滤纸法量测土中吸力，最早由Gardner（1937）提出，此后许多学者对滤纸法进行了大量研究（Harrison和Blight，1998；Ophori和Maharjan，2000；沈珍瑶和程金茹，2001；徐捷等，2000；王钊等，2003；Leong等，2002；Rifat和Warren，2005，等）。滤纸法为间接测量吸力的方法，成本低、操作简单，可用于量测很大范围的吸力值。滤纸法可测定土的总吸力和基质吸力。滤纸在密闭空间能够同具有一定吸力的土达到水分或水蒸气的交换平衡，滤纸法测吸力即是建立在这一条件基础上的。土中吸力反映土中水的自由能状态，平衡后滤纸中的水与土体中的水具有相等的自由能状态，因此通过量测平衡后滤纸的含水率，再通过预先率定的滤纸吸力与滤纸含水率关系曲线，可计算出平衡后滤纸所对应的吸力，即可推测出土体的吸力。
滤纸法分为接触法和非接触法两种。当干的滤纸放在土样上，与土样直接接触时，水分便从土流入滤纸，平衡时滤纸含水率对应的吸力相当于土的基质吸力；当干的滤纸悬置于土样上方，即不直接接触土样时，水蒸气通过吸附作用进入滤纸，达到水分平衡时，滤纸含水率对应的吸力相当于土的总吸力。接触法较适宜于量测含水率高、吸力较低的土样，非接触法较适宜于测量大于1000kPa的高吸力值土样。
接触法对高吸力土样的测量精确度不高，因为此时水与土粒结合得很紧密，液态流动不明显，水的传送以蒸汽运输为准。试验证明，此时测出的吸力很可能是总吸力，而不是基质吸力。非接触法不适合测量低吸力土样，因为量测过程中可能存在水汽和温度不平衡，造成在低吸力范围非接触式滤纸的含水率对吸力的变化反应敏感度减小。
1.3.2.1 滤纸法率定曲线
滤纸率定曲线的准确性直接影响到滤纸法测量吸力的试验结果，滤纸法的率定技术可参照标准（ASTM D 5298-94，1997）执行。滤纸的率定是通过建立滤纸的含水率与吸力之间的关系来确定的，主要有两种方法：一种方法是利用已知渗透吸力的盐溶液与滤纸达到平衡时的含水率来加以建立；另一种方法则是借助压力板仪、密封的容器和高精度天平等设备来确定。同一品牌滤纸的率定曲线是相同的。国际常用的两种滤纸商标是Whatman No.42和Schleicher&Schuell No.589，实验室常用的为55 mm直径的圆形滤纸。国产滤纸中，杭州新华造纸厂生产的“双圈”牌滤纸应用最为广泛。国内学者对其率定曲线也做了大量的研究，蒋刚等（2000）应用压力膜吸力仪得到了“双圈”牌滤纸脱湿过程和脱湿-吸湿过程的率定曲线；程金茹等（2002）采用相对湿度控制吸力技术（饱和盐溶液法）得到了“双圈”牌滤纸的率定曲线；王钊等（2003）对“双圈”牌滤纸的率定过程和率定曲线进行了分析研究，总结了影响滤纸法测吸力试验测量结果的重要因素。
许多学者测定了Whatman No.42滤纸的率定曲线（Al-Khafaf和Hanks，1974；Hamblin，1981；Chandler和Gutierrez，1986；Houston等，1994；Deka等，1995；Leong等，2002），其中较有代表性的为Leong等（2002）的率定曲线，如图1.19所示，该率定曲线由起始状态为干燥的滤纸率定得到。可以看出，基质吸力与总吸力的率定曲线是不同的。总吸力的率定曲线在较低吸力范围对含水率不是很敏感。McQueen和Miller（1968）指出滤纸的率定曲线通常由两个直线段组成。在较高的滤纸含水率范围，主要是靠毛细作用力保持水分；在较低滤纸含水率范围，主要靠滤纸内的吸附水膜保持水分。
图1.19 Whatman No.42滤纸总吸力与基质吸力的率定曲线（Leong等，2002）
式（1.12）和式（1.13）是Leong等（2002）得到的Whatman No.42滤纸的率定曲线方程，其中基质吸力：
式中 s和ψ——基质吸力和总吸力，kPa；
wF——滤纸的含水率。
Agus（2005）指出，Leong等（2002）及其他一些学者在进行Whatman No.42滤纸率定曲线测试试验中，所得试验点有一定的离散性。为此，进行了测量吸力与滤纸含水率的试验，得到了Whatman No.42滤纸的率定曲线，如图1.20所示，图中“·”为用直径为55mm的滤纸测得的试验点，吸力在1～1500kPa区间，采用压力板法（轴平移技术）；吸力在1500～1000000kPa区间，采用蒸汽平衡技术，测试方法如图1.21所示。点画线为由试验点拟合得到的不接触滤纸法即总吸力的率定曲线，细实线为由试验点拟合得到的接触滤纸法即基质吸力的率定曲线，虚线为用ASTM D 5298—94标准（ASTM，1997）量测得到的Whatman No.42滤纸的率定曲线。用从直径为55mm的滤纸上剪下来的直径为25mm的滤纸重复进行试验，得到的试验点与55mm的相同，图1.20中用“○”标识。
图1.20 Whatman No.42滤纸的率定曲线（Agus，2005）
量测吸力时可以采用起始为干的滤纸，也可采用起始为湿的滤纸，但需建立相应的率定曲线，因为滤纸在浸湿和干燥过程中含水率与吸力间关系有滞回现象（Leong等，2002）。滤纸测基质吸力时，初始干燥的滤纸比浸湿的滤纸对含水率变化更为敏感，而测量总吸力时，滤纸的初始干燥状态没有影响。因此测基质吸力时，应优先使用起始为干的滤纸。同一品牌的滤纸可以认为是完全相同的，即该品牌的所有滤纸均具有相同的率定曲线。测量时所用的滤纸应与率定时所用的滤纸规格相同。
图1.21 滤纸总吸力率定曲线的测定方法示意图
1.3.2.2 实验仪器、材料
滤纸法测吸力所需实验仪器、材料如下：
（1）恒温恒湿箱，工作温度波动≤±0.1℃。
（2）高精度电子天平，精度为0.0001g，称量范围为200g。
（3）烘箱，控制温度105℃±5℃。
（4）密封容器。
（5）滤纸，型号为Whatman No.42。
（6）干燥器、镊子、塑料手套及支架等。(www.xing528.com)
1.3.2.3 试验步骤
滤纸法测吸力试验步骤如下：
（1）烘干滤纸。试验前先将Whatman No.42滤纸放入无盖铝盒内，并在铝盒上方放一张防灰尘的普通滤纸，再放入烘箱内。烘箱温度设置为105℃±5℃，烘干12h。以确保滤纸干燥，冷却后放干燥器中储存。
（2）装样。按目标含水率、干密度制备试样，称重、量测试样尺寸。按图1.22（a）的方式组装完成后快速将其装入密封容器密封，如图1.22（b）所示。上下两个试样将烘干后的3张滤纸紧紧地夹住，以确保滤纸与试样紧密接触，得到精确的基质吸力值。当中的一张用来测量基质吸力，外层的两张主要用于保护当中滤纸不受来自土的污染。在试样的顶面放入一环状支撑物，在其上放置两片滤纸，使其不与试样接触，用于测量试样的总吸力。为减小平衡所需时间，试样尽量装满容器。将密封容器置于恒温恒湿的环境，如图1.22（c）所示，放置7～10d等待容器内的土与滤纸之间的水汽交换趋于稳定平衡。平衡时间视土的性质而定。
图1.22 滤纸法测吸力示意图（Agus，2005；Blight，2013）
（3）测量。达到平衡后，打开密封容器，用镊子小心且快速地将滤纸逐一取出，迅速放在电子天平托盘上，在3～5s内测量滤纸的质量，以减少周围大气对滤纸质量的影响。因滤纸试验对精度要求很高，采用高精度电子天平（图1.23）称重，精度为0.0001g。将滤纸放入105℃±5℃的烘箱内烘干，放入干燥器待冷却后再称重，称重过程同样要迅速。根据滤纸的干质量和湿质量便可计算得到平衡时滤纸的含水率。根据滤纸的率定曲线可求得平衡时滤纸的吸力值，也即得到试样的吸力。其中与试样接触的3张滤纸当中的一张是最重要的，应准确测量其含水率，以得到试样的基质吸力。另外两张测总吸力的滤纸含水率相近，取平均吸力值为试样的总吸力。试验结束后测量试样的体积和质量以及烘干后的质量，以得到试样的含水率、孔隙比和饱和度等指标。
1.3.2.4 滤纸法量测吸力试验实例
表1.3 列出了对Kunigel V1钠基膨润土试样用滤纸法测吸力试验平衡前后的各项试验指标。
图1.23 FA2004N型高精度电子天平
表1.3 滤纸法测膨润土吸力试验情况表（孙文静，2009）
续表
注 w0为试样初始含水率；w为平衡后试样的含水率；Sr为平衡后试样的饱和度；e为平衡后试样的孔隙比；wF为滤纸含水率。
如图1.24所示为滤纸法测得的Kunigel V1钠基膨润土的土-水特征曲线。图1.24（a）为不同孔隙比时饱和度与吸力间的关系曲线。由图1.24（a）可见，饱和度与吸力间关系曲线在吸力为2700kPa左右发生转折，当吸力小于2700kPa时，饱和度随吸力减小而迅速增大。同时，随着孔隙比的减小，饱和度与吸力间的关系曲线向右移动。这是因为孔隙比减小，密实度增大，试样的进气值也会相应的增大。如图1.24（b）所示为不同孔隙比时含水率与吸力间的关系曲线，该图表明了干密度或孔隙比对含水率与吸力间的土-水特征曲线影响不大。
竹内真司等（1995）也指出含水率与吸力间的土-水特征曲线对干密度的依赖性较小，所以直接对膨润土粉末进行吸力量测。Tang等（2002）研究了不同干密度下膨润土的总吸力与含水率的关系，也表明土-水特征曲线主要与含水率有关，而与干密度无关。本节中所列举的滤纸法测吸力试验实例也证明了这一点。从表1.3中可以看出，No.3和No.4两试样孔隙比不同，分别为1.99和1.44，但含水率却基本相同，用滤纸法测得的吸力值相近。No.8和No.15两试样也证明了这一点。No.5和No.6两试样虽然孔隙比相等，但因含水率不同，测得的吸力值相差较大。Romero和Vaunat（2000）、Lloret等（2004）和Villar等（2005）研究了膨润土的土-水特征曲线与干密度的关系。研究表明，在高吸力段土-水特征曲线与干密度关系不大，在接近饱和状态时，土-水特征曲线会受试样本身的物理指标的影响，即初始干密度越大，试样孔隙比越小，饱和时的含水率就越小。
图1.24 滤纸法测得Kunigel V1钠基膨润土的土-水特征曲线（孙文静，2009）
1.3.2.5 滤纸法存在的问题
滤纸法量测吸力技术因成本低、操作方便、量测范围大等优点而有着广泛的应用，常用于实验室的吸力量测，在现场也可作为一种参考或辅助的工具，用来反映现场吸力的变化规律。但该技术也存在许多局限性，具体如下：
（1）人为因素影响较大。操作人员的态度、操作规范及熟练程度、技术水平等因素均会直接影响滤纸法量测的准确度。
（2）对测试环境因素要求较高。整个平衡过程中需保持温度大致不变，在滤纸称重时，实验室气流尽量保持平稳。
（3）平衡时间较长。滤纸测吸力时，若使用初始干燥的滤纸，平衡时间一般需7～10d；若初始为湿滤纸，平衡时间一般要21～25d。
（4）接触法测基质吸力时，滤纸与土体的良好接触较难保证。
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