关键词：黏性土；结合水；研究进展
引言
黏性土矿物颗粒表面带电荷，在颗粒四周形成了电场。遇到水之后，在静电场力的作用下，水中的阳离子和极性水分子会吸附在颗粒周围，定向排列形成水膜，通常把这部分水称之为结合水，它在控制黏性土工程特性中有重要的作用。
1结合水的分类
最靠近颗粒表面的水分子，所受的静电场作用力很大，近似完全固定排列，液体的性質已经不存在而接近固体，这层水就是强结合水；静电场作用力随着与颗粒表面之间距离的增加而减弱，强结合水外，稍远一些但还在电场作用范围内的水被称为弱结合水；距颗粒表面更远，几乎不受静电场作用力影响，只受重力作用的那部分水称为自由水。以上三种不同形态水的分布如图1所示。
2国外研究进展
黏性土中结合水的研究历史充分反映了人们对结合水影响工程性质的认知历程，国外学者对结合水及其性质的研究可追溯到上世纪30年代。
Kelley等人在1936年论述了土体中的结合水及其结晶水、断键水和层间水三种形式的保留水。
Orchiston在1953年对土体表面吸附气体和吸附水蒸气的特征进行研究。对比区分了氮气等惰性气体同水蒸气吸附的差异，分别提出了多层水分子吸附理论及水蒸气物理吸附理论，并给出水蒸气等温吸附曲线。Orchiston进一步对蒙脱石、伊利石和高岭石三种典型黏性土矿物的水蒸气等温吸附线进行了研究。
Grim R E提出黏性土中结合水的密度、粘滞性等物理性质与自由水的完全不同。Chilingar G V等在1963年提出黏性土水分散体黏度与黏性土结合水的厚度关系密切。1977年，VanOlphen H在将有关双电层理论以及结合水存在形式的彼时所有研究成果进行整理并出版专著，虽然书中关于土体与水相互作用的机理和结合水性质方面的论述不多，但仍旧标志着人们对黏性土吸附结合水的认知又向前迈进了一大步。
上世纪70年代，莫斯科大学将黏性土中的结合水列为重点攻关课题之一，分别借助X射线衍射仪、核磁共振、扫描电镜等多种设备和技术方法，对不同湿度下黏性土中结合水的各种相关机理进行研究，取得了一大批学术价值极高的资料。这些重要成果中涵盖了结合水的形成、迁移和变化规律，两种类型结合水的特点及其对黏性土物理力学和化学性质的影响。这些成果对于研究结合水具有里程碑的意义。
Sposito G等综合采用X射线衍射仪、核磁共振等多种仪器和方法，针对蒙脱土中结合水的结构进行了大量的卓有成效的研究，并将所有方法得到的结果进行了一致性分析。
以上时期的研究借助了大量物理、化学以及地质学的试验设备和研究方法，将结合水与黏性土的性质建立起联系。研究成果表明黏性土的变形、强度和渗透性都与黏性土矿物含量的多少，还有结合水的性质有关。
CHENMIN M等人1993对黏性土中结合水的热效应产生了兴趣，利用计算机对处于不同温度环境中的黏性土进行数值模拟，结果表明温度的变化引起了结合水厚度的变化。
BRIDGEMAN运用蒙特卡罗随机方法模拟了黏性土薄片颗粒所带结合水的状态。给出了确定云母矿物表面低能位置处结合水的方法。
PROST等人研究了水气平衡压分别在0
随着多学科试验方法的交融，以及测试设备的不断改进，使得人们对结合水的研究更加深入，以上阶段主要论述了黏性土颗粒表面交换阳离子与吸附结合水的关系。交换阳离子的量越大，则吸附的结合水膜越厚。
2003年，Carrique研究了黏性土颗粒双电层作用对结合水厚度的影响。在前人研究双电层与Zeta电位、颗粒大小和溶液离子浓度关系的基础上，通过数值模拟方法。探讨了双电层对电泳速度的影响，对电泳速度的影响和对结合水厚度的影响。计算结果表明，假如忽视双电层的作用，则电流速度和电导率将会被严重低估，并且对双电层的影响会更大。
Stepkowska对几种蒙脱土土颗粒吸附结合水后厚度的变化情况进行了试验研究。试验结果表明，蒙脱土颗粒对水的吸附时间随着相对湿度变大而增长，颗粒的厚度也变得越厚。当吸附过程终了时，锂蒙脱石颗粒最厚，其厚度达到约22个单元层；钙蒙脱石颗粒最薄，其厚度接近5个单元层，而钠蒙脱石颗粒的厚度大概是12个单元层。在干湿循环的试验条件下，蒙脱土颗粒厚度的变化只是部分可逆，或许是由相对湿度与蒙脱土颗粒吸附水的过程相对滞后所导致。
Singhu运用Kozeny Carman公式，预测了结合水膜饱和后的电导率，并将其与试验结果进行对比。利用结合水的研究成果，可以推导出与电导率相关的两个新参数，并能用这两个参数求解出电导率。第一个参数为孔隙修正系数，它与结合水的厚度以及颗粒的比表面积有关；第二个参数则与黏性土颗粒的接触面、接触压力有联系。研究结果表明，结合水的厚度受控于黏性土颗粒的比表面积、接触压力、接触方式，以及溶液的电导率等因素。
Jelan Kuhn综合试验成果，借助Monte Carlo随机方法对吸附结合水模型进行模拟。结果表明：当水中存在酒精时，等温吸附曲线会从II型变为I型。这与试验结果是吻合的。
Ahunbay还是运用蒙特卡罗方法对沸石吸附水分子进行了模拟试验，利用经验公式，通过对骨架水分子之间潜在能量的模拟，得到与试验结果相吻合的水蒸气等温吸附曲线。研究发现，弱亲水性的硅质岩最少能吸附1个水分子层，而强亲水性的钠沸石最小吸附量能达到2个水分子层。
2012年，Mojid研究了膨润土中含水量和温度对结合水交换阳离子能力的影响。黏性土颗粒表面的电导率受控于离子的移动。分别对同一温度下不同含水量的4种砂膨润土，以及5-90℃下3种不同含水量的膨润土试样进行试验研究。结果发现：在砂膨润土试样中离子随结合水厚度的增大而移动得越多；当结合水厚度一定时，膨润土试样的含水量越高，离子移动越少；而试样含水量越大，试验温度上升，离子移动也越多。因此，样品表面电导率与温度也息息相关。
从以上成果中可以看出：由于科学技术的突飞猛进，国外学者们对结合水的吸附机理、吸附过程，以及结合水的相关特性有了更深层次的研究，已经逐步开始将试验结果与工程应用相结合。3结论
通观以上国外学者近一个世纪的研究成果，不难看出：随着定量测试黏性土颗粒表面吸附结合水的技术越来越先进，界定结合水类型的理论方法越来越完善，工程领域对结合水的吸附过程、各种特性及其对黏性土物理力学指标的影响研究越来越深入，并取得了大量具有重大意义和科研价值的成果，也解决了很多工程难题，这些研究硕果为后人进一步探讨黏性土中结合水的相关机理夯实了基础。