非饱和土中弯液面形态与液桥力的分子动力学模拟

非饱和土复杂宏观力学特性源自其微观上固液气三相的相互作用。而微观尺度弯液面形态及液桥力的变化规律难以直接通过试验获得,这在一定程度上限制了非饱和土力学的发展。本文采用分子动力学模拟研究了正长石、α石英和高岭石3种矿物间毛细水弯液面形态和液桥力随含水量、固相矿物间距等因素的变化规律。结果表明:当毛细水体积相同时,弯液面接触角随固相矿物间距的增大而增大,基质吸力随之减小;当固相矿物间距不变时,毛细水体积的增大不会引起弯液面接触角和基质吸力的变化;异种固相矿物间弯液面接触角明显大于任一单种固相矿物间弯液面接触角;纳米尺度的液桥可认为仍服从Young Laplace控制方程,液桥力可基于弯液面圆弧假定进行理论计算,结果与分子动力学模拟值非常接近。从分子动力学模拟获得的微观尺度力学规律可很好解释非饱和土的宏观力学特性。