淺談毛細(xì)水上升影響因素

張敬良

摘 要：毛細(xì)現(xiàn)象是土體一種重要的現(xiàn)象，毛細(xì)上升是水在基質(zhì)勢能、溶質(zhì)勢能和重力勢能的勢能差作為動(dòng)力下沿孔隙向上進(jìn)行流動(dòng)的過程。影響毛細(xì)水上升的因素有很多，如孔隙大小，土體初始含水率等，在此本文系統(tǒng)總結(jié)毛細(xì)水上升的影響因素。

關(guān)鍵詞：毛細(xì)現(xiàn)象;影響因素

Affecting factors of capillary rise

Zhang Jingliang

School of Geology Engineering and Geomatics，ChanganUniversity ShaanxiXian 710054

Abstract：Capillary phenomenon is an important property of soil.The capillary rise is the process of water flowing upward along the pores under the power of the potential energy of the matrix，the potential energy of the solute and the potential energy of gravity.There are many factors affecting the rise of capillary water，such as pore size，residual soil water content，etc.This paper is to summarizedthe influencing factors of capillary rise.

Key words：Capillary phenomenon;factors of capillary rise

1 毛細(xì)現(xiàn)象

毛細(xì)現(xiàn)象是指土體孔隙中的水在基質(zhì)勢能與溶質(zhì)勢能的驅(qū)動(dòng)下上升，最終達(dá)到與重力勢能平衡的過程。毛細(xì)現(xiàn)象會引起土壤中水分遷移，引起土體強(qiáng)度的變化;在凍融區(qū)毛細(xì)現(xiàn)象則影響凍融厚度、凍融深度等。因此，研究影響毛細(xì)水上升的影響因素具有重要意義。

2 毛細(xì)水上升影響因素

（1）初始含水率。初始含水率越大，毛細(xì)水上升高度越低。由于水分子之間存在結(jié)合力和分子間吸引力，初始含水率越大，對毛細(xì)上升的水阻礙作用越大且土體基質(zhì)勢越低（苗強(qiáng)強(qiáng)等，2011），導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)勢能較小最終上升高度較低。

（2）細(xì)粒含量。毛細(xì)水上升的主要通道為細(xì)小空隙，一方面細(xì)粒含量較多時(shí)更容易形成易于毛細(xì)水上升的細(xì)小孔隙通道（姚華等，2007），另一方面細(xì)粒含量增大使得孔隙體積減少，毛細(xì)水上升高度增加。

（3）壓實(shí)度。對于粗粒土而言，其形成的孔隙較大，而毛細(xì)水上升的主要通道為細(xì)小孔隙，因此在一定范圍內(nèi)壓實(shí)度越大，顆粒之間的孔隙越小，毛細(xì)水上升高度越高。但由于土中含有一定量的水分與空氣，當(dāng)壓實(shí)度過大時(shí)土中的細(xì)小孔隙被氣體和水分堵塞反而阻擋了毛細(xì)水上升（王素琴等，2011），最終毛細(xì)水上升高度會降低。細(xì)粒土液限影響毛細(xì)水上升高度，對于低液限細(xì)粒土，壓實(shí)度對毛細(xì)水上升高度的影響與粗粒土大致相同;對于高液限細(xì)粒土，由于含有的細(xì)小顆粒比較多，土粒之間會形成比較多的重合結(jié)合水膜阻擋毛細(xì)上升，使毛細(xì)水上升高度隨壓實(shí)度的增加而減?。ǘ蟮?，2008）。

（4）土體顆粒粒徑大小。土體顆粒較大時(shí)，形成的孔隙體積相對較大，較大的孔隙體積使毛細(xì)水上升通道變寬，毛細(xì)水上升高度減小。土體顆粒較小時(shí)，形成的孔隙體積相對較小使毛細(xì)水上升通道變窄，毛細(xì)水上升高度變大。

（5）孔隙率?？紫堵蕁=Vv/V，其中Vv為孔隙體積，V為土總體積?？紫堵试酱螅馏w中的孔隙體積越大，使毛細(xì)水上升通道更加寬闊，毛細(xì)水上升高度降低。因此毛細(xì)水上升高度隨孔隙率的增大而減小。

（6）溫度與氣壓。溫度與氣壓對毛細(xì)現(xiàn)象的影響表現(xiàn)為：一方面溫度與氣壓改變了水的表面張力（章求才等，2017），使基質(zhì)勢能發(fā)生改變，另一方面溫度會影響水的分子運(yùn)動(dòng)，溫度較高時(shí)水分子運(yùn)動(dòng)較為活躍分子之間的吸引力較強(qiáng)，溫度較低時(shí)水分子運(yùn)動(dòng)相對緩慢吸引力較弱，使毛細(xì)水上升的驅(qū)動(dòng)力發(fā)生改變。

（7）多層土中上層土的性質(zhì)。對于多層結(jié)構(gòu)土，當(dāng)毛細(xì)水能夠透過下部土層遷移到上層土層時(shí)，毛細(xì)水上升的高度是由上部土層的性質(zhì)決定（張平等，2011）。這是因?yàn)楫?dāng)毛細(xì)水上升到上部土層時(shí)，其基質(zhì)勢能與溶質(zhì)勢能由上部土層決定，與下層土無關(guān)。因此當(dāng)毛細(xì)水穿越下層土到達(dá)上層土?xí)r，上層土決定了毛細(xì)水的驅(qū)動(dòng)勢能，進(jìn)而影響了毛細(xì)水上升高度。

3 總結(jié)

（1）毛細(xì)水上升高度隨初始含水量和孔隙率的增大而減小，隨細(xì)粒含量的增加和土體顆粒粒徑的增大而降低。

（2）對于粗粒土，毛細(xì)水上升高度隨壓實(shí)度的增加而增加，對于細(xì)粒土存在一個(gè)最優(yōu)壓實(shí)度使毛細(xì)水上升高度最大。

（3）溫度與壓強(qiáng)對毛細(xì)水上升高度有一定的影響。

（4）對于多層土結(jié)構(gòu)，毛細(xì)水上升最終上升高度取決于水頭所處的土層性質(zhì)。

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