水文地质学裂隙水课件.pptx
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- 水文地质学 裂隙 课件
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1、第十一章第十一章 裂隙水裂隙水11.1 概述概述定义定义:储存:储存并运移于并运移于岩层岩层裂隙中的裂隙中的地下水。地下水。同一岩层中相距同一岩层中相距很近的钻孔,水量悬殊很近的钻孔,水量悬殊,甚至一孔有水而邻孔无水;,甚至一孔有水而邻孔无水;在在相距很近的井孔相距很近的井孔测得的测得的地下水位差别地下水位差别很很大大,水质与动态水质与动态也有明显也有明显不同不同;在裂隙岩层中开挖矿井,通常在裂隙岩层中开挖矿井,通常涌水量不大的岩层中局部可能大量涌水涌水量不大的岩层中局部可能大量涌水;某一方向上离抽水井很远的观测孔水位已明显下降,而在另一方向上离抽某一方向上离抽水井很远的观测孔水位已明显下降,
2、而在另一方向上离抽水井很近的观测孔水位却无变化。水井很近的观测孔水位却无变化。含水系统含水系统简单的流动系统(简单的流动系统(A)区域流动系统(区域流动系统(Br)中间流动系统(中间流动系统(Bi)局部流动系统(局部流动系统(B1)流动系统流动系统复杂复杂的流动系统(的流动系统(B)级级次次性性1BiB1BrBA第十一章第十一章 裂隙水裂隙水 部分裂隙在岩层中某些部分裂隙在岩层中某些局部范围局部范围内连通构成若干带状内连通构成若干带状或脉状或脉状裂隙含水系统裂隙含水系统)基岩的裂隙率比较低基岩的裂隙率比较低赋存赋存空间空间在岩层中分布很在岩层中分布很不均匀不均匀裂隙裂隙通道通道在空间上具有明显
3、的在空间上具有明显的方向性方向性 裂隙裂隙岩层岩层一般并一般并不形成不形成具有统一水力联系、水量分布具有统一水力联系、水量分布均匀的含水层均匀的含水层 【特殊】夹于厚层塑性岩层中的【特殊】夹于厚层塑性岩层中的薄层脆性岩层薄层脆性岩层、规模比较大、规模比较大的的风化裂隙岩层风化裂隙岩层等。这些岩层中裂隙往往密集均匀,使整个含水等。这些岩层中裂隙往往密集均匀,使整个含水层具有统一的水力联系,在其中布井几乎处处可取到水。层具有统一的水力联系,在其中布井几乎处处可取到水。各向异性各向异性不均匀性不均匀性给水度低给水度低地下水地下水含水系统含水系统:指由隔水或相对隔水岩层指由隔水或相对隔水岩层(弱透水层
4、)(弱透水层)圈闭的,具有圈闭的,具有统一水力联系统一水力联系的含水岩系。的含水岩系。第十一章第十一章 裂隙水裂隙水裂隙岩层中进行地表或地下裂隙岩层中进行地表或地下开挖开挖(采矿、隧道工程、基(采矿、隧道工程、基坑、地下空间)时,涌水坑、地下空间)时,涌水不均匀不均匀而而突然突然,导致,导致岩体破坏岩体破坏。水利、交通工程水利、交通工程设施的岩体失稳破坏设施的岩体失稳破坏,多与,多与裂隙水的活裂隙水的活动动密切相关。密切相关。裂隙极不发育、渗透性极低的结晶岩体,是高放射性核裂隙极不发育、渗透性极低的结晶岩体,是高放射性核废料储存有限考虑的备选场所。废料储存有限考虑的备选场所。地下水封石洞油库:
5、在稳定地下水位以下的岩体中开挖地下水封石洞油库:在稳定地下水位以下的岩体中开挖出的用来储存原油、汽油、柴油的地下空间系统。简称水出的用来储存原油、汽油、柴油的地下空间系统。简称水封洞库。封洞库。GB 50455-2088GB 50455-2088地下水封石洞油库设计规范地下水封石洞油库设计规范第十一章第十一章 裂隙水裂隙水11.2 裂隙的成因类型及其中的地下水裂隙的成因类型及其中的地下水11.2.1 成岩裂隙水成岩裂隙水 陆地喷溢的陆地喷溢的玄武岩玄武岩成岩裂隙最为发育。成岩裂隙最为发育。岩浆冷凝收缩岩浆冷凝收缩时,由于内部张力作用产生垂直于冷凝时,由于内部张力作用产生垂直于冷凝面的面的六方柱
6、状节理及层面节理六方柱状节理及层面节理,裂隙大多张开且密集均匀,裂隙大多张开且密集均匀,连通良好,常构成贮水丰富、导水通畅的层状裂隙含水系连通良好,常构成贮水丰富、导水通畅的层状裂隙含水系统。统。沉积岩沉积岩及及深层岩浆岩深层岩浆岩的成岩裂隙通常多是的成岩裂隙通常多是闭合闭合的,含的,含水意义不大。水意义不大。成岩裂隙是岩石在成岩过程中受成岩裂隙是岩石在成岩过程中受内部应力内部应力作用而产生作用而产生的的原生裂隙:原生裂隙:沉积岩沉积岩固结脱水固结脱水、岩浆岩、岩浆岩冷凝收缩冷凝收缩第十一章第十一章 裂隙水裂隙水 岩脉及岩脉及侵入岩侵入岩接触带,由于冷凝收缩,以及冷凝较晚的接触带,由于冷凝收缩
7、,以及冷凝较晚的岩浆流动产生应力,张开裂隙发育,常形成近乎垂直的带状岩浆流动产生应力,张开裂隙发育,常形成近乎垂直的带状裂隙含水系统。裂隙含水系统。不均匀冷凝不均匀冷凝:熔岩流冷凝时,留下:熔岩流冷凝时,留下喷气孔道喷气孔道,或表层凝,或表层凝固,下部未冷凝的熔岩流走而形成固,下部未冷凝的熔岩流走而形成熔岩孔洞或管道熔岩孔洞或管道,这类孔,这类孔道洞穴最大直径可达数米,道洞穴最大直径可达数米,钻孔遇到时会出现掉钻、泥浆大钻孔遇到时会出现掉钻、泥浆大量漏失等,往往可以获得可观的水量量漏失等,往往可以获得可观的水量。第十一章第十一章 裂隙水裂隙水11.2.2 风化裂隙水风化裂隙水第十一章第十一章
8、裂隙水裂隙水 暴露于地表的岩石,在暴露于地表的岩石,在温度变化温度变化和和水水、空气空气、生物生物等等风化营力作用下形成风化裂隙。风化营力作用下形成风化裂隙。风化裂隙常在风化裂隙常在成岩裂隙与构造裂隙成岩裂隙与构造裂隙的基础上进一步发的基础上进一步发育,形成密集均匀、无明显方向性、连通良好的育,形成密集均匀、无明显方向性、连通良好的裂隙网络裂隙网络。风化营力决定着风化营力决定着风化裂隙层风化裂隙层呈呈壳状包裹于地面壳状包裹于地面,一般,一般厚度数米到数十米,未风化的母岩往往构成相对厚度数米到数十米,未风化的母岩往往构成相对隔水底板隔水底板,故故风化裂隙水一般为潜水风化裂隙水一般为潜水,被后期沉
9、积物覆盖的古风化壳,被后期沉积物覆盖的古风化壳可赋存可赋存承压水承压水。第十一章第十一章 裂隙水裂隙水岩性岩性 单一稳定单一稳定的矿物组成的岩层(如石英岩)的矿物组成的岩层(如石英岩)风化裂隙风化裂隙很很难发育。难发育。泥质岩石虽易风化,但裂隙易被土状风化物充填而不泥质岩石虽易风化,但裂隙易被土状风化物充填而不导水。导水。由多种矿物组成的粗粒结晶岩(花岗岩、片麻岩等),由多种矿物组成的粗粒结晶岩(花岗岩、片麻岩等),不同矿物热胀冷缩不一,不同矿物热胀冷缩不一,风化裂隙风化裂隙发育,风化裂隙水主要发发育,风化裂隙水主要发育于此类岩石中。育于此类岩石中。第十一章第十一章 裂隙水裂隙水气候气候 气候
10、干燥而温差大的地区,岩石热胀冷缩及水的冻胀气候干燥而温差大的地区,岩石热胀冷缩及水的冻胀等等物理风化物理风化作用强烈,有利于形成导水的风化裂隙。作用强烈,有利于形成导水的风化裂隙。湿热气候区以湿热气候区以化学风化化学风化为主,泥质次生矿物及化学沉为主,泥质次生矿物及化学沉淀常充填裂隙而降低其导水性。淀常充填裂隙而降低其导水性。这类地区上部强风化带的导水性有时反而不如下部半这类地区上部强风化带的导水性有时反而不如下部半风化带。如福建漳州花岗岩中一个钻孔资料,地面以下风化带。如福建漳州花岗岩中一个钻孔资料,地面以下25m内强风化带的涌水量仅为内强风化带的涌水量仅为0.0125L/s,而,而2545
11、m半风半风化带涌水量增到化带涌水量增到0.45L/s。第十一章第十一章 裂隙水裂隙水地形地形 地形比较地形比较平缓平缓,剥蚀及堆积作用微弱的地区,剥蚀及堆积作用微弱的地区,有利于有利于风风化壳化壳的发育与保存的发育与保存;如果地形条件;如果地形条件也利于汇集降水也利于汇集降水,则可能,则可能形成规模稍大,常年能提供一定水量的风化裂隙含水层。形成规模稍大,常年能提供一定水量的风化裂隙含水层。在水流切割或人工开挖的影响下,岩体侧向压力减小,在水流切割或人工开挖的影响下,岩体侧向压力减小,原有闭合及隐蔽的成岩裂隙与构造裂隙因减压而扩张,形成原有闭合及隐蔽的成岩裂隙与构造裂隙因减压而扩张,形成所谓减压
12、(卸荷)裂隙。所谓减压(卸荷)裂隙。在沟谷两侧常可见到与边岸平行的减压裂隙,有时可宽达数在沟谷两侧常可见到与边岸平行的减压裂隙,有时可宽达数厘米至十数厘米。剥蚀作用使原来处于深部的岩层卸去上覆地层厘米至十数厘米。剥蚀作用使原来处于深部的岩层卸去上覆地层的荷载,因而浅部的裂隙扩张,张开性及裂隙率均较深部大,透的荷载,因而浅部的裂隙扩张,张开性及裂隙率均较深部大,透水性也比深部好。水性也比深部好。11.2.3减压(卸荷)裂隙减压(卸荷)裂隙第十一章第十一章 裂隙水裂隙水 塑性塑性岩石岩石(页岩、泥岩页岩、泥岩等等)中常形成中常形成闭合闭合乃至乃至隐蔽隐蔽的的裂隙。裂隙。裂隙往往裂隙往往密度很大密度
13、很大,但,但张开性差张开性差,延伸不远延伸不远,缺少缺少对对地下水贮存特别是传导有意义的地下水贮存特别是传导有意义的“有效裂隙有效裂隙”,多构成,多构成相相对隔水层对隔水层;只有在暴露于地表之后经过卸荷及风化才具有;只有在暴露于地表之后经过卸荷及风化才具有一定的贮水及导水能力。一定的贮水及导水能力。11.2.4 构造裂隙水构造裂隙水 脆性脆性岩石岩石(致密石灰岩、岩浆岩等致密石灰岩、岩浆岩等),),裂隙一般比较裂隙一般比较稀疏,但稀疏,但张开性好张开性好、延伸远延伸远,具有,具有较好较好的的导水性导水性。沉积岩的裂隙沉积岩的裂隙发育情况与其胶结物成分及颗粒的粒度有一定发育情况与其胶结物成分及颗
14、粒的粒度有一定的关系。的关系。钙质胶结者钙质胶结者显示显示脆性脆性岩石特性,岩石特性,泥质及硅质胶结泥质及硅质胶结的与的与塑塑性性岩石相近。粗颗粒的岩石相近。粗颗粒的砂砾岩砂砾岩裂隙张开性裂隙张开性优于优于细粒的细粒的粉砂岩粉砂岩。第十一章第十一章 裂隙水裂隙水3 1横裂隙;横裂隙;2斜裂隙;斜裂隙;3纵裂隙;纵裂隙;4层面裂隙;层面裂隙;5顺层裂隙顺层裂隙 应力集中的部位,裂隙常较发育,岩层透水性也好。应力集中的部位,裂隙常较发育,岩层透水性也好。同一裂隙含水层中,背斜同一裂隙含水层中,背斜轴部轴部常较常较两翼两翼富水,倾斜岩层富水,倾斜岩层较平缓岩层富水,较平缓岩层富水,断层带断层带附近往
15、往格外富水。附近往往格外富水。第十一章第十一章 裂隙水裂隙水 夹于塑性岩层中的薄层脆性岩层,往往发育夹于塑性岩层中的薄层脆性岩层,往往发育密集而均匀的密集而均匀的张开裂隙张开裂隙。褶皱时,塑性岩层沿层面方向流展,对夹于其间的脆性岩褶皱时,塑性岩层沿层面方向流展,对夹于其间的脆性岩层施加一个顺层的拉张力,脆性岩层被拉断而形成张裂隙。层施加一个顺层的拉张力,脆性岩层被拉断而形成张裂隙。脆性岩层脆性岩层夹层越薄夹层越薄,抗拉能力越小抗拉能力越小,张开,张开裂隙就越密集裂隙就越密集。这样的夹层常是山区找水的理想布井层位。这样的夹层常是山区找水的理想布井层位。深度深度围岩围岩地温地温岩石塑性岩石塑性裂隙
16、张开性裂隙张开性第十一章第十一章 裂隙水裂隙水 裂隙含水系统通常具有树状或脉状结构,一些裂隙含水系统通常具有树状或脉状结构,一些大的导水大的导水通道作用突出通道作用突出,使裂隙水表现出明显的,使裂隙水表现出明显的不均匀性不均匀性,有时表现,有时表现出出突变性突变性。11.3 裂隙水流的基本特征裂隙水流的基本特征 钻孔或坑道如未揭露系统中的主干裂隙,由于次一级裂隙的钻孔或坑道如未揭露系统中的主干裂隙,由于次一级裂隙的集水能力有限,水量不大,只揭露微小裂隙时便基本无水。但一集水能力有限,水量不大,只揭露微小裂隙时便基本无水。但一旦钻孔或坑道揭露含水裂隙网的旦钻孔或坑道揭露含水裂隙网的主干裂隙主干裂
17、隙,就,就如在干渠中取水一如在干渠中取水一般般,广大范围内裂隙网络中的水便,广大范围内裂隙网络中的水便逐级汇于主干通道逐级汇于主干通道,出现相当,出现相当大的水量。大的水量。在同一裂隙岩层中打井或开挖坑道时,水量之所以相差悬殊,在同一裂隙岩层中打井或开挖坑道时,水量之所以相差悬殊,正是由于正是由于一个裂隙含水系统是不同级次裂隙的集合体一个裂隙含水系统是不同级次裂隙的集合体,而,而同一岩同一岩层中层中又可能又可能包含着若干个规模不同互不联系的裂隙含水系统包含着若干个规模不同互不联系的裂隙含水系统的缘的缘故。故。第十一章第十一章 裂隙水裂隙水例如例如:北京西山侏罗纪变玄武岩是门头沟煤系的底板。多年
18、来北京西山侏罗纪变玄武岩是门头沟煤系的底板。多年来在该层中掘进时仅出现少量涌水,在该层中掘进时仅出现少量涌水,一直被看作相对隔水层或一直被看作相对隔水层或弱含水层弱含水层。1978 1978年年5 5月,城子煤矿开拓月,城子煤矿开拓-250m水平南石门时,揭露了水平南石门时,揭露了8 8条不大的破碎带,涌水量出入意料地高达条不大的破碎带,涌水量出入意料地高达0.64m3/s。经地面及井下调查确定,涌水点位于本区次一级倒转经地面及井下调查确定,涌水点位于本区次一级倒转向向斜轴部斜轴部。此处应力集中,裂隙普遍扩容;坑道揭露的破碎带。此处应力集中,裂隙普遍扩容;坑道揭露的破碎带依次贯通层面裂隙、其它
19、组裂隙及细小的成岩裂隙,广大范依次贯通层面裂隙、其它组裂隙及细小的成岩裂隙,广大范围内裂隙含水系统中的水围内裂隙含水系统中的水逐级汇流逐级汇流,故而造成水量相当大的,故而造成水量相当大的坑道涌水。坑道涌水。第十一章第十一章 裂隙水裂隙水a)裂隙水运动平面图)裂隙水运动平面图b)裂隙水运动剖面图)裂隙水运动剖面图c)孔隙水运动平面图)孔隙水运动平面图d)孔隙水运动剖面图)孔隙水运动剖面图1-裂隙水裂隙水2-砂砂3-地下水等水头线(地下水等水头线(m)4-剖面中的地下水位剖面中的地下水位5-包气带水流向包气带水流向6-饱水带流向饱水带流向7-泉泉第十一章第十一章 裂隙水裂隙水 在整个岩体中,裂隙通
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