在自然條件下，土中總是含有水分的。充填在土孔隙間的水對(duì)土體的工程性質(zhì)影響較大， 尤其是水的數(shù)量和類型影響著土體的狀態(tài)和性質(zhì)。土中水除了一部分以結(jié)晶形式存在于固體顆粒中外，其余的可以分成結(jié)合水和自由水，結(jié)合水又分為強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水，自由水又分為重力水和毛細(xì)水。

1、毛細(xì)管水現(xiàn)象

毛細(xì)現(xiàn)象（又稱毛細(xì)管作用）是指液體在細(xì)管狀物體或多孔物體內(nèi)部，由“液體與物體間附著力”和“因液體分子間內(nèi)聚力而產(chǎn)生的表面張力”組合而成，令液體在不需施加外力的情況下，流向細(xì)管狀物體或細(xì)縫的現(xiàn)象，屬于一種液體界面現(xiàn)象。這種神奇的現(xiàn)象使得液體克服地心引力而上升。

毛細(xì)水是由毛細(xì)力作用下，水從地下水面沿著小孔隙上升到一定高度，形成毛細(xì)水帶。毛細(xì)水帶隨地下水面變化和蒸發(fā)作用變化，但厚度基本不變。毛細(xì)水帶在垂直運(yùn)動(dòng)之外，由于其性質(zhì)類似重力水，也會(huì)隨重力水向低處流動(dòng)，只是速度較慢。這種支持毛細(xì)水，因其下部有地下水面支持而得名。毛細(xì)水實(shí)際上是由于水在毛細(xì)力作用下，保持在細(xì)小孔隙所構(gòu)成的毛細(xì)管道中的水分。它同時(shí)受到了表面張力和重力的作用，當(dāng)兩力達(dá)到平衡時(shí)，水就會(huì)上升一定高度而停留在毛細(xì)管孔隙中，基本不受顆粒表面靜電場(chǎng)引力影響。

毛細(xì)力是由水分子的自由液面(表面)產(chǎn)生的微小拉力造成的，這種拉力也稱為表面張力，表面張力只存在液體表面，是一種局部受力現(xiàn)象。一般存在于液體表面兩種不相混合的液體交界處。毛細(xì)作用，是液體表面對(duì)固體表面的吸引力。毛細(xì)管插入浸潤(rùn)液體中，管內(nèi)液面上升，高于管外液面；毛細(xì)管插入不浸潤(rùn)液體中，管內(nèi)液體下降，低于管外液面。

液體表面類似張緊的橡皮膜，如果液面是彎曲的，它就有變平的趨勢(shì)。因此凹液面對(duì)下面的液體施以拉力，凸液面對(duì)下面的液體施以壓力。浸潤(rùn)液體在毛細(xì)管中的液面是凹形的，它對(duì)下面的液體施加拉力，使液體沿著管壁上升，當(dāng)向上的拉力跟管內(nèi)液柱所受的重力相等時(shí)，管內(nèi)的液體停止上升，達(dá)到平衡。同樣的分析也可以解釋不浸潤(rùn)液體在毛細(xì)管內(nèi)下降的現(xiàn)象。毛細(xì)帶是指土壤表面附近一個(gè)特定的區(qū)域，這里由于地下水的作用形成了一個(gè)接近飽和的濕水層。這個(gè)濕水層的厚度通常取決于毛細(xì)上升的高度，即水通過(guò)細(xì)小孔隙上升的最大高度。毛細(xì)帶內(nèi)的一個(gè)顯著特性是，在細(xì)小的孔隙或管道內(nèi)，水有向下的趨勢(shì)，這種現(xiàn)象可以解釋為存在一種負(fù)壓，即毛細(xì)壓力。

毛細(xì)管水能傳遞靜水壓力，并能在毛細(xì)空隙中運(yùn)動(dòng)。毛細(xì)管水在砂土和粉土層中較多，孔隙大的砂礫層中較少?？紫哆^(guò)小的粘土其孔隙多為結(jié)合水所占據(jù),毛細(xì)管水也較少。毛細(xì)管水易被植物利用。地下水面離地表較淺時(shí)，毛細(xì)管水有時(shí)會(huì)引起土壤沼澤化或鹽堿化，以及道路凍脹和翻漿等。毛細(xì)管水的研究在農(nóng)業(yè)和工程建筑方面都有重要意義。

毛細(xì)管水也可以是指硬化水泥漿體毛細(xì)管中所含的可蒸發(fā)水?？捎盟酀{體的可蒸發(fā)水總量與其凝膠水量之差計(jì)算其含水量。由于水灰比及養(yǎng)護(hù)時(shí)間等的不同，其含量不同。當(dāng)水化開始時(shí)其量為原始水的用量，隨水化進(jìn)程毛細(xì)管水逐漸減少，到達(dá)極限時(shí)所有毛細(xì)管均為固體的水化產(chǎn)物所填充則降為零。用標(biāo)準(zhǔn)的熱力學(xué)方法測(cè)定得毛細(xì)管水的比容是常數(shù)，在1.0左右。毛細(xì)管水的結(jié)合力較弱，脫水溫度也較低(一般在105℃下即易失去)。隨水化程度的增加，即隨水化物填充量增加，而逐漸減少，相應(yīng)會(huì)提高漿體的強(qiáng)度和降低其滲透性。

2、表面張力

水-氣分界面，也稱為收縮膜或非飽和土中的第四相。表面張力的產(chǎn)生是因?yàn)槭湛s膜內(nèi)的水分子受力不平衡。水體內(nèi)部的水分子承受各向同值的力的作用，而收縮膜內(nèi)的水分子有一指向水體內(nèi)部的不平衡力的作用。為保持平衡，收縮膜內(nèi)必須產(chǎn)生張力。

收縮膜承受張力的特性，稱為表面張力，符號(hào)為σ,表示收縮膜單位長(zhǎng)度上的張力(N/m) 大小，其作用方向與收縮膜表面相切，其大小隨溫度的增加而減小。表面張力使 收縮膜具有彈性薄膜的性狀，這種性狀同充滿氣體的氣球的性狀相似，里面的壓力大于外面的壓力。

在毛細(xì)管周壁，水膜與空氣的分界處存在著表面張力σ,，水膜表面張力σ,的作用方向與毛細(xì)管成夾角α，毛細(xì)管內(nèi)的水被表面張力提升到自由水面以上hc處，毛細(xì)管內(nèi)水面處即為大氣壓，若以大氣壓力為基準(zhǔn)，則該處壓力為0。

來(lái)自《土力學(xué)》式中，水膜張力T與溫度有關(guān)，單位：N/cm或KN/m；10°時(shí)，T=7.41×10-4N/cm=7.41×10-5KN/m；方向與毛細(xì)管成夾角α，該角度的大小與土顆粒礦物成分和水性質(zhì)有關(guān)；

r為毛細(xì)管半徑；γw為水的重度。毛細(xì)水高h(yuǎn)c與毛細(xì)管半徑r成反比。土顆粒的直徑愈小，孔隙直徑 (就是毛細(xì)管的直徑)愈細(xì)，則毛細(xì)水的高度愈大。

不同土類，土中毛細(xì)水高度也不同。若彎液面處毛細(xì)水的壓力為uc，分析該處水膜的平衡條件，取鉛垂方向力的總和為零，則毛細(xì)水區(qū)域的孔隙水壓力uc的絕對(duì)值與水頭高度hc成正比，負(fù)號(hào)表示張力，負(fù)孔隙水壓力(或孔隙水拉力)。自由水位以下為壓力，自由水位以上、毛細(xì)水區(qū)域內(nèi)為拉力。在自由水位以上，毛細(xì)區(qū)域內(nèi)，土骨架受孔隙水的拉力作用，顆粒間受壓，這種孔隙水壓力稱為毛細(xì)水壓力，毛細(xì)水壓力呈倒三角形分布。彎液面處最大，自由水位(面)處為零。如果土骨架的孔隙內(nèi)不完全充滿水，即孔隙中含有水和氣，這時(shí)水多集中于顆粒間的縫隙 處。在水和空氣的分界面處，則存在表面張力，形成圖中所示的彎液面。這時(shí)，孔隙中的水稱為毛細(xì)角邊水。稍濕的砂土顆粒間也存在著某種粘結(jié)作用的原因，這種粘結(jié)作用并不像粘土一樣是因?yàn)榱ｉg分子力引起的，而是由毛細(xì)水引起的，當(dāng)土中的水增加，孔隙被水占滿，或者水分蒸發(fā)，變成干土，毛細(xì)角邊水消失，顆粒間所引起的壓力也消失了，就變成完全的散粒體。