土中水的类型与特性

孔隙中的水即存在于土粒间孔隙中的水,可分为结合水、液态水、气态水和固态水。

   1.结合水

   由于细小的土粒表面带电,而水又是极性水分子(一端类似阴极,另一端类似阳极,形成所谓的“偶极体”),在土粒表面静电引力作用下而被吸附的水称为结合水,又叫土粒表面结合水或物理结合水。土粒的静电引力强度是随着离开土粒表面的距离增大而逐渐减弱,靠近土粒表面的水分子,受到土粒的强烈吸引(可达1000—2000MPa),而失去活动能力,整齐地排列起来,这部分水称为强结合水,又叫吸着水。而距离土粒表面稍远的水分子(强结合水的外缘),受到土粒的吸引力减弱,有部分活动能力,排列疏松不整齐,这部分水叫弱结合水,又叫薄膜水。结合水不同于其它类型的水,它不受重力影响,密度较大(强结合水1.6—2.4g/cm3,弱结合水1.3—1.74g/cm3),有粘滞性和一定的抗剪强度。强结合水在常温下不能移动,性质类似于固体颗粒,弱结合水可以从水膜厚处缓慢地向水膜薄处移动,粘性土的很多特性如可塑性与胀缩性等都是由于土中弱结合水的特性而表现出来的。

   2.液态水

   距土粒表面较远的水分子,几乎不受或者完全不受土粒表面静电引力的影响,主要受重力或毛细压力作用的控制,能传递静水压力和能溶解盐分,在温度0℃左右冻结成冰。液态水可分为重力水和毛细水。

   毛细水是由于毛细作用保持在土的毛细孔隙中的地下水,它分布在结合水的外围,虽然水分子不能被土粒表面直接吸引住,但仍受土粒表面的静电引力的影响,特别是在固、液、气三相交界弯液面的附近(地下水面以上附近),这种影响尤甚。这种情况下,土粒的分子引力(浸湿力)和水与空气界面的表面张力(毛细力)共同作用而形成毛细水。毛细水主要存在于粒径为0.002—0.5mm的毛细孔隙中,主要存在于粉细砂与粉土中。孔隙更小时,土粒间主要充满结合水,不能再有毛细水。粗大的孔隙毛细力极弱,也难以形成毛细水。毛细水对土性质的影响,主要是毛细力常使砂类土产生微弱的毛细水连结。毛细水上升至地表时不仅引起沼泽化、盐渍化,而且使地基、路基浸蚀,降低土的力学强度。

   重力水存在于较大孔隙中,具有自由活动的能力,在重力作用下产生流动,为普通液态水,重力水流动时,产生动水压力,能冲刷带走土中的细小土粒,这种作用常称为机械潜蚀作用如管涌,流土等;重力水还能溶滤土中的水溶盐,这种作用称为化学潜蚀作用。潜蚀作用都将使土的孔隙增大,增大压缩性,降低土的抗剪强度;同时,地下水面以下饱水的土,受重力水浮力作用,土粒及土的重量相对减小。