风积沙毛细水上升高度实践成果

对塔克拉玛干沙漠腹地风积沙和古尔班通古特沙漠腹地风积沙进行的风积沙毛细水上升试验方法和结果如下：

5.1.3.1　试验设备及方案

（1）试验设备。采用内径为4cm、壁厚为3cm、高度为1m的有机玻璃毛细管试验仪。

（2）试验方案。采用直接观察法。将压实度为90%、95%、98%的沙样分别装入毛细管试验仪，用捣棒不断振捣以使其密度均匀，毛细管的下端用纱布和铜丝网包裹，将装入沙样的毛细管放入水槽中，管底放置透水石，在试验过程中保持水槽的水面高度不变。注入水后立即观察水的上升高度。观测时间为5min、10min、20min、30min、60min，以后每隔数小时观察一次，直到稳定为止。

5.1.3.2　试验结果及分析

沙样1（塔克拉玛干沙漠腹地风积沙）和沙样2（古尔班通古特沙漠腹地风积沙）的毛细水上升高度如图5-2所示。

从图5-2可以看到，两种沙样的毛细水上升高度随密实度的增大而增大，这是因为沙样的孔隙比与密实度成反比，孔隙比随着密实度的增大而减小，沙样中的孔隙体积也随之减小，相应地沙样中毛细管的半径减小，由式（5-1）

可得

式中　hc——毛细水上升高度；

　　　T——表面张力；

　　　α——表面张力与毛细管壁的夹角；

　　　r——毛细管半径；

　　　γw——水的容重。

由式（5-2）可知，毛细水上升高度与毛细管半径成反比。因此沙样的毛细水上升高度随密实度的增大而增大。(www.xing528.com)

从图5-2还可以看到，沙样2的毛细水上升高度要比沙样1大。分析认为，两种沙样的粒径分布不同，粒径小于0.074mm的颗粒在沙样1中占9.3%，在沙样2中占3.4%，更多的小颗粒使沙样1的毛细管贯通性较差，水分上升时遇到的阻碍相对较大，结果导致在相同压实度的情况下，沙样2的毛细水上升高度比较大。

图5-2　毛细水上升高度

沙样1和沙样2的毛细水上升高度与时间的关系见表5-4、表5-5和图5-3、图5-4。

表5-4　沙样1毛细水上升高度与时间关系表

表5-5　沙样2毛细水上升高度与时间关系表

（续表）

图5-3　沙样1毛细水上升高度与时间的关系图

图5-4　沙样2毛细水上升高度与时间的关系图

从表5-4、表5-5和图5-3、图5-4可以看到，两种沙样的毛细水上升高度随时间的增长而增大，且初期上升较快，中后期上升较慢。分析认为，初期时毛细管内的水柱的重量和水柱与毛细管壁的摩擦力较小，在液面表面张力的作用下提升较快，随着水柱的重量和水柱与毛细管壁的摩擦力增大，毛细水上升速度变小。