水文地质学----毛细现象与包气带水的运动

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1、第五章毛细现象与包气带水的运动5.1毛细现象的实质5.2毛细负压5.3包气带水水分分布及运动5.3.1土层中的毛细水带5.3.2包气带中水的渗透讨论5.4毛细水上升高度与土的物理特性的关系5.5毛细现象与灾害5.5.1盐渍土与路基5.5.2毛细现象、冻融、季节性冻土与路基第五章毛细现象与包气带水的运动液体表面张力是分子间相互作用的结果。就水来说，内部的水分子处于其他水分子的包围之中，各个方向分子的引力会相互抵消。但是表层水分子受到的内部水分子引力远大于外部空气分子的引力。所以，表面的水分子永远受到指向液体内部的力，总是趋向向内部移动。这样，液体总是会力图缩小其

2、表面积。而同样体积的物体，总是以球体的表面积最小。荷叶表面对水的不浸润和表面张力共同作用，使水在荷叶上收缩为晶莹的露珠。雨滴在表面张力和重力的共同作用下呈现为泪滴形。第五章毛细现象与包气带水的运动表面张力不仅液体有，固体也有，只是因为固体分子排列的非常紧密，表层的分子不容易“缩回”到固体的内部，这种收缩力表现的不明显罢了。如果固体和液体不存在表面张力，就会像气体一样没有形状和体积，世界上所有的一切，都是虚无飘渺的了。第五章毛细现象与包气带水的运动5.1毛细现象的实质将细小的玻璃管插入水中，水会在管中上升到一定高度才停止，这便是固、液、气三相界面上产生的毛细现象

3、。水水银第五章毛细现象与包气带水的运动水与空气的分界面上存在着表面张力：液体总是力图缩小自己的表面积，以使表面自由能变得最小，这也就是一滴水珠总是成为球状的原因。表面张力的计算：毛细管管壁的分子和水分子之间有引力作用，这个引力使与管壁接触部分的水面呈向上的弯曲状，这种现象称为湿润现象。这种内凹的弯液面表明管壁和液体是互相吸引的（即可湿润的）。如果管壁和液体之间不互相吸引，称为不可湿润的，那么毛细管内液体弯液面的形状是外凸的，如毛细管内的水银柱面就是这样。——表面张力系数，单位为dyn/cm（1dyn=10-5N，达因）第五章毛细现象与包气带水的运动切取一个半径

4、为R的半圆球形液面此时弯液面下的液体实际承受到的表面压强任何形状的弯液面所产生的附加表面压强Pc都可以用拉普拉斯公式表示——液体表面的两个主要曲率半径第五章毛细现象与包气带水的运动①当液面为凸形时，附加表面压强是正的。此时，实际表面压强拉普拉斯公式的涵义：弯曲的液面将产生一个指向液面凹侧的附加表面压强，附加表面压强与表面张力系数成正比，与表面的曲率半径成反比。第五章毛细现象与包气带水的运动②如液面为凹形时，附加表面压强是负的，实际表面压强③平的液面不产生附加表面压强，实际表面压强第五章毛细现象与包气带水的运动5.2毛细负压凹形弯液面产生的附加压强Pc是个负压强

5、，称为毛细负压凹形弯液面的人由于表面张力的作用，要比平的液面小一个相当于Pc的压强；或者说，凹形弯液面下的水存在一个相当于Pc的真空值。毛细负压换算成水柱高度：茹林公式第二章岩石中的空隙与水分2.3.2含水量含水量说明松散岩石实际保留水分的状况。重量含水量：松散岩石孔隙中所含的水量（Gw）与干燥岩石重（Gs）的比值体积含水量：含水体积（Vw）与包括孔隙在内的岩石体积（V）的比值若水的比重为1，岩石的干容重（单位体积干土的重）为重量含水量与体积含水量的关系第二章岩石中的空隙与水分2.3.2含水量饱和含水量Ws：孔隙充分饱水时的含水量饱和差：饱和含水量与实际含水量

6、之间的差值饱和度：实际含水量与饱和含水量之比→比重：也称相对密度，固体和液体的比重是该物质的密度与在标准大气压，3.98℃时纯H2O的密度（999.972kg/m3）的比值。气体的比重是指该气体的密度与标准状况下空气密度的比值。液体或固体的比重说明了它们在另一种流体中是下沉还是漂浮。比重是无量纲量，即比重是无单位的值，一般情形下随温度、压力而变。密度是有量纲的量，比重是无量纲的量。第五章毛细现象与包气带水的运动5.3包气带水水分分布及运动打井出水5.3.1土层中的毛细水带上层毛细水带支持毛细水带毛细饱和带第五章毛细现象与包气带水的运动5.3.1土层中的毛细水带

7、在理想条件下，即包气带由均质土构成，无蒸发与下渗，包气带水水分分布稳定时，含水量的垂向分布如图（c）所示。②支持毛细水带:由此往下，进入支持毛细水带，含水量随着接近潜水面而增高（图a—②）。①上层毛细水带:由地表向下某一深度内含水量为一定值，相当于残留含水量（Wc）。构成残留含水量的包括结合水、孔隙毛细水与部分悬挂毛细水（图a—①），是反抗重力保持于土中的最大持水度。这部分水与其下的支持毛细水及潜水不发生水力联系。第五章毛细现象与包气带水的运动5.3.1土层中的毛细水带③毛细饱和带:在潜水面之上有一个含水量饱和（体积含水量等于孔隙度）的带，称为毛细饱和带（图a

8、—③）。毛细饱和带由潜水面直接上升而形