黄土与其矿物颗粒表面水膜类型及其定量表征

• 作者: 刘佳婷 付昱凯 李同录 赵晨曦 李萍 侯晓坤 胡向阳
• 来源期刊: 水文地质工程地质
• 关键词: 黄土 矿物颗粒 水膜类型 界限含水率 土水特征曲线 (SWCC)
• 年，卷（期）: 2023,（6）
• 所属期刊栏目: 工程地质与地质灾害
• 页码范围: 105-113
• 页数: 8页
• 分类号: TU411.2
• 语种: 中文
• DOI: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202203049

摘要

黏性土中细粒表面水膜是影响其物理力学性质的内在因素。经典土力学一般将土粒表面水膜分为强结合水和弱结合水，即所谓双电层模型，弱结合水的存在是土具有可塑性的原因，强弱结合水的界限含水率为塑限，该模型很好地解释了黏性土的稠度变化及其有关的物理力学行为。然而，通过等温吸附试验发现，土粒表面还存在吸附水膜，对非饱和土高吸力段的物理力学特性有重要影响。为此，本文将黄土颗粒表面水膜分为单层吸附水、多层吸附水、强结合水、弱结合水和自由水5种类型。取甘肃正宁Q2最顶层的L2黄土试样，采用等温吸附和液限、塑限测试，对该黄土样和其中的单矿物颗粒各水膜之间的界限含水率进行了定量表征，并测试黄土试样的土水特征曲线（SWCC），在SWCC上界定了这些界限含水率与基质吸力的关系。当水汽压很低时，土粒表面的吸力来自水的偶极分子与颗粒表面离子间的静电引力，形成单层吸附水，水膜厚度为1个水分子直径；离颗粒表面超出水分子直径的地方，吸力来自范德华力，水的偶极子相互靠拢呈定向排列，形成了多层吸附水；当土粒周围水分增加，颗粒表面未平衡掉的分子引力又可吸引更多的极化水分子，此时在吸附水的周围形成结合水，结合水又分为强结合水和弱结合水；吸附水和结合水膜以外的水为自由水。