裂隙的幾何特征

7.2.1.1 張開度

隙寬是裂隙兩個(gè)壁面之間的距離，用以度量裂隙的張開程度，所森橡螞以又稱張開度。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(chǔ)水空間大，含水量多，導(dǎo)水能力強(qiáng)。②閉裂隙的兩壁非常貼近，且在許多點(diǎn)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(chǔ)水空間很小，導(dǎo)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(shí)別出它的存在。隱裂隙基本不導(dǎo)水，也不含水，經(jīng)過后期的構(gòu)造變動(dòng)和風(fēng)化作用改造以后，可以變?yōu)殚_裂隙或閉裂隙。

裂隙的幾何形態(tài)大多是不規(guī)則的，裂隙的張開度一般可以用平行板模型的等效水力隙寬表征:

地下水科學(xué)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(zhǎng)度裂隙的流量;g為重力加速度常數(shù);υ為運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù);I為水力梯度。

由式(7.1)可知，裂隙的導(dǎo)水能力此埋對(duì)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(dǎo)水作用，構(gòu)成了導(dǎo)水裂隙系統(tǒng);小裂隙發(fā)育密集，主要起儲(chǔ)水作用，組成了儲(chǔ)水裂隙系統(tǒng)。

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(biāo)，一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一。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。另一方面，由于裂隙壁面有許多凸體，巖石裂隙在剪切變形時(shí)發(fā)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(yīng)力的作用下，裂隙趨于閉合，但是對(duì)于巖石強(qiáng)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(duì)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(jié)

裂隙的充填與膠結(jié)狀況對(duì)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(jié)物有石膏、方解石、白云石、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于充填物的性質(zhì)。據(jù)肖楠森的研究，硅質(zhì)或鐵質(zhì)膠結(jié)的巖石裂隙透水性極差，鈣質(zhì)膠結(jié)或砂泥質(zhì)充填的裂隙仍具有一定程度的透水性。

7.2.1.4 產(chǎn)狀

裂隙的產(chǎn)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(gè)坐標(biāo)軸夾角的余弦表示。裂隙產(chǎn)狀及其與如乎構(gòu)造形跡的關(guān)系是裂隙分組的重要依據(jù)。例如，褶皺翼部的X節(jié)理是同時(shí)形成的兩組節(jié)理，而褶皺軸部發(fā)育的縱張節(jié)理又為另一組節(jié)理，不同裂隙組之間存在明顯的產(chǎn)狀差異。

7.2.1.5 間距與密度

裂隙間距是同一組裂隙的垂直距離，裂隙密度是單位距離上裂隙的條數(shù)，兩者互為倒數(shù)關(guān)系。裂隙間距與裂隙密度都是度量裂隙發(fā)育密集程度的指標(biāo)。同一組裂隙中，各裂隙的間距并不嚴(yán)格相等，通常用平均值(期望或眾數(shù))表示。因此，裂隙的間距與密度都是統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。

7.2.1.6 跡長(zhǎng)

跡長(zhǎng)是裂隙(斷層)展布范圍和延伸長(zhǎng)度在地表的反映，用裂隙面與出露巖面的交線長(zhǎng)度表示。如果巖體露頭比裂隙延伸長(zhǎng)度小，這時(shí)真實(shí)的延伸長(zhǎng)度只能估計(jì)。跡長(zhǎng)是裂隙分組與判斷裂隙水力特性的重要指標(biāo)。跡長(zhǎng)越長(zhǎng)，切穿地層和其他斷裂面的數(shù)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(tǒng)相互連通的程度。連通性包括兩個(gè)方面，一是單個(gè)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(gòu)成導(dǎo)水的裂隙網(wǎng)絡(luò)，否則就類似于“死端孔隙”只能儲(chǔ)存地下水。