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摘要：在岩土工程、水利水电工程、采矿工程、垃圾填埋工程及核废料处理等实际工程中，人们逐步意识到黏性土颗粒表面吸附的结合水会给工程带来非常大的作用和影响。因此，深入探究黏性土中结合水的吸脱附机理和相关性质具有重要的工程应用价值。
关键词：结合水；工程性质；研究进展
1序言
黏性土矿物颗粒如蒙脱石、伊利石和高岭石等表面对极性水分子有很强的吸附能力，定向排列形成结合水膜 [1]。其中，最靠近颗粒表面的水分子，所受的靜电场作用力很大，近似完全固定排列，从而性质接近于固体，这层水称之为强结合水；随着与颗粒表面之间距离的增加，电场作用力逐渐减弱，在强结合水外稍形成了弱结合水；距颗粒表面更远，只受重力作用的那部分水称为自由水。
国内学者在岩土工程、水利水电工程、采矿工程、垃圾填埋工程及核废料处理等实际工程中，逐步意识到黏性土颗粒表面吸附的结合水会给工程带来非常大的作用和影响。自上世纪80年代开始，学者们为了获取利用或抑制黏性土遇水膨胀分散的相关知识进行了大量的研究工作。对结合水引起黏性土矿物结构、物理力学及胶体化学性质变化的研究取得了丰富的成果[2-3]，
2国内研究进展
1980年，我国的张忠胤教授出版了名为《关于结合水动力学问题》的著作[4]，书中详细阐述了黏性土层中渗流带、含水带、毛细带及其结合水的基本运动规律。这本著作是我国开展结合水研究的标志。
1984年，吴凤彩采用容量法对黏性土颗粒吸附的结合水含量进行了测算，及在盛有一定水的容量瓶中放入干黏性土，观察容量瓶中水的体积变化，计算得到吸附结合水量。结果表明，黏性土吸附结合水的多少，不仅与黏性土矿物性质和含量有关，还与溶液性质息息相关。
王平全[5-6]选用离子交换法对黏性土吸附的结合水界限进行了研究。试验结果表明，相对水气平衡压等于0.9和0.98的两个点，分别为强结合水与松散结合水，以及松散结合水与自由水的界限。并利用热重分析法、X-射线衍射法、和等温吸脱附法等分析方法对黏性土颗粒表面的结合水进行了类别界定、定量及水合机理的研究。
何俊、肖树芳[7]发现海积软土的变形和强度等特性与时间关系密切，其主要原因之一就是含有较多的结合水。海积软土会随着压力的变化先排出自由水，之后再排出结合水。
何俊[8]以膨润土的微观结构为研究基础，假设蒙脱石遇水膨胀会填满膨润土中的孔隙，推导出蒙脱石膨胀体积应变的计算公式。根据体积应变得出水化后两层蒙脱石矿物距离的一半，并基于Gouy-Chapman理论计算出扩散双电层厚度，将以上两种方法求得的数值进行比较分析。
2007年，房营光、谷任国[9]利用经改进的直剪蠕变仪研究了结合水对软黏土流变性质的影响。试验结果表明，强结合水含量越大黏性土的粘滞系数反而越少，也就是说流变变形阻力与强结合水含量成反比；若黏性土的含水量超过其最大吸附结合水量时，则含水量变大土体的粘滞系数也随之增大，即弱结合水含量越多流变变形阻力越大。以上试验可以说明，强结合水是黏性土发生流变的主因，弱结合水的影响则相对次要。
2010年，崔德山、项伟等[10]通过Zeta试验、阿太堡试验、比表面积试验和电导率试验，分析计算了经离子土壤固化剂（ISS）处理前后红色黏性土结合水厚度的变化。通过建立黏性土颗粒吸附结合水的模型，推导出计算结合水膜厚度的公式。利用结合水密度、颗粒比表面积和液限含水量，求得加固前后结合水膜厚度的变化。结果表明，经ISS加固后，红色黏性土的塑性指数，Zeta电位和电导率都有不同程度的降低，结合水膜厚度变薄，但黏性土颗粒的双电层结构没有发生变化，因此不能彻底去除红色黏性土中的结合水。
邵玉娴、施斌等[11]为了研究温度对黏性土液塑限、膨胀性和渗透性等性质的影响，以南京三种不同矿物组成的黏性土作为研究对象，在5℃～50℃的条件下，进行黏性土吸附结合水量、液塑限、膨胀性和渗透性等性质的试验。温度升高会使结合水转变为自由水，从而造成黏性土渗透性成倍增大。
2012年，刘清秉、项伟等[12]以河南安阳的弱膨胀性土为研究对象，联合利用等温吸附试验和热失重试验，对颗粒表面吸附的结合水类型进行了判定，通过对比经ISS改良前后，膨胀土中结合水含量及其形态分布的变化，最后借助傅里叶红外光谱仪，基于水分子结构的振动信息，定性验证了结合水类型的界定方法。
王学武[13]以黏性土中结合水膜占据的无效孔隙比对渗透系数的影响为基础，展开研究了黏性土渗流与固结特性，并对水土压力分算与合算进行了深入的探讨，实现了从宏观物理指标推求黏性土的微细观参数，为工程实际应用提供了很大的便利。
2013年，陈琼、项伟等[14]针对黄土滑坡滑带土分别在水蒸气和氮气两种环境下的吸附特性进行试验研究。试验中发现，具有相同质量的土样吸附水蒸气的量比对氮气的吸附量要大，而且利用吸附水蒸气法测定的土颗粒比表面积比氮气吸附法的测量结果大。
2014年，王铁行、李彦龙等[15]以西安Q3黄土作为研究对象，联合采用等温吸附法和热重分析法对其表面吸附的结合水进行类别判定和界限区分，并且研究了不同类型结合水相关的物理力学特性。通过分析试验可以看出，当处于相对湿度低于0.59的环境中，黄土颗粒表面吸附的是强结合水，当处于相对湿度为0.59～0.98的环境中，黄土颗粒表面吸附的是弱结合水。
2015年，吴谦[16]分别选取上海软粘土、天津软粘土以及苏州软粘土作为试验土样，采用容量瓶法和等温吸附法对3种软粘土的结合水含量进行了测定，同时界定了其类型。在此基础之上，通过对重塑土进行大量的蠕变试验，分析了结合水对软粘土蠕变性质的影作用，确定了结合水含量与粘滞系数、次固结系数，还有长期强度之间的相互关系。
3结论 国内工程领域的学者专家们，投入大量的人力物力财力对如何更好地利用和控制黏性土水化分散膨胀的特性进行了研究。在因结合水的存在而引起黏性土结构、物理力学和化学等性质发生变化的方面，取得了重大的突破，同时也解决了很多实际工程当中存在的问题，具有重要的指导意义。
参考文献：
[1]李广信，张丙印，于玉贞.土力学[M].北京：清华大学出版社，2013.
[2]马毅杰，杨德涌.钙钠离子对蒙脱石晶格膨胀的影响[J]. 矿物学报，1981，3：186-191.
[3]邱正松，李健鹰，沈忠厚.泥页岩水敏性评价新方法一比亲水量法研究[J].石油钻采工艺，1999，21（2）：1-13.
[4]張忠胤.关于结合水动力学问题[M].北京：地质出版社，1980.
[5]王平全.用离子交换法确定粘土表面结合水界限[J].西南石油学院学报，2000，22（2）：59-61.
[6]王平全.粘土表面结合水定量分析及水合机制研究[D].四川南充：西南石油学院，2001.
[7]何俊，肖树芳.结合水对海积软土流变性质的影响[J].吉林大学学报（地球科学版），2003（2）：204-207.
[8]何俊.膨润土水化膨胀行为简化计算[J].河海大学学报（自然科学版），2006，34（3）：299-301.
[9]房营光，谷任国.结合水对软黏土流变性质影响的试验研究（英文）[J].科学技术与工程，2007（1）：73-78.
[10]崔德山，项伟，曹李靖，等.ISS减小红色黏土结合水膜的试验研究[J].岩土工程学报，2010（6）：944-949.
[11]邵玉娴，施斌，刘春，等.黏性土水理性质温度效应研究[J].岩土工程学报，2011，33（10）：1576-1582.
[12]刘清秉，项伟，崔德山.离子土固化剂对膨胀土结合水影响机制研究[J].岩土工程学报，2012，34（10）：1887-1895.
[13]王学武. 基于有效孔隙比的粘土渗流固结及水土压力综合算法的研究[D].西安：西安理工大学，2012.
[14]陈琼，项伟，崔德山，等.黄土坡滑坡滑带土氮气与水蒸气吸附试验研究[J].岩土工程学报，2013，35（4）：691-696.
[15]王铁行，李彦龙，苏立君.黄土表面吸附结合水的类型和界限划分[J].岩土工程学报，2014，36（5）：942-948.
[16]吴谦. 软粘土的结合水对其次固结和长期强度的影响及机理研究[D].吉林长春：吉林大学，2015.
作者简介：
刘海伟（1986–），男，新疆乌鲁木齐市，博士，主要从事岩土工程数值分析等方面的研究工作。
关键词：结合水；工程性质；研究进展
1序言
黏性土矿物颗粒如蒙脱石、伊利石和高岭石等表面对极性水分子有很强的吸附能力，定向排列形成结合水膜 [1]。其中，最靠近颗粒表面的水分子，所受的靜电场作用力很大，近似完全固定排列，从而性质接近于固体，这层水称之为强结合水；随着与颗粒表面之间距离的增加，电场作用力逐渐减弱，在强结合水外稍形成了弱结合水；距颗粒表面更远，只受重力作用的那部分水称为自由水。
国内学者在岩土工程、水利水电工程、采矿工程、垃圾填埋工程及核废料处理等实际工程中，逐步意识到黏性土颗粒表面吸附的结合水会给工程带来非常大的作用和影响。自上世纪80年代开始，学者们为了获取利用或抑制黏性土遇水膨胀分散的相关知识进行了大量的研究工作。对结合水引起黏性土矿物结构、物理力学及胶体化学性质变化的研究取得了丰富的成果[2-3]，
2国内研究进展
1980年，我国的张忠胤教授出版了名为《关于结合水动力学问题》的著作[4]，书中详细阐述了黏性土层中渗流带、含水带、毛细带及其结合水的基本运动规律。这本著作是我国开展结合水研究的标志。
1984年，吴凤彩采用容量法对黏性土颗粒吸附的结合水含量进行了测算，及在盛有一定水的容量瓶中放入干黏性土，观察容量瓶中水的体积变化，计算得到吸附结合水量。结果表明，黏性土吸附结合水的多少，不仅与黏性土矿物性质和含量有关，还与溶液性质息息相关。
王平全[5-6]选用离子交换法对黏性土吸附的结合水界限进行了研究。试验结果表明，相对水气平衡压等于0.9和0.98的两个点，分别为强结合水与松散结合水，以及松散结合水与自由水的界限。并利用热重分析法、X-射线衍射法、和等温吸脱附法等分析方法对黏性土颗粒表面的结合水进行了类别界定、定量及水合机理的研究。
何俊、肖树芳[7]发现海积软土的变形和强度等特性与时间关系密切，其主要原因之一就是含有较多的结合水。海积软土会随着压力的变化先排出自由水，之后再排出结合水。
何俊[8]以膨润土的微观结构为研究基础，假设蒙脱石遇水膨胀会填满膨润土中的孔隙，推导出蒙脱石膨胀体积应变的计算公式。根据体积应变得出水化后两层蒙脱石矿物距离的一半，并基于Gouy-Chapman理论计算出扩散双电层厚度，将以上两种方法求得的数值进行比较分析。
2007年，房营光、谷任国[9]利用经改进的直剪蠕变仪研究了结合水对软黏土流变性质的影响。试验结果表明，强结合水含量越大黏性土的粘滞系数反而越少，也就是说流变变形阻力与强结合水含量成反比；若黏性土的含水量超过其最大吸附结合水量时，则含水量变大土体的粘滞系数也随之增大，即弱结合水含量越多流变变形阻力越大。以上试验可以说明，强结合水是黏性土发生流变的主因，弱结合水的影响则相对次要。
2010年，崔德山、项伟等[10]通过Zeta试验、阿太堡试验、比表面积试验和电导率试验，分析计算了经离子土壤固化剂（ISS）处理前后红色黏性土结合水厚度的变化。通过建立黏性土颗粒吸附结合水的模型，推导出计算结合水膜厚度的公式。利用结合水密度、颗粒比表面积和液限含水量，求得加固前后结合水膜厚度的变化。结果表明，经ISS加固后，红色黏性土的塑性指数，Zeta电位和电导率都有不同程度的降低，结合水膜厚度变薄，但黏性土颗粒的双电层结构没有发生变化，因此不能彻底去除红色黏性土中的结合水。
邵玉娴、施斌等[11]为了研究温度对黏性土液塑限、膨胀性和渗透性等性质的影响，以南京三种不同矿物组成的黏性土作为研究对象，在5℃～50℃的条件下，进行黏性土吸附结合水量、液塑限、膨胀性和渗透性等性质的试验。温度升高会使结合水转变为自由水，从而造成黏性土渗透性成倍增大。
2012年，刘清秉、项伟等[12]以河南安阳的弱膨胀性土为研究对象，联合利用等温吸附试验和热失重试验，对颗粒表面吸附的结合水类型进行了判定，通过对比经ISS改良前后，膨胀土中结合水含量及其形态分布的变化，最后借助傅里叶红外光谱仪，基于水分子结构的振动信息，定性验证了结合水类型的界定方法。
王学武[13]以黏性土中结合水膜占据的无效孔隙比对渗透系数的影响为基础，展开研究了黏性土渗流与固结特性，并对水土压力分算与合算进行了深入的探讨，实现了从宏观物理指标推求黏性土的微细观参数，为工程实际应用提供了很大的便利。
2013年，陈琼、项伟等[14]针对黄土滑坡滑带土分别在水蒸气和氮气两种环境下的吸附特性进行试验研究。试验中发现，具有相同质量的土样吸附水蒸气的量比对氮气的吸附量要大，而且利用吸附水蒸气法测定的土颗粒比表面积比氮气吸附法的测量结果大。
2014年，王铁行、李彦龙等[15]以西安Q3黄土作为研究对象，联合采用等温吸附法和热重分析法对其表面吸附的结合水进行类别判定和界限区分，并且研究了不同类型结合水相关的物理力学特性。通过分析试验可以看出，当处于相对湿度低于0.59的环境中，黄土颗粒表面吸附的是强结合水，当处于相对湿度为0.59～0.98的环境中，黄土颗粒表面吸附的是弱结合水。
2015年，吴谦[16]分别选取上海软粘土、天津软粘土以及苏州软粘土作为试验土样，采用容量瓶法和等温吸附法对3种软粘土的结合水含量进行了测定，同时界定了其类型。在此基础之上，通过对重塑土进行大量的蠕变试验，分析了结合水对软粘土蠕变性质的影作用，确定了结合水含量与粘滞系数、次固结系数，还有长期强度之间的相互关系。
3结论 国内工程领域的学者专家们，投入大量的人力物力财力对如何更好地利用和控制黏性土水化分散膨胀的特性进行了研究。在因结合水的存在而引起黏性土结构、物理力学和化学等性质发生变化的方面，取得了重大的突破，同时也解决了很多实际工程当中存在的问题，具有重要的指导意义。
参考文献：
[1]李广信，张丙印，于玉贞.土力学[M].北京：清华大学出版社，2013.
[2]马毅杰，杨德涌.钙钠离子对蒙脱石晶格膨胀的影响[J]. 矿物学报，1981，3：186-191.
[3]邱正松，李健鹰，沈忠厚.泥页岩水敏性评价新方法一比亲水量法研究[J].石油钻采工艺，1999，21（2）：1-13.
[4]張忠胤.关于结合水动力学问题[M].北京：地质出版社，1980.
[5]王平全.用离子交换法确定粘土表面结合水界限[J].西南石油学院学报，2000，22（2）：59-61.
[6]王平全.粘土表面结合水定量分析及水合机制研究[D].四川南充：西南石油学院，2001.
[7]何俊，肖树芳.结合水对海积软土流变性质的影响[J].吉林大学学报（地球科学版），2003（2）：204-207.
[8]何俊.膨润土水化膨胀行为简化计算[J].河海大学学报（自然科学版），2006，34（3）：299-301.
[9]房营光，谷任国.结合水对软黏土流变性质影响的试验研究（英文）[J].科学技术与工程，2007（1）：73-78.
[10]崔德山，项伟，曹李靖，等.ISS减小红色黏土结合水膜的试验研究[J].岩土工程学报，2010（6）：944-949.
[11]邵玉娴，施斌，刘春，等.黏性土水理性质温度效应研究[J].岩土工程学报，2011，33（10）：1576-1582.
[12]刘清秉，项伟，崔德山.离子土固化剂对膨胀土结合水影响机制研究[J].岩土工程学报，2012，34（10）：1887-1895.
[13]王学武. 基于有效孔隙比的粘土渗流固结及水土压力综合算法的研究[D].西安：西安理工大学，2012.
[14]陈琼，项伟，崔德山，等.黄土坡滑坡滑带土氮气与水蒸气吸附试验研究[J].岩土工程学报，2013，35（4）：691-696.
[15]王铁行，李彦龙，苏立君.黄土表面吸附结合水的类型和界限划分[J].岩土工程学报，2014，36（5）：942-948.
[16]吴谦. 软粘土的结合水对其次固结和长期强度的影响及机理研究[D].吉林长春：吉林大学，2015.
作者简介：
刘海伟（1986–），男，新疆乌鲁木齐市，博士，主要从事岩土工程数值分析等方面的研究工作。