浅谈毛细水上升影响因素

张敬良

摘 要：毛细现象是土体一种重要的现象，毛细上升是水在基质势能、溶质势能和重力势能的势能差作为动力下沿孔隙向上进行流动的过程。影响毛细水上升的因素有很多，如孔隙大小，土体初始含水率等，在此本文系统总结毛细水上升的影响因素。

关键词：毛细现象;影响因素

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 毛細现象

毛细现象是指土体孔隙中的水在基质势能与溶质势能的驱动下上升，最终达到与重力势能平衡的过程。毛细现象会引起土壤中水分迁移，引起土体强度的变化;在冻融区毛细现象则影响冻融厚度、冻融深度等。因此，研究影响毛细水上升的影响因素具有重要意义。

2 毛细水上升影响因素

（1）初始含水率。初始含水率越大，毛细水上升高度越低。由于水分子之间存在结合力和分子间吸引力，初始含水率越大，对毛细上升的水阻碍作用越大且土体基质势越低（苗强强等，2011），导致驱动势能较小最终上升高度较低。

（2）细粒含量。毛细水上升的主要通道为细小空隙，一方面细粒含量较多时更容易形成易于毛细水上升的细小孔隙通道（姚华等，2007），另一方面细粒含量增大使得孔隙体积减少，毛细水上升高度增加。

（3）压实度。对于粗粒土而言，其形成的孔隙较大，而毛细水上升的主要通道为细小孔隙，因此在一定范围内压实度越大，颗粒之间的孔隙越小，毛细水上升高度越高。但由于土中含有一定量的水分与空气，当压实度过大时土中的细小孔隙被气体和水分堵塞反而阻挡了毛细水上升（王素琴等，2011），最终毛细水上升高度会降低。细粒土液限影响毛细水上升高度，对于低液限细粒土，压实度对毛细水上升高度的影响与粗粒土大致相同;对于高液限细粒土，由于含有的细小颗粒比较多，土粒之间会形成比较多的重合结合水膜阻挡毛细上升，使毛细水上升高度随压实度的增加而减小（董斌等，2008）。

（4）土体颗粒粒径大小。土体颗粒较大时，形成的孔隙体积相对较大，较大的孔隙体积使毛细水上升通道变宽，毛细水上升高度减小。土体颗粒较小时，形成的孔隙体积相对较小使毛细水上升通道变窄，毛细水上升高度变大。

（5）孔隙率。孔隙率n=Vv/V，其中Vv为孔隙体积，V为土总体积。孔隙率越大，土体中的孔隙体积越大，使毛细水上升通道更加宽阔，毛细水上升高度降低。因此毛细水上升高度随孔隙率的增大而减小。

（6）温度与气压。温度与气压对毛细现象的影响表现为：一方面温度与气压改变了水的表面张力（章求才等，2017），使基质势能发生改变，另一方面温度会影响水的分子运动，温度较高时水分子运动较为活跃分子之间的吸引力较强，温度较低时水分子运动相对缓慢吸引力较弱，使毛细水上升的驱动力发生改变。

（7）多层土中上层土的性质。对于多层结构土，当毛细水能够透过下部土层迁移到上层土层时，毛细水上升的高度是由上部土层的性质决定（张平等，2011）。这是因为当毛细水上升到上部土层时，其基质势能与溶质势能由上部土层决定，与下层土无关。因此当毛细水穿越下层土到达上层土时，上层土决定了毛细水的驱动势能，进而影响了毛细水上升高度。

3 总结

（1）毛细水上升高度随初始含水量和孔隙率的增大而减小，随细粒含量的增加和土体颗粒粒径的增大而降低。

（2）对于粗粒土，毛细水上升高度随压实度的增加而增加，对于细粒土存在一个最优压实度使毛细水上升高度最大。

（3）温度与压强对毛细水上升高度有一定的影响。

（4）对于多层土结构，毛细水上升最终上升高度取决于水头所处的土层性质。

参考文献：

[1]苗强强，陈正汉，田卿燕，钱尼贵，姚志华.非饱和含黏土砂毛细上升试验研究[J].岩体力学，2011，32（1）：327-333.

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