2.土中的水和氣在自然條件下,土中總是含水的。土中的水存在于帶電顆粒之間。 因此,土中水的存在狀態及其與土粒相互作用,會導致土的物理力學性質的變化。

　　水分子是一種極性分子。氫原子一端顯示正電荷,氧原子一端顯 示負電荷。黏粒表面帶有負電荷,因此在土粒形成的電場范圍內,水分子會發生定向排列 而且和水溶液中的陽離子形成水化離子被動土顆粒所吸附。

　　水溶液中的陽離子本身有一個小電場吸引水分子以水化離子的形式存在水溶液中。因 此水分子和水化離子的活動狀態與離開黏粒表面的距離有關。根據受到吸引力的大小,土 中的水可以分成結合水和自由水兩大類。

　　(1)結合水 結合水是指在土顆粒表面靜電引力作用范圍內的水。結合水又可分成強結合水和弱結合水。

　　1)強結合水緊靠土顆粒表面靜電引力最強,把水化離子和極性水分子牢固地吸附在顆粒表面上形成固定層,這部分水稱為強結合水,它的特征是沒有溶解能力,不能傳遞靜水壓力,接近于固體的性質,只有吸熱變成蒸汽時才能移動。干燥的土在空氣中會吸水重量增加直到最大吸濕容量為止。土顆粒愈細,比表面愈大則最大吸濕容量就愈大。砂土的最大吸濕容量約占干土重量的1 % ,而和土可達17% 。

　　2)弱結合水土粒表面上所具有的電位稱為熱力電位,被強結合水平衡一部分后在固定層界面上剩余的電位稱為電動電位,它繼續吸引水分子和水化離子,直到影響力完全 消失為止。弱結合水就是緊靠于強結合水的外圍形成的一層水膜,在這層水膜里水分子和水化離子仍受到一定程度的靜電引力。這層水膜稱為擴散層,它仍然不能傳遞靜水壓力, 但水膜較厚的弱結合水會向鄰近水膜較薄的部位緩慢轉移。擴散層和固定層中所含的水化陽離子與土粒表面的負離子一起構成所謂"雙電層"。擴散層水膜的厚度對黏性土的性質影響很大。水膜厚度大,土的塑性高,壓縮性也大,土的強度低,容易膨脹和收縮。 擴散層的厚度可隨外界條件的變化而變化。水化離子的原子價愈高,擴散層的厚度愈 薄,在工程實踐中可利用這一原理來改良土壤。例如,用高價的鐵、鋁、鈣、續等離子來 交換低價的專內離子,使擴散層變薄,從而增加土的穩定性,減少膨脹性,提高土的強度; 有時,又可用含一價離子的鹽溶液處理秸土使擴散層變厚,從而大大降低士的透水性。

　　(2)自由水 自由水指不受土粒表面電荷電場影響的水。它的性質和普通水一樣,能 傳遞靜水壓力,具有溶解能力,冰點為0oC。自由水按移動時所受作用力的不同,可以分為重力水和毛細水兩類。

　　1)重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水土層中的地下水,它是在重力或壓 力差作用下自由運動,對土粒有浮力作用。重力水對士中的應力狀態有很重要的影響。

　　2)毛細水 毛細水是受到水與空氣交界面上表面張力作用的自由水。它存在于潛水 位以上的透水土層中。毛細彎液面張力的反作用力稱為毛細壓力,它能使土粒之間的有效 應力增加。毛細水上升的高度和速度對建筑物底層防潮,路基的凍脹等有重要的影響。

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