小于两倍结合水层厚度时不透水。 然而，岩土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。 2、孔隙通道弯曲性 此外，孔隙通道愈弯曲，流程就愈长，流动阻力愈大。 颗粒的大小与分选性，是通过响孔隙大小和通道直径的沿程变化和曲折性影响透水性的。 第4节 有效应力原理与岩土体变形破坏 1.有效应力原理 有效应力原理是太沙基于1925年提出的，即有效应力等于总应力减去空隙水压力。 1.1 有效应力：是指岩土骨架所承受的应力。在封闭或相对封闭的条件下，上覆载荷的总应力由饱水岩土骨架应力与空隙水压力共同承受： 所以有效应力为： 第4节 有效应力原理与岩土体变形破坏 1.2 有效应力适用条件： （1）由于空隙水压力是连续的，所以对于岩土体任意水平面都适用； （2）对于饱水含水层或含水体，封闭或相对封闭是孔隙水压力形成的必要前提； （3）有效应力原理适用于土体和岩体。 第4节 有效应力原理与岩土体变形破坏 2.地下水位变化引起的土体变形 通常情况下，开采承压水或半承压水都能导致测压水位降低，孔隙水压力随着降低，这样有效应力增大，砂层骨架将会发生压缩（颗粒发生相对位移，排列更加紧密，颗粒接触面积增大），砂层也就压缩，从而表现为轻微的地面沉降。当测压水位恢复到原来高度时，孔隙水压力恢复，砂层和地面都将回弹，但沙粒不可能完