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裂隙的幾何特征

7.2.1.1 張開度

隙寬是裂隙兩個壁面之間的距離,用以度量裂隙的張開程度,所以又稱張開度。按張開度劃分,有開裂隙、閉裂隙和隱裂隙3種類型。①開裂隙是具有明顯開口的縫隙,兩壁巖石脫離接觸。這種裂隙儲水空間大,含水量多,導水能力強。②閉裂隙的兩壁非常貼近,且在許多點上直接接觸,用肉眼能夠清楚地看出裂隙的存在,但看上去裂隙是閉合的。這種裂隙儲水空間很小,導水能力和含水量均較微弱。③隱裂隙是用肉眼不易觀察到的裂隙,通過巖面著色的方法可以識別出它的存在。隱裂隙基本不導水,也不含水,經過後期的構造變動和風化作用改造以後,可以變為開裂隙或閉裂隙。

裂隙的幾何形態大多是不規則的,裂隙的張開度壹般可以用平行板模型的等效水力隙寬表征:

地下水科學概論

式中:b為等效水力隙寬,即平行板之間的距離;q為通過單位長度裂隙的流量;g為重力加速度常數;υ為運動黏滯系數;I為水力梯度。

由式(7.1)可知,裂隙的導水能力對隙寬的變化最敏感。因此,裂隙巖體中隙寬較大的裂隙主要起導水作用,構成了導水裂隙系統;小裂隙發育密集,主要起儲水作用,組成了儲水裂隙系統。

7.2.1.2 粗糙度

粗糙度是度量巖石裂隙壁面粗糙程度的指標,壹般用裂隙壁面起伏差來表征。粗糙度是影響裂隙滲透性的因素之壹。巖石裂隙壁面起伏不平,有許多凸體,使水流阻力加大,滲透性降低。另壹方面,由於裂隙壁面有許多凸體,巖石裂隙在剪切變形時發生剪脹,使隙寬增大,而且裂隙面越粗糙,增加值越大。在法向壓應力的作用下,裂隙趨於閉合,但是對於巖石強度大、壁面粗糙的裂隙來說,壁面凸體之間仍可以留有空隙。因此,粗糙度對巖體滲透性影響是雙向的,需要具體情況具體分析。

7.2.1.3 充填與膠結

裂隙的充填與膠結狀況對裂隙的滲透性有很大影響。典型的充填物有砂、粉土、粘土、角礫、斷層泥、糜棱巖等,膠結物有石膏、方解石、白雲石、黃鐵礦、菱鐵礦、綠泥石、蛋白石、石英等。裂隙被充填的方式分為局部充填與完全充填,被完全充填的裂隙的滲透性取決於充填物的性質。據肖楠森的研究,矽質或鐵質膠結的巖石裂隙透水性極差,鈣質膠結或砂泥質充填的裂隙仍具有壹定程度的透水性。

7.2.1.4 產狀

裂隙的產狀可以用走向、傾向、傾角來表示,也可以用裂隙面外法線與三個坐標軸夾角的余弦表示。裂隙產狀及其與構造形跡的關系是裂隙分組的重要依據。例如,褶皺翼部的X節理是同時形成的兩組節理,而褶皺軸部發育的縱張節理又為另壹組節理,不同裂隙組之間存在明顯的產狀差異。

7.2.1.5 間距與密度

裂隙間距是同壹組裂隙的垂直距離,裂隙密度是單位距離上裂隙的條數,兩者互為倒數關系。裂隙間距與裂隙密度都是度量裂隙發育密集程度的指標。同壹組裂隙中,各裂隙的間距並不嚴格相等,通常用平均值(期望或眾數)表示。因此,裂隙的間距與密度都是統計指標。

7.2.1.6 跡長

跡長是裂隙(斷層)展布範圍和延伸長度在地表的反映,用裂隙面與出露巖面的交線長度表示。如果巖體露頭比裂隙延伸長度小,這時真實的延伸長度只能估計。跡長是裂隙分組與判斷裂隙水力特性的重要指標。跡長越長,切穿地層和其他斷裂面的數量越多,裂隙的匯水能力就越大。

7.2.1.7 連通性

裂隙的連通性是指各組裂隙系統相互連通的程度。連通性包括兩個方面,壹是單個裂隙面連通的程度;二是不同裂隙面之間的連通程度。只有相互連通的裂隙才可以構成導水的裂隙網絡,否則就類似於“死端孔隙”只能儲存地下水。