长江口细砂毛细水上升高度试验研究
ＦＬＹ
粉煤灰综合利用
ＡＳＨＣｏＭＰＲＥＨＥＮＳＩＶＥＵＴⅡ。ＩＺＡＴＩｏＮ
２伽哆ＮＯ．６
长江口细砂毛细水上升高度试验研究木
Ｔｈｅ
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅＣａｐｉｌｌａｒｉｔｙＷａｔｅｒＲｉｓｉｎｇＨｅｉｇｈｔｏｆＣｈａｎｇｉｉａｎｇＤｅｌｔａＦｉｎｅＳａｎｄ
夏宁，黄琴龙
（同济大学道路与机场工程系，上海２０００９２）
摘要：对路基填料长江口细砂通过室内模拟毛细水上升试验进行研究，为相关工程提供数据支持。通过试验可知：不同细砂含水量对上升高度的影响，毛细水上升高度的含水量分布情况及其上升高度与时问的关系，并最终给出合理的长江口细砂毛细水上升高度的取值范围。
关键词：长江口细砂；毛细水；毛细水上升高度中图分类号：Ｕ４１６．１＋ｌｌ
（Ｔｈｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ
ｔｅｎｔ
文献标识码：Ａ文章编号：１００５—８２４９（２００９）０６—０００３—０３
ＲｏａｄａｎｄＡｉｒｐｏｒｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｏｂｔａｉｎｓｔｈｅｃａｐｉｌｌａｒｙ
ｒｉｓｉｎｇ
Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０００９２，Ｃｈｉｎａ）
ｔｈｒｏｕｇｈ
ｐａｐｅｒ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
ｐａｐｅｒｈｅｉｇｈｔ
ｓｔｕｄｙａｎｄｔｈｅ
ｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔ
ｉｓ∞ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ．Ｕｎｄｅｒ
ｉｓ
ｔｈｅｗａｔｅｒｃｏｎ—
ａｎｄｄｅｇｒｅｅｏｆ
ｔｈｅ
ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ
ｏｆｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇｙａｒｄ．ｗｈａｔｔｈｅ
ｒｉｓｉｎｇ
ｃａｎ
ｏｂｔａｉｎ
ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃａｐｉｌｌａｒｙｒｉｓｉｎｇｈｅｉｇｈｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
ｔｈａｔｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅ－
ｔｗｅｅｎｒｉｓｉｎｇ
ｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ
ａｎｄｔｈｅｃａｐｉｌｌａｒｙ
ｔｈｅ
ｈｅｉｇｈｔ，ｔｈｅ
ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ
ｗｉｔｈｄｅｐｔｈａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎ
ｔｉｍｅ
ａｎｄｔｈｅｃａｐｉｌｌａｒｙ
ｈｅｉｇｈｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ
ｄｅｆｉｎｉｔｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｏｆｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ．ｔｈｅｒｅｌｉａｂｌｅｂａｓｉｓｃｍｂｅｐｒｏｖｉｄｅｄｆａｒｔｈｅｒｅｌａｔｅ
ｗａｔｅｒ
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇｄｅｌｔａｆｉｎｅｓａｎｄ；ｃａｐｉｌｌａｒｙｗａｔｅｒ；ｃａｐｉｌｌａｒｉｔｙ
ｒｉｓｉｎｇｈｅｉｇｈｔ
地处长江口崇明岛的崇明至启东长江公路通道工程（上海段）是国家高速公路网中上海至西安高速公路的重要组成部分，也是长三角高速公路网规划的城
际通道，同时，上海长江隧桥与崇启通道共同组成沪（崇）苏通道，是在长江口一条完整的上海经崇明至江
毛细管试验仪：有机玻璃管内径１０ｃｍ、壁厚２ｒａｍ
左右。管顶无盖，但可以通过铺盖保鲜膜控制通气。
底座上配有橡皮垫。若两根管相接，还有联结接口和螺栓。其它：盛水盆、电子秤、烘箱、漏斗、捣棒等。１．２试验步骤
（１）将从长江口取回来的细砂放入烘箱中烘料ｌｄ，以使砂料中的水分完全烘干。（２）将砂样取出，自然冷却后按照３％、４％、１０％、１３．５％含水量配置试件，将其配置好的砂样闷料２４ｈ以便水分在砂样中分布均匀。闷料后在砂样中分散取若干点做该含水量试件的平均含水量试验。（３）将３％含水量的砂样（其他含水量相同做法）以５００９砂样为一层，用漏斗倒入有机玻璃管中，采用人工击实，每层击实２７次，达到要求压实度。（４）当试样达到１４０ｃｍ高度时停止加入试样，此时试件成型完成，在有机玻璃管最上端套上保鲜膜以防止试样水分蒸发损失。（５）将试验试件放人置
苏的越江通道。该工程在路堤填料的选择方面，考虑
崇明岛土源匮乏，而工程靠近海边，离码头不远，运输便捷，结合细砂具有水稳性好、沉降均匀，施工时受水和不利季节的影响小等特点，故拟考虑采用长江口细
砂作为路堤填料。为确定路基设计时道路的湿度状
况，就需要对填料的毛细水上升高度等情况进行掌握，而国内一些相关文献，关于长江口细砂的毛细水上升
高度试验研究基本上没有，故有必要结合工程路基压
实度要求进行毛细水上升高度的试验研究。１试验设计
１．１试验仪器
’上海市科委科研项目：绿色两型（资源节约型环境友好型）公路建设关键技术研究
收稿日期：２００９一ｃｒ７—０８
于水槽中的盛水盆中，通过调节水龙头水流速来保持盛水盆中液面稳定。采用直接观测法来观测毛细水上
升高度。（６）待肉眼观测到的毛细水上升高度稳定以后，将试件取出。从上到下，从１４０ｃｍ处往下每５ｃｍ
・３・
万方数据
２∞９
Ｎｏ．６ＦＬＹ
粉煤灰综合利用
ＡＳＨＣｏＭＰＲＥＨＥＮＳＩＶＥＵＴⅡｊＩＺＡＴＩｏＮ
取砂样进行含水量试验。本试验中若测得某高度处含水量高于本试件平均含水量置信区间上限时此高度处在毛细水影响区内，即当某高度测得含水量位于试件平均含水量置信区间或低于下限时表示毛细水没有上升到此高度。
１．３试验步骤说明
（１）本试验主要是为崇启高速公路毛细水上升高
度提供依据，干燥细砂不易击实，施工现场通常拌合一定水分使细砂具有一定含水量再进行击实，本试验所配置含水量为３％、４％、１０％、１３．５％，其中３％为初定施工含水量，１３．５％为最佳含水量。
（２）分层砂样质量根据《公路土工试验规程》（ＪＴＪ０５１－９３）中击实试验相关说明，每层用砂５００９…。
（３）本试验项目背景为崇启高速公路，其压实标
准如表ｌ。通过击实试验，确定在击实２７次时试件压实度是满足要求的，超过２７次击实时，压实度偏大，与实际道路工程中不相符，故选取击实次数为２７次。
表１
高速公路压实标准
（４）本次试验中初始含水量１０％及以上初始含水量试件由于含水量比较高，试件毛细水上升高度肉眼直接观测比较有困难，根据初始含水量３％试件的毛细水上升高度的稳定时间，确定将试件置于水中３～４ｄ的时间做为毛细水上升高度稳定时间。２试验结果分析
２．１毛细水上升高度与时间的关系
为了得到毛细水上升高度与时间的关系，试验过程如下：将试件置入水中后，等到试件内可视毛细水高度与盛水盆液面相平时开始计时，前３ｈ每０．５ｈ测一
次毛细水上升高度，后面再按ｌｈ测一次数据（具体次
数可视情况而定）。之后，一直到肉眼观测到毛细水上升高度稳定后再每天随机取几个时间点去观测一次。
由图ｌ、２可看出：毛细水上升速度基本上都是先快后慢，速度逐渐减慢。分析认为：根据毛细水上升相
．４．
万方数据
关理论‘２ｌ，本试验中，忽略气压势，仅考虑基质势和重
力势。在毛细水上升高度不高的情况下，由于基质吸
力做功远大于水分重力势，所以毛细水上升速度较快；但随着高度的上升，重力势逐渐增加，则基质吸力做的
功减少，上升的速度就逐渐变慢。
蓁一｜｜｜｜
图１
初始含水量３％毛细水图２初始含水量４％毛细水
上升时间图
上升时间图
含水量的关系
｜｜｜｜
嚣ｍ引引≈
≤一
｜ｆ｛∞
啬
蛳嚣虿ｉ引引≮
ｉ０１０．０
ｌ置０瓤０
２Ｓ０
含水量一
图３初始含水量３％毛细水
图４初始含水量１０％毛细水
上升高度含水量分布
上升高度含水量分布
鬟
赛：
Ｏ
图５初始含水量１３．５％毛细水上升高度含水量分布
由图３、４、５可看出：（１）在毛细水上升到一定高２．２毛细水上升高度含水量分布情况及与试件初始
度后，含水量随高度的增加在一定范围内波动。初始含水量３％和４％试件的毛细水上升高度肉眼观测稳
定值都在８１ｃｎｌ左右，可以确定８１ｅｒａ以下为毛细水上
升强烈区，而土体含水量越高，其毛细水上升高度因为毛细力的减弱而相对较低，故也可以确定其他初始含水量试件的强烈毛细水上升区在８１ｅｍ以下。为确定毛细水上升高度的区间，本试验中若测得某高度处含
水量高于本试件平均含水量置信区间上限时此高度处
粉煤灰综合利用
ＦＬＹＡＳＨ
ＣｏＭ【ＰＲＥＨＥＮＳⅣＥ
ＵＴＩＬＩＺＡＴＩｏＮ２∞９
ＮＯ．６
在毛细水影响区内，即当某高度测得含水量位于试件
平均含水量置信区间或低于下限时表示毛细水没有上升到此高度。为使毛细水影响减小，取离开８１ｃｍ一段距离的１００ｃｍ处为界，１００ｅｍ～１４０ｃｍ含水量数据为样本来确定平均含水量（平均含水量为此高度段试
料在闷料之后，再次对试料进行含水量测试所得）的
置信区间。其中，置信水平为９５％。得到结果见表２、
３、４。
表２初始含水量３％试件
高度含水量／％平均含水量／％标准差平均含水量置信区间／％
２
６
２９３Ｏ２５２９２
９
２９３２２９
２７
表３初始含水量１０％试件
高度含水量／％平均含水量／％标准差平均含水量置信区间／％
８
３
８ｌ８
４
８６８８
Ｏ
Ｉ
笱
∞鲐∞筋∞：２
９ｌ９２９３
ｍ：兮∞
９９
表４初始含水量１３．５％试件
高度含水量／％平均含水量／％标准差平均含水量置信区问／％
８．１
ｌＯ．Ｏ
９．８ｌＯ．２１１．１
１４．１
∞弘如笛加：２
ｌＯ．２
ｌＯ．５
１０．０
ｍ：兮∞
１０．６
通过表２、３、４以及毛细水上升高度含水量分布可
万方数据
知，初始含水量３％试件８５ｃｍ处含水量为３．１％，８０ｅｍ处为５．８％，即毛细水上升高度为８０ｅｒａ一８５ｃｍ；
初始含水量１０％试件６５ｅｒａ处含水量为１１．Ｏ％，６０ｃｍ
处为１１．６％，即毛细水上升高度为６０ｅｍ一６５ｅｒａ；初始含水量１３．５％试件５０ｃｍ处含水量为１５．Ｏ％，４５ｅｍ处为１８．０％，即毛细水上升高度为４５ｅｍ一５０ｅｍ。
由毛细水上升高度可以看出，其随着初始试件含水量的升高而有所降低。
分析认为：毛细水上升高度受含水量影响，随含水
量的增高，毛细作用力减弱，故上升高度要有所下降。
（２）３个砂样的共同特点：自盛水盆水位向上含水量逐渐少，但在某一定高度后含水量又有所增加，再向
上时含水量又逐渐减少。图３、４、５中含水量上升的高
度基本上都是在３０ｅｒａ一５０ｅｒａ高度处。
分析认为：此现象可以用土层中毛细水带理论口１
来解释：自盛水盆水位开始到含水量上升时是正常毛细水带与毛细网状水带，随着水位的上升含水量逐渐
减少，若水位急速下降，毛细网状水带中含水量也会急
速下降；而含水量有所增加时，这时是毛细悬挂水带，其增加的含水量主要是上部水分由于重力的作用而向下运动产生的。３结语
（１）通过试验，得到了一定初始含水量下的毛细
水上升高度。初始含水量３％的试件毛细水上升高度为８０ｃｍ～８５ｅｒａ；初始含水量１０％试件的毛细水上升高度在６０ｅｒａ～６５ｅｍ；初始含水量１３．５％试件的毛细水上升高度在４５ｃｍ～５０ｃｍ。综上，毛细水上升高度的
范围在４５ｅｒａ一８０ｃｍ，因其填料含水量不同则其高度范
围相应调整。（２）含水量基本上是随高度的升高而降
低的，当进入毛细悬挂水带【４１时，含水量可能会有所增加，但总趋势是减少的。
参考文献
［１］ＪＴＪ０５１—９３，公路土工试验规程［ｓ］．［２］
王铁行，李宁，谢定义．非饱和黄土重力势、基质势和温度势探讨［Ｊ］．岩土工程学报，２００４，９．
［３】
高大钊，袁聚云．土质学与土力学（第三版）［Ｍ］．北京：人民交通出版社。２００１．
［４］李锐，赵文光，陈善雄．基于ＧＥＯ—ＳＬＯＰＥ的膨胀土路基毛细水上升分析［Ｊ］．华中科技大学学报（城市科学版）．２００６．５：３６－３９．
・５・