隨著近年來(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(fù)效果，在污染土壤淋洗修復(fù)技術(shù)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。表面活性劑的加入在顯著改善土體性質(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(duì)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(qū)有普及的趨勢(shì)，它能很好地解決區(qū)域水資源短缺的問(wèn)題，再生水中的多種元素還能提高農(nóng)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(jī)物質(zhì)，有研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)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(jī)物會(huì)改變土壤的力學(xué)性質(zhì)，對(duì)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(jī)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，而表層土壤最顯著的特性就是收縮開(kāi)裂，因此，表面張力的變化勢(shì)必會(huì)對(duì)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(fù)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—水特征曲線的滯回效應(yīng)，在相同的含水率條件下，吸濕和脫濕所對(duì)應(yīng)的基質(zhì)吸力不盡相同，而導(dǎo)致干濕循環(huán)滯回效應(yīng)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(chǔ)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(guī)律，并從理論上合理地解釋了“隨著土變干，飽和度對(duì)土的強(qiáng)度作用減弱”的試驗(yàn)現(xiàn)象；對(duì)吸濕與脫濕過(guò)程中引起非飽和土的土—水特征曲線滯后性質(zhì)進(jìn)行機(jī)制分析，認(rèn)為接觸角的差異是造成土—水特征曲線滯后效應(yīng)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(dāng)達(dá)到土壤開(kāi)裂的臨界基質(zhì)吸力時(shí)，土壤顆粒間的液橋?qū)⑵屏?，從而土壤產(chǎn)生裂隙。從細(xì)觀的角度來(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(jié)構(gòu)，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(yǎng)分的正常運(yùn)移，嚴(yán)重則會(huì)造成地下水污染、阻礙農(nóng)業(yè)灌溉、影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)量等問(wèn)題。隨著全球環(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(duì)水—?dú)饨缑娴挠绊懨黠@，可以肯定對(duì)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(duì)干濕循環(huán)下的土壤收縮開(kāi)裂特性進(jìn)行深入研究，對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉和環(huán)境保護(hù)方面也將具有重要的理論和實(shí)際指導(dǎo)意義。

在兩種控制溫度條件下，對(duì)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(yàn)，分析了溫度和表面張力因素對(duì)土樣裂隙發(fā)育過(guò)程及最終裂隙度的影響，得到如下結(jié)論：干濕循環(huán)對(duì)土樣裂隙發(fā)育有一定影響，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，試樣的最終裂隙度有所增加，但增長(zhǎng)幅度不大；干濕循環(huán)次數(shù)越多，相同含水率下對(duì)應(yīng)的收縮開(kāi)裂裂隙度越大；相同裂隙度對(duì)應(yīng)的時(shí)間隨循環(huán)次數(shù)增多而減小。溫度對(duì)土壤的收縮開(kāi)裂有直接影響。溫度越高，土樣出現(xiàn)裂隙的初始時(shí)間就越短，對(duì)應(yīng)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(yīng)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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)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。