土中水

土中水的存在形式多種多樣，大致可分為液態水、氣態水及固態水三類。不同類型的水對土的工程特性起著不同的作用，其中較重要的是結合水、毛細水和重力水。其中土中水分子的活動能力和結合水的抗剪強度有著密切的關係。影響結合水的抗剪強度因素有很多，如結合水與土顆粒表面的間距、土顆粒的形狀。

基本介紹

• 中文名：土中水
• 外文名：soil water
• 學科：土力學
• 類別：液態水、氣態水及固態水
• 作用：影響土的抗剪、抗壓等性質
• 領域：土木工程

簡介

在自然條件下，土中總是含水的。充填在土孔隙間的水對土體的工程性質影響較大，尤其是水的數量和類型影響著土體的狀態和性質。土中水可以分為兩大類：礦物中的結合水，如結構水、結晶水和沸石水；土孔隙中的水，如土粒表面結合水：強結合水與弱結合水、非結合水（液態水，氣態水和固態水）。土中細粒越多，即土的分散度越大，水對土的性質的影響也越大。

毛細水

毛細管水的簡稱。指由於毛細作用而保持在土層或岩層毛細空隙中的地下水。毛細水能傳遞靜水壓力，並能在毛細作用下的空隙中運動。毛細水在沙土和粉土層中較多；孔隙大的砂礫層中較少；孔隙過小的粘土，其孔隙多為結合水所占據，毛細管水也較少。毛細水易被植物吸收利用；但當地下水面離地表淺時，毛細水有時又會引起土壤沼澤化或鹽鹼化，以及道路凍脹和翻漿等。

支持毛細水

由於毛細力的作用，水從地下水面沿著小孔隙上升到一定高度，地下水面以上形成毛細水帶，此帶的毛細水下部有地下水面支持，故稱支持毛細水。毛細水帶隨地下水面的變化和蒸發作用而變化，但其厚度基本不變。觀察表明，毛細帶水除了作上述垂直運動外看，由於其性質似重力水，故也隨重力水向低處流動，只是運動速度較為緩慢而已。

懸掛毛細水

地下水由細顆粒層次快速降到粗顆粒層次中時，由於上下彎液面毛細力的作用，在細土層中會保留與地下水面不相連線的毛細水，這種毛細水稱為懸掛毛細水。

孔角毛細水

在包氣帶中顆粒接觸點上或許多孔角的狹窄處，水是個別的點滴狀態，在重力作用下也不移動，因為它與孔壁形成彎液面，結合緊密，將水滯留在孔角上。

重力水

重力水存在於較大的孔隙中，具有自由活動能力。能自由流動，且相對於大氣壓力，重力水的壓力大於零。它只能從上向下移動，或沿斜坡移動，也是地下水的來源。植物能利用，但由於流動速度一般相當快，所以很少被植物直接吸收。易變為毛管水，被植物利用。土壤中如長期存在大量重力水，會影響土壤通氣性，故要及時排除。當土壤含水量達到田間持水量後，毛管孔隙全部充水，多出的部分水就進入非毛管孔隙中，這部分水只受重力支配，不能保持在土壤孔隙中，與地下水一樣，形成地下徑流。旱作物灌溉後，不允許整個根系吸水層出現重力水，否則會導致灌溉水量損失、肥料流失和抬高地下水位，招致土壤的次生鹽漬化。如地下水位過高，長期陰雨，耕層土壤中長期或大量存在重力水，會惡化土壤的通氣性，易形成漬害，對作物生長不利，需及時排除。

結合水

黏土顆粒表面的負電荷和周圍水分子偶極子、陽離子云等組成的雙電層之內的水被稱為結合水，雙電層之外的水被稱為自由水。結合水的物理力學性質的研究涉及到力學、水力學和相界面物理學等，由於其特殊的物理力學性質，使其成為岩土工程、環境工程、土壤物理學、油氣井工程等學科研究的共同問題之一。它只有在比較高的溫度（80～680℃，隨土粒的礦物成分不同而異）下才能化為氣態水而與土粒分離，從土的工程性質上分析，可以把礦物內部結合水當作礦物顆粒的一部份。 結合水可分為以下兩種：①強結合水：為最貼近岩石表面的一層水(水膜內層)。強結合水層的厚度很薄（幾個至幾百個分子直徑），岩石與水分子間的吸引力達（）。這種水具有冰點低（<-78℃）、抗剪強度高、不受重力影響、不傳遞靜水壓力、無溶解鹽類能力等特點。強結合水只有在轉化成氣態水時（溫度達110℃）才能遷移。②弱結合水：吸著水膜的外層為弱結合水，其厚度達幾百至上千個水分子直徑。岩石表面對水的吸引力有所減弱，具有一定的抗剪強度。弱結合水可從水膜厚的地方向水膜薄處移動，但不受重力的影響。在岩石受到高壓或者在強力抽水時，所施加的外力超過了結合水的抗剪強度，弱結合水也可發生流動。弱結合水溶解鹽類的能力較低。土層或岩層中結合水的含量主要取決於顆粒的大小，顆粒愈細，與水接觸的總面積就愈大，結合水的含量也愈多。