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。