隨著(zhù)近年來(lái)土壤污染的頻發(fā)，表面活性劑作為一種常用淋洗劑，因其少量高效的修復效果，在污染土壤淋洗修復技術(shù)中得到了越來(lái)越廣泛的應用。表面活性劑的加入在顯著(zhù)改善土體性質(zhì)的同時(shí)，也使水的氣—液界面張力（表面張力）發(fā)生了明顯變化，在利用表面活性劑對土壤進(jìn)行改性時(shí)，少量的表面活性劑就會(huì )大幅降低水的表面張力。另一方面，再生水灌溉在水資源緊缺的地區有普及的趨勢，它能很好地解決區域水資源短缺的問(wèn)題，再生水中的多種元素還能提高農業(yè)產(chǎn)量。但再生水中會(huì )含有污水中未被處理完凈的有機物質(zhì)，有研究發(fā)現，有機化合物加入水中也會(huì )改變水的表面張力。再生水灌溉后土壤中混入的有機物會(huì )改變土壤的力學(xué)性質(zhì)，對土壤的物理性質(zhì)造成影響。

由此可見(jiàn)，表面活性劑和有機化合物的加入會(huì )使孔隙水的表面張力發(fā)生明顯變化，而界面特性的三大方程，即Young方程、Laplace方程和Kelvin方程均與表面張力有關(guān),表面張力改變會(huì )使得表層土壤的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，而表層土壤最顯著(zhù)的特性就是收縮開(kāi)裂，因此，表面張力的變化勢必會(huì )對土壤的收縮開(kāi)裂造成影響。

不同表面張力下土壤收縮開(kāi)裂裂隙度

考慮到自然環(huán)境的復雜多變性，土體一般要經(jīng)歷多次干濕循環(huán)。干濕循環(huán)會(huì )引起土—水特征曲線(xiàn)的滯回效應，在相同的含水率條件下，吸濕和脫濕所對應的基質(zhì)吸力不盡相同，而導致干濕循環(huán)滯回效應的一個(gè)最重要因素就是接觸角的改變。在球體顆粒模型基礎上提出了張力吸力的概念，分析了基質(zhì)吸力與張力吸力隨接觸角變化規律，并從理論上合理地解釋了“隨著(zhù)土變干，飽和度對土的強度作用減弱”的試驗現象；對吸濕與脫濕過(guò)程中引起非飽和土的土—水特征曲線(xiàn)滯后性質(zhì)進(jìn)行機制分析，認為接觸角的差異是造成土—水特征曲線(xiàn)滯后效應的主要原因，而接觸角與表面張力又是密不可分的。土壤在脫濕過(guò)程中，含水率不斷降低，連接土壤顆粒的液橋體積減少，基質(zhì)吸力變大，當達到土壤開(kāi)裂的臨界基質(zhì)吸力時(shí)，土壤顆粒間的液橋將破裂，從而土壤產(chǎn)生裂隙。從細觀(guān)的角度來(lái)看，土壤中的基質(zhì)吸力是由液橋的表面張力所引起的，表面張力的改變會(huì )影響液橋斷裂的程度和時(shí)間點(diǎn)，從而影響干濕循環(huán)條件下的土壤收縮開(kāi)裂特性。土壤收縮開(kāi)裂破壞了土壤原有的結構，會(huì )引發(fā)優(yōu)先流，而裂隙則會(huì )成為灌溉水和雨水的優(yōu)先路徑；收縮開(kāi)裂還會(huì )改變土壤中水分和養分的正常運移，嚴重則會(huì )造成地下水污染、阻礙農業(yè)灌溉、影響農業(yè)產(chǎn)量等問(wèn)題。隨著(zhù)全球環(huán)境變化的影響，土壤和水污染問(wèn)題會(huì )越來(lái)越多，越來(lái)越典型。表面張力對水—氣界面的影響明顯，可以肯定對土壤開(kāi)裂的性質(zhì)也有重要影響，因此，有必要從表面張力的角度對干濕循環(huán)下的土壤收縮開(kāi)裂特性進(jìn)行深入研究，對農業(yè)灌溉和環(huán)境保護方面也將具有重要的理論和實(shí)際指導意義。

在兩種控制溫度條件下，對三種孔隙水表面張力不同的土樣開(kāi)展了一系列的干濕循環(huán)試驗，分析了溫度和表面張力因素對土樣裂隙發(fā)育過(guò)程及最終裂隙度的影響，得到如下結論：干濕循環(huán)對土樣裂隙發(fā)育有一定影響，隨著(zhù)干濕循環(huán)次數的增加，試樣的最終裂隙度有所增加，但增長(cháng)幅度不大；干濕循環(huán)次數越多，相同含水率下對應的收縮開(kāi)裂裂隙度越大；相同裂隙度對應的時(shí)間隨循環(huán)次數增多而減小。溫度對土壤的收縮開(kāi)裂有直接影響。溫度越高，土樣出現裂隙的初始時(shí)間就越短，對應的初始臨界含水率也越高，土樣的收縮開(kāi)裂發(fā)育程度越高，最終收縮開(kāi)裂裂隙度δ也相應越高。在相同含水率的情況下，高溫環(huán)境中脫濕的試樣表面裂隙發(fā)育也明顯增加。表面張力對土壤收縮開(kāi)裂有明顯的制約作用。表面張力增大，會(huì )使土樣的曲率半徑變小，從而增大基質(zhì)吸力，間接對土樣的裂隙發(fā)育產(chǎn)生影響。土樣的表面張力越大，其裂隙發(fā)育程度越高，對應的最終δ也就越大；表面張力越小的試樣其最終δ越小，但在土樣表面裂隙發(fā)展過(guò)程中，相同含水率或者相同脫濕時(shí)間時(shí)，表面張力小的試樣裂隙度有可能高于表面張力較大的試樣。