对于均质的松散岩石，给水度的大小与岩性、初始地下水位埋藏深度以及地下水位下降速率等因素有关〔张蔚榛等，1983〕。
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岩性对给水度的影响主要表现为空隙的大小与多少，颗粒粗大的松散岩石，裂隙比较宽大的坚硬岩石，以及具有溶穴的可溶岩，空隙宽大，重力释水时，滞留于岩石空隙中的结合水与孔角毛细水较少，理想条件下给水度的值接近孔隙度、裂隙率与岩溶率。若空隙细小(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，给水度往往很小。 当初始地下水位埋藏深度小于最大毛细上升高度时，地下水位下降后，重力水的一部分将转化为支持毛细水而保留于地下水面之上，从而使给水度偏小。观测与实验表明，当地下水位下降速率大时，给水度偏小，此点对于细粒松散岩石尤为明显〔张蔚榛等，1983〕〔裴源生，1983〕。可能的原因是，重力释水并非瞬时完成，而往往滞后于水位下降；此外，迅速释水时大小孔道释水不同步，大的孔道优先释水，在小孔道中形成悬挂毛细水而不能释出〔张人权等，1985〕。
对于均质的颗粒较细小的松散岩石，只有当其初始水位埋藏深度足够大、水位下降速率十分缓慢时，释水才比较充分，给水度才能达到其理论最大值。
均质松散岩石的给水度值可参见表2—2。
表2—2 常见松散岩石的给水度〔Fetter，1980〕 岩石名称
粘 土
亚粘土
粉 砂
细 砂
中 砂
粗 砂
砾 砂
细 砾
中 砾
粗 砾 给水度（%） 最 大 最 小 平 均 7
粗细颗粒层次相间分布的层状松散岩石，地下水位下降时，细粒夹层中的水会以悬挂毛细水形式滞留而不释出，这种情况下，给水度就更偏小了〔张人权等，1985〕。
2．3．4 持水度
如前所述，地下水位下降时，一部分水由于毛细力（以及分子力）的作用而仍旧反抗重力保持于空隙中。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石空隙中的水量，称作持水度（Sr）。
给水度、持水度与孔隙度的关系是：
μ+Sr=n
显然，所有影响给水度的因素也就是影响持水度的因素。
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（W0）数值上相当于最大的持水度。
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图2—9 理想圆管状空隙中重力水流速分布
（阴线部分代表结合水，箭头长度代表重力水质点实际流速）
图2—10 理想化孔隙介质
2．3．5 透水性
岩石的透水性是指岩石允许水透过的能力。表征岩石透水性的定量指标是渗透系数。关于渗透系数将在第四章专门讨论。在此仅讨论影响岩石透水性的因素。
我们以松散岩石为例，分析一个理想孔隙通道中水的运动情况。图2—9表示圆管状孔隙通道的纵断面，孔隙的边缘上分布着在寻常条件下不运动的结合水，其余部分是重力水。由于附着于隙壁的结合水层对于重力水，以及重力水质点之间存在着摩擦阻力，最近边缘的重力水流速趋于零，中心部分流速最大。由此可得出：孔隙直径愈小，结合水所占据的无效空间愈大，实际渗流断面就愈小；同时，孔隙直径愈小，可能达到的最大流速愈小。因此孔隙直径愈小，透水性就愈差。当孔隙直径小于两倍结合水层厚度时，在寻常条件下就不透水。 如果我们把松散岩石中的全部孔隙通道概化为一束相互平行的等径圆管（图2—10），则不难推知：当孔隙度一定而孔隙直径愈大，则圆管通道的数量愈少，但有效渗流断面愈大，透水能力就愈强；反之，孔隙直径愈小，透水能力就愈弱。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，孔隙度才对岩石的透水性起作用，孔隙度愈大，透水性愈好。
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（图2—11，a）。岩石的透水能力并不取决于平均孔隙直径（图2—11，b），而在很大程度上取决于最小的孔隙直径（图2—11，c）。
此外，实际的孔隙通道也不是直线的，而是曲折的（图2—11，a）。孔隙通道愈弯曲，水质点实际流程就愈长，克服摩擦阻力所消耗的能量就愈大。
颗粒分选性，除了影响孔隙大小，还决定着孔隙通道沿程直径的变化和曲折性（图2—11，a），因此，分选程度对于松散岩石透水性的影响，往往要超过孔隙度。
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图 2－11 实际孔隙通道及其概化 a—孔隙通道原型；b—概化为沿程等经的圆管；c—概化为沿程不等径圆管
2．4
2．4．1
有效应力原理与松散岩土压密
有效应力原理
太沙基（Terzaghi，1925）所提出的有效应力原理可以帮助我们分析地下水位变动情况 下岩石有效应力的变化以及由此引起的松散岩石压密问题。 为分析简单起见， 我们假定所讨论的是松散沉积物质构成的饱水砂层， 取任一水平单元 面积 AB（或取饱水砂层顶面的 A′B′水平单元面积也可） （图 2—12） 。则作用在所研究的 单元面积 AB 上的总应力 P 为该单元之上松散岩石骨架与水的重量之和。 此总应力户由砂层骨架（固体颗粒）与水共同承受。水所承受的应力相当于孔隙水压力 u：
u = γ wh
式中：
（2—1）
γ w ——水的容重；
h ——AB 平面上水的测压管高度。 孔隙水压力 u 可理解为 AB 平面处水对上覆地层的浮托力。由于这种浮托力的存在，使
实际作用于砂层骨架（颗粒）上的应力小于总应力。实际作用于砂层骨架上的应力，称作有 效应力 Pz。
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由于AB平面处应力处于平衡状态，总应力等于孔隙水压力及有效应力之和。故得：
P=u+PZ （2—2）
Pz=P?u （2—3）
有效应力等于总应力减去孔隙水压力，这就是著名的太沙基有效应力原理。
图2－12有效应力与松散岩石压密
〔据贝尔，1985，略有修改〕
2．4．2 地下水位变动引起的岩土压密
为了简便起见，我们假设整个含水砂层充满水，且水位下降后其测压管高度仍高出饱水砂层顶面。这种情况下，当由于抽水而引起测压管高度降低时，可近似地认为总应力P不变，孔隙水压力降低Δu，相应地有效应力增加ΔPZ。意即原先由水承受的应力由于水头降低，浮托力减少而部分地转由砂层骨架（颗粒本身）承担：
PZ+ΔPZ=P?(u?Δu) (2—4) 砂层是通过颗粒的接触点承受应力的。孔隙水压力降低，有效应力增加，颗粒发生位移，排列更为紧密，颗粒的接触面积增加，孔隙度降低，砂层受到压密。与此同时，砂层中的水则因减压而有少量膨胀。
砂层因孔隙水压力下降而压密，待孔隙水压力恢复后，砂层大体上仍能恢复原状。砂砾类岩土基本上呈弹性变形。但是，如果同样的压密发生于粘性土中，则由于粘性土释水压密时结构发生了不可逆转的变化，即使孔隙水压力复原，粘性土基本上仍保持其压密状态。粘性土以塑性变形为主。
抽水引起地下水位下降，松散岩石将被压密，从而其孔隙度、给水度、渗透系数等参数均将变小。对于粘性土来说，这种参数值的降低是不可逆的。
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