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摘要：土的不同矿物成分、粒组、化学成分影响土的毛细性。砂土的毛细性服从空隙愈细毛细水上升高度愈高的规律。粘性土则有其特殊性。
关键词：毛细性；弯液面；弯液面力
1引言
在多年的工作学习中，对土的毛细性受到不同物质组成的影响总结了一些想法和收获，本文从土的毛细性成因、机制、机理分析及毛细水上升高度的试验确定方法及试验数据分析等方面浅谈土的物质组成与毛细现象的相互关系。
2土的毛细性成因、机制、机理分析
土的毛细孔隙系统实际上性状、大小复杂多变的管道系统，为了便于讨论问题，近似地将它看作一束圆管系统。圆管的直径等于孔隙的平均直径，土中孔隙的弯液面也可近似的看作管中弯液面。
弯液面的形成主要与土粒表面电荷对极性水分子的吸引作用有关，靠近土粒表面的水分子失去活动能力，距土粒表面愈远，静电引力场作用愈小，水分子失去活动能力愈少。由于对水分子有吸附作用，在颗粒周围吸附了水膜，组成土内弯液面或成为弯液面的边缘部分，在粘土细小孔隙中充满着结合水，在三相交界面形成弯液面。
在孔隙中形成的弯液面（图一），以接触点处与弯液面相切的矢量a、b表示与毛细管壁间的分子作用力，将矢量分解为沿毛管壁的分量a1、b1和垂直于管壁分量a2、b2。a2、b2方向相反合力为零，不影响毛管水上升高度，它们仅有助于毛管的完全充水。而平行于毛管壁a1、b1与
隙平均直径（mm）。
水在土的孔隙中形成的弯液面是向受力体以外的方向凹弯的，弯液面的曲率中心在液体以外位于空气中，所以表面张力的合力也是指向空气一侧，即指向受力体外侧，习惯上认为是负的，属于拉应力性质。若以水柱高度为单位称负测压高度，这样弯液面力的水力学意义是：在弯液面附近的水具有一个负的测压高度。
通过上述对弯液面、弯液面力及弯液面力的水力学意义的阐述，分析土的毛细性成因、机制、机理见（图二）。
当毛细孔隙中的水和与其相连通的外部自由水均受一个外力P，由于弯液面周边表面张力的合力P/=P－Pc小于外部自由水所受
图二
到的应力P，由此产生的应力差△P=P－P/=Pc，驱使毛细孔隙中的水向上直到毛细管中水柱产生的静水压力与弯液面力想等时为止，这段水柱高度也就是毛细水上升高度，也是土的毛细性的主要指标。对于粘性土的毛细特点应是Hc=Pc/（1＋Io）
式中：Hc为毛细水上升高度；Pc为负测压高度；Io为起始水力梯度。
3毛细水上升高度的试验确定方法
根据水利部行标《土工试验规程》（SL237—1999），对毛细水上升高度的试验确定方法有两种：
⑴接观测法（本方法适用于粗砂、中砂）；
⑵样管法（此方法适用于细砂、粉土或毛管水上升高度较小的粘性土）。
4试验数据分析
⑴同土类对土的毛细性影响
当砂土与水接触时，由于毛细水参与毛细现象，不存在结合水阻力，由式Hc=Pc/（1＋Io）可知Io=0，所以Pc=Hc，其弯液面周边表面张力的合力与弯液面下的水柱重量相平衡，因此服从孔隙愈细，毛细水上升高度愈高的规律。但在粘性土中弯液面周边的表面张力的合力，尚需克服孔隙中结合水的阻力，水柱才能达到一定高度，所以Pc不等于Hc，因而粘性土的毛细上升高度不服从孔隙愈细，毛细水上升高度愈高的规律，服从Hc=Pc/（1＋Io）。其机理为孔隙小Pc增大、Io也增大，且Io的增大比Pc显著，这样就使Hc变小，所以粘性土的毛细上升高度小于亚粘土及亚砂土。
⑵同矿物成分及粒组对土的毛细性影响
砂土中不同的矿物成分，，由于颗粒形状不同，形成的孔隙大小不一，因而影响着毛细水上升高度。粘性土中矿物成分起着重要的作用，在密实度相同的情况下，形成较大孔隙的矿物成分，毛细水上升高度低于能形成较细孔隙的矿物成分，如长石。虽然有些矿物成分能形成较细孔隙，但其中充满结合水，Io较大，所以毛细水上升高度也不高，如滚圆石英、尖角石英，处于二者之间的毛细水上升高度稍高，如云母。见表一
某工程多种矿物成分不同粒组的毛细水上升高度表一
⑶不同化学成分对土的毛细性影响
水溶液的化学成分及浓度影响粘性土的毛细水上升高度，因为它影响着扩散层厚度的变化，溶液浓度的变化可使孔隙中结合水膜厚度发生变化。在粘性土中若以一定钠离子饱和，由于结合水膜增厚，水膜重叠部分扩展，Io增加导致毛细上升高度降底。由于砂土中含有一定量的粘土矿物，在低浓度时结合水膜阻力使毛细水上升高度较小，高浓度时形成较薄的水膜，使孔隙通道变窄，毛细水上升高度增大，见表五。
某工程不同浓度的NaOH溶液对粘
土质细砂毛细水上升高度的试验表五
此外气体、气候、温度等变化都对毛细性有一定的影响，但其程度较弱。
5结束语
⑴土的毛细性受到土的不同物质组成的影响
①不同种类的土由于其化学成分及土的结构不同，对毛细性影响较大；
②土的矿物成分及粒组的差异，导致毛细上升高度变化较大；
③水溶液的浓度变化对毛细上升高度有影响，但次于前两者。
⑵砂土的毛细规律服从孔隙愈细，毛细上升愈高的规律，粘土的毛细性特点可根据Pc=Hc（1＋Io）式判断。
参考文献：
⑴唐大雄、孙愫.工程岩土学.地质出版社
⑵成都地质学院.工程教研室.工程岩土学
⑶《土工试验规程》（SL237—1999）.中国水利出版社
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