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浅谈水对岩土体的作用原理在国内外已有研究成果的基础上，从岩体结构，结构面发育程度、结构面性状，结构面充填物等方面阐述了水对岩石强度的影响机理和地下水对地面沉降、边坡稳定影响的机理。
标签：岩土体强度沉降渗透稳定1水对岩石强度的影响（1）自然界中的岩石是一种存在着大量微观裂隙等缺陷的非均质不连续体，由于这些裂隙的存在，在水压力的作用下，水会渗透到岩石裂隙中成为孔隙自由水，水成为影响岩石力学性质的重要因素。
岩体中褶皱、断层、层理、节理等非连续面的存在，使得岩石成为一种非均匀性材料，内部强度差异显著。
岩石内部含有大量孔隙和微裂隙，当岩石中的含水状态处于饱和时，饱水后岩石作为一种特殊多孔饱和的流体混合物，大量存在于岩层中。
岩石在饱水状态下，水流充满孔隙和微裂隙，岩石的许多力学特征因此发生了改变。
岩石内部的软弱面成为主要的透水通道，而水对岩石活动产生了重大影响，同时影响到岩石强度。
（2）存在于岩石中的水的状态一般主要有结合水和重力水，这两种状态的水对岩体的影响是是不同的。
①结合水对岩石主要有连结作用、润滑作用和水楔作用。
连结作用：将矿物颗粒拉近、接紧，起连结作用。
润滑作用：可溶盐溶解，胶体水解，使原有的连结变成水胶连结，导致矿物颗粒间连结力减弱，摩擦力减低，水起到润滑剂的作用。
水楔作用：当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸着力将水分子拉到自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入。
②重力水对岩石力学性质的影响主要表现在孔隙水压力作用和溶蚀、潜蚀作用。
孔隙压力作用：孔隙压力，減小了颗粒之间的压应力，从而降低了岩石的抗剪强度，使岩石的微裂隙端部处于受拉状态从而破坏岩石的连结。
溶蚀-潜蚀作用：岩石中渗透水在其流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走，有时将岩石中小颗粒冲走，使岩石强度大为降低，变形加大。
因此在修建受地下水影响的工程时，从设计到施工都要充分考虑水对岩土体的影响。
浅析地下水对岩土工程的不利影响地下水是地球上的重要水资源之一，它广泛存在于地下的岩土层中。
地下水对岩土工程的不利影响也是一个不可忽视的问题。
本文将从几个方面进行浅析，讨论地下水对岩土工程的不利影响。
1. 岩土层稳定性的影响：地下水的存在会改变岩土层的物理性质，使其饱和状态下的强度和刚度明显下降。
特别是在粘性土或细粒土中，地下水的渗流会引起颗粒间的分离，从而导致土体的液化和失稳。
地下水的渗流还可能引发岩土层内大规模的涌水，增加地下水位，造成坡体滑坡、沉降和地面塌陷等灾害。
2. 地基沉降的影响：地下水位的变动会引起岩土层的压缩和膨胀，从而导致地基沉降。
当地下水位下降时，岩土层会由于失水而产生脱水收缩，致使地面下陷；相反，当地下水位上升时，岩土层会吸水膨胀，造成地基隆起。
这种地基沉降会导致建筑物的倾斜、开裂和破坏。
3. 土壤侵蚀的影响：地下水的渗流还会引起土壤的溶解和侵蚀，特别在岩层中存在裂隙或孔洞的情况下，地下水会通过裂隙和孔洞进入岩土层并带走岩土颗粒，导致土壤的流失和侵蚀。
这种土壤侵蚀会削弱岩土层的稳定性，增加土体的弯曲、滑移和断裂等风险。
1. 地下水渗流的影响：地下水的渗流对岩土工程的施工和设计都会带来困难。
地下水的渗流会导致施工现场的液化和泥浆流动，影响基础的建设和地下结构的施工。
地下水的渗流还会增加基坑和隧道的围岩应力，增加了岩土工程的施工难度和风险。
2. 地下水的水质对岩土工程的影响：地下水的水质也会对岩土工程产生不利影响。
特别是在含有酸性物质或盐度较高的地下水环境下，岩土会发生溶解、侵蚀和腐蚀，使岩土层的强度和稳定性下降，从而影响岩土工程的安全性和持久性。
地下水对岩土工程具有不可忽视的不利影响。
为了克服这些不利影响，岩土工程设计和施工中需要充分考虑地下水的存在和特性，并采取相应的防护和治理措施。
只有如此，才能确保岩土工程的安全稳定和可持续发展。
地下水对土木工程的影响研究在土木工程的领域中，地下水是一个不可忽视的重要因素。
它的存在和变化，对土木工程的各个方面都有着深远的影响。
地下水的物理和化学特性首先会对土木工程材料产生作用。
地下水通常含有各种化学成分，如溶解性固体、气体和离子等。
这些成分可能与建筑材料发生化学反应，导致材料的腐蚀和劣化。
例如，混凝土中的钢筋在地下水中的氯离子作用下，容易发生锈蚀，从而降低钢筋的强度和混凝土结构的承载能力。
此外，地下水的流动和压力也会对地下结构产生冲刷和侵蚀，影响其稳定性和耐久性。
地下水对岩土体的性质也有着显著的影响。
岩土体的强度、变形特性和渗透性等都与地下水的存在密切相关。
当地下水水位上升时，岩土体中的孔隙水压力增加，有效应力减小，从而导致岩土体的强度降低，可能引发滑坡、崩塌等地质灾害。
相反，当地下水水位下降时，岩土体可能会产生不均匀沉降，对建筑物的基础造成破坏。
在基础工程中，地下水的影响尤为关键。
浅基础的设计和施工需要考虑地下水位的高低以及地下水的腐蚀性。
如果地下水位较高，在施工过程中可能需要采取降水措施，以保证基础的稳定性和施工的顺利进行。
而对于深基础，如桩基础，地下水的压力可能会对桩的承载能力产生影响。
同时，地下水的流动还可能导致桩周土的流失，削弱桩的侧摩阻力。
在地下工程方面，如隧道和地下室的建设，地下水的处理是一个重大的挑战。
大量的地下水涌入施工区域，不仅会影响施工进度和安全，还可能导致周围岩土体的变形和地面沉降。
因此，在设计和施工过程中，需要采取有效的防水和排水措施，如设置止水帷幕、井点降水等。
地下水还会对土木工程中的边坡稳定性产生影响。
边坡中的地下水会增加土体的重量，提高孔隙水压力，降低土体的抗剪强度，从而增加边坡失稳的风险。
在进行边坡设计时，需要准确评估地下水的分布和变化情况，采取相应的排水和加固措施，以保障边坡的稳定性。
在水利工程中，地下水与地表水相互作用，影响着大坝、水库等水工建筑物的安全。
地下水对岩土工程的影响及其防护措施研究在岩土工程领域中，地下水是一个不可忽视的重要因素。
它的存在和变化可能对工程的稳定性、安全性以及施工过程产生显著的影响。
为了确保岩土工程的顺利进行和长期稳定，深入研究地下水对其的影响，并采取有效的防护措施至关重要。
一、地下水对岩土工程的影响（一）对岩土物理性质的影响地下水的存在会改变岩土的物理性质。
首先，它会增加岩土的含水量，从而影响其重度和孔隙比。
含水量的增加通常会导致重度增大，孔隙比减小。
这可能会使岩土的承载能力发生变化，进而影响建筑物的基础设计和稳定性。
其次，地下水会影响岩土的渗透性。
渗透性的强弱直接关系到地下水在岩土中的流动速度和方向，对于工程中的排水设计和防渗措施有着重要的指导意义。
此外，地下水还会影响岩土的饱和度。
饱和度的变化会影响岩土的力学性能，如抗剪强度等。
（二）对岩土力学性质的影响地下水对岩土的力学性质有着显著的影响。
例如，它会降低岩土的抗剪强度。
当岩土中的孔隙被水填充时，孔隙水压力会增加，有效应力减小，从而导致抗剪强度降低。
这对于边坡稳定性和地基承载力的评估是一个关键因素。
另外，地下水的存在还可能引起岩土的膨胀和收缩。
一些特殊类型的岩土，如膨胀土，在遇水时会发生显著的体积膨胀，而失水时则会收缩。
这种体积变化可能导致建筑物基础的不均匀沉降和开裂。
（三）对工程施工的影响在工程施工过程中，地下水可能带来一系列的问题。
例如，在基坑开挖时，如果没有有效地控制地下水，可能会出现涌水、流沙等现象，严重威胁施工安全和进度。
此外，地下水还可能对施工材料产生腐蚀作用，降低工程结构的耐久性。
比如，对于钢筋混凝土结构，地下水的侵蚀可能导致钢筋锈蚀，影响结构的承载能力和使用寿命。
（四）对工程稳定性的影响地下水对岩土工程的稳定性有着至关重要的影响。
在边坡工程中，地下水的渗流可能导致边坡失稳。
水的渗透力会增加下滑力，同时降低岩土的抗剪强度，从而增加滑坡的风险。
对于隧道工程，地下水的存在可能导致围岩压力增大，引发塌方等事故。
土体微观结构研究进展土体是指由矿物、有机质、水和空气等组成的自然界中的岩屑、矿物和生物体等杂质混合物。
土体微观结构是指在土体内部的细微结构，对于了解土体的物理和力学特性，以及对土壤的工程应用具有重要意义。
本篇文章将对土体微观结构研究进展进行简要介绍。
1. 组成部分土体的微观结构组成部分主要有：固体粒子、水分、空气、有机质等。
其中，固体粒子是土体的主体，它们之间的排列和排列方式会影响土体的力学和物理特性，例如密实度、孔隙率、渗透率等。
水分和空气在土体中的分布会影响土体的可压缩性和渗透性。
有机质的分解和转化对土体的化学性质和生物特性也会产生影响，例如土体的肥力和农业应用等。
2. 细观结构细观结构是指土体中最小可分辨的结构的构成和排列方式。
最近的研究表明，如图1所示，土粒子的结构不仅仅是简单的球形，而是更复杂和多样化的结构。
如Clay Mineralogy的研究表明，土粒子的形状和粒径是由其晶体结构决定的。
高分辨率的花岗岩显微镜也显示了土粒子内部的结构纹理等。
3. 渗透特性渗透性是指流体在土体中传递的速度和方向。
土体微观结构中的一些因素影响渗透性，最明显的是孔隙空间和连接方式。
因此，研究土体内孔隙水的渗透性，对于建立土体力学模型和设计流体结构具有重要意义。
Schneider等人在过去的研究中利用CT扫描技术对岩石和土体进行了三维渗透特性研究。
4. 限制性特性限制性特性是指土体内部粒子之间的限制作用。
土体砂粒子的间隙性连通结构能够限制一些粒径更大的粒子，从而影响土体流体的渗透性。
此外，地球物理学家们发现，土体的压缩强度直接与其限制性特性有关。
这一现象的解释是，当土体受到压缩时，其内部的孔隙空间会缩小，使得土粒子之间的限制性作用增加，从而实现更高的压缩强度。
总之，土体微观结构的研究已成为解决土地和水资源管理等工程和环境问题的重要方向。
未来，随着科技的发展，应用更先进的技术和手段，包括分子动力学、计算机模拟等，预计将加速我们对土体微观结构的认识和研究。
地下水对土的性质与土体工程的影响：（提示从两个方面：1 对土的性质影响（土的性质，结构）。
土体工程：地基基础，边坡）土结构层次基本按宏观和微观划分为两个层次,也有按宏观、中观和微观三层次划分[14]。
宏观结构是可用肉眼、放大镜或光学显微镜观察到的特征，如层理、裂隙、孔洞、包裹体等在宏观上的不均匀性；微观结构可用电子显微镜和X射线衍射观察其特征，指土的物质组成的空间相互排列以及土粒连结等特征。
土体的细观结构是指土颗粒或颗粒聚合体之间的相对位置、排列特征、接触状态、粒间连结、胶结物及胶结状态、粒间孔隙大小和形状。
显然，从研究对象的空间尺度看，土体的细观结构介于土体的微观结构与宏观结构之间，可将其定义为比微观结构高一层次、比宏观结构低一层次的中间结构[18]。
组成土的细观结构有颗粒、胶结物及孔隙[14]。
大部分胶结物在特定的水化学环境下可以被溶蚀，不可溶相一般包括难溶矿物颗粒和难溶盐组成的胶结物。
因此，在一般水化学环境中，土结构一般并不通过颗粒本身而破裂，而是通过颗粒之间或是集合体之间粒间连结而破裂[16]，即土体的破坏在未破坏或未完全破坏矿物的晶格时，其结构强度已耗尽，因此除矿物晶格结构以外，颗粒间的连接结构对土体强度的贡献是最大的[19]。
从细观结构的角度来看，水化学环境对土体颗粒间的影响复杂多样，但可以主要归纳为大致的三个方面：离子交换作用，土体颗粒间双电层的变化，胶结物的溶蚀、溶解。
离子交换反应可分为两个过程：正向反应过程表示将恶化土体性质的离子交换反应过程，如含H+溶液渗透，扩散置换了土中的Al3+，使铝粘土变为氢粘土，粘土的颗粒排列将发生变化，由原来的稳定状态变为不稳定状态；逆向反应过程表示将有利于土体性质的离子交换反应过程，如富含Ca2+、Mg2+的地下淡水流经富含Na+土体时，使得地下水中的Ca2+、Mg2+置换了土体的Na+，一方面由水中Na+的富集使天然地下水软化，另一方面新形成的黏土富含Ca2+、Mg2+，增加了孔隙度及渗透性能。
浅析地下水对岩土工程的不利影响地下水是指地表以下的水体，它在地下岩土层中流动，对于岩土工程来说，地下水可能不仅仅是一种资源，更可能是一种潜在的不利因素。
地下水对岩土工程的不利影响主要体现在以下几个方面：第一，地下水可能会导致岩土体的稳定性问题。
当地下水位较高时，可能会引起土壤的液化现象，特别是在地震等自然灾害发生时，地下水的作用会更加显著。
地下水的存在会使土壤的抗剪强度降低，从而导致较大的沉降和形变。
地下水的存在还可能导致土体的溶解和侵蚀，从而造成地下洞穴和溶洞，进一步加剧土壤的不稳定性。
第二，地下水可能会引起地基沉降。
当地下水位发生变化或者受外界因素的影响时，地下水对地基的支持作用可能会发生变化，从而引起地基的沉降。
特别是在加荷施工或者地下水位变化较大的地区，地下水对地基的不利影响可能会更加明显。
地基的沉降会对建筑物或者其他工程结构造成影响，甚至可能引起建筑物的倾斜和破坏。
地下水可能会引起土壤的膨胀和收缩。
当土壤中的含水量发生变化时，土壤的体积也会发生变化，从而引起土壤的膨胀和收缩。
这种现象对于土木工程来说是非常不利的，因为土壤的膨胀和收缩会对工程结构造成影响，甚至可能引起结构的破坏。
第四，地下水可能会引起土层的冻融作用。
在寒冷地区，地下水与土壤之间的温度差异会引起土壤的冻融作用。
当地下水遇到低温时，会凝固成冰，从而造成土壤的膨胀和结构的变化。
这种现象不仅会对地下结构和地基造成影响，还可能引起管道和其他地下设施的损坏。
地下水对岩土工程可能会产生多种不利影响，包括地基的稳定性问题、地基沉降、土壤的膨胀和收缩、以及土层的冻融作用等。
在进行岩土工程设计和施工时，需要充分考虑地下水的存在和可能的影响，采取相应的措施来减轻地下水对岩土工程的不利影响。
可以通过合理的排水设计和加固土壤等措施来减少地下水的不良影响，从而保障工程的稳定性和安全性。
也需要通过对地下水的监测和分析，及时发现和处理地下水可能引起的问题，以保障岩土工程的顺利进行和长期稳定。
文章编号:1009-6825(2006)24-0007-02从粘性土微观角度论述含水量对工程性质影响收稿日期:2006-06-30作者简介:周玉明(1963-),男,教授级高工,天津市勘察院,天津 300191蒋 杰(1970-),男,工程师,天津大港油田集团路桥工程公司,天津 300280苏玉国(1979-),男,工程师,天津市勘察院,天津 300191周玉明 蒋 杰 苏玉国摘 要:从粘性土的微观角度论述了土的含水量变化对土质工程性质的影响,得出了土的含水量变化将引起土的物理、力学性质的变化,特别是含水量的变化对地基土的强度、承载力和土体变形影响较大的结论。
关键词:微观结构,粘性土,含水量,工程性质中图分类号:T U 442文献标识码:A粘性土是一种第四纪的沉积物,在我国分布较广,由于粘性土的工程性质较为复杂,国内外岩土工程学者针对粘性土的性质进行了长期深入细致的研究,并有大量的科研成果应用于工程实践,根据有关的文献资料,结合一些地区的工作成果,从粘性土微观结构的角度,将粘性土的含水量变化对工程性质的影响进行总结讨论。
1 粘性土的微观结构1.1 蜂窝结构粒径在0.02mm~0.002mm 之间的土粒在水中沉积时,基本上是单个土粒下沉,当碰上已沉积的土粒时,由于土粒之间的分子引力大于颗粒自重,下沉土粒则被吸引不再下沉,并停留在最初的接触点上,形成很大孔隙的蜂窝状结构,蜂窝结构的孔隙一般远大于土粒本身的尺寸,如沉积后没有受过较大的上覆压力,则在建筑物荷载作用下可产生较大下沉。
1.2 絮状结构粒径小于0.002mm 的土粒能够在水中长期悬浮,不因自重而下沉,当遇某种电解质后,颗粒之间的排斥力削弱,运动着的土粒凝聚成絮状物下沉,形成状似蜂窝而孔隙很大的结构,称为絮状结构。
絮状结构是颗粒最细小的粘性土特有的结构形式,常见于海积粘土中。
在粘性土的微观结构中,具有蜂窝状结构的粘性土比絮状结构的粘性土强度高,变形小,如絮状结构是海相淤泥类土最典型的微观结构。
水化学环境对土体宏观性质影响的细观结构分析作者摘要：水土相互作用能够通过物理化学作用使土体的化学组成、空间结构、物理力学性质发生改变，在分析水动力造成土体性质变化的时候，水化学环境从微观层面对土体性质的影响也起着重要作用。
本文从土体细观结构的角度，在水化学环境中中对水土相互作用及其产生的影响进行了机理分析和综述，以及对水文地质中土体宏观性质变化的典型实例进行了原因的解释和分析，并在此基础上提出有利于工程建设适应土体性质变化的发展建议。
关键词：水化学环境;土体性质;细观结构;水文地质The Influence of Hydrochemistry Environment on Soil Macro-properties Based onMicro-structure AnalysisAuthorsAbstract:Chemical composition, space structure and physical-mechanical properties could be changed by soil-water interaction through physicochemical reaction. It is important to analyze the influence of hydrochemistry environment on soil property in micro-structure when changes of soil property for hydrodynamic force are discussed. In this paper, the influence of hydrochemistry environment on soil macro-properties were analyzed in action mechanism based on soil micro-structure and also reviewed. Hence the change reasons of soil macroscopic properties of hydrogeology could be explained and analyzed, and development suggestions were put forward to fit soil property changes.Key words: Hydrochemistry environment; Soil property; Micro-structure analysis; Hydrogeology1 引言随着地质灾害越来越频繁的发生，如滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降等等，在分析其产生是自然因素还是人为因素的时候，人们也开始思考这些地质灾害所涉及到的水土相互作用的机理和规律，以及由此而产生的土体性质变化的原因。
除此之外，河口泥沙沉积、土壤盐渍化、海水入侵、海水侵蚀等，土体性质也都在水化学环境下受到不同程度的影响，从而在宏观上表现出变形、强度的变化、体积应变变化等规律。
水体与岩土体间复杂的物理化学作用必然引起二者物质成分、性质和状态的变化[1]。
水土相互作用不管是短暂迅速的还是长期缓慢的，水化学环境及其变化对土体性质的影响是显著的[2]。
工程建设、城市发展、资源开采等人类活动和一些自然地质灾害，都大大影响水土相互作用的水化学环境，使原有的土-水-电解质平衡系统不断调节达到一种新的动态化学平衡，从而导致土体的力学平衡和物质稳定性发生变化[3]。
水土作用的概念是基于水岩相互作用概念基础上提出来的[4]，它的研究目的最初是水土相互作用对土的物理力学性质影响的研究[5]，但是所涉及到的学科很多，因素复杂，因此概念含义以及最终目的又有着相互的差别。
而在此讨论的是水化学环境下水与土之间的相互作用，以及这种作用对土体宏观状态和性质的影响。
2 水土相互作用研究进展从环境污染的角度看，在上个世纪70年代中后期开始就有土-水溶液系统间污染物的转化、迁移、降解、吸收、扩散等的研究，利用水土间的相互作用达到降低或消除污染物浓度的目的。
如Payne, K.Pickering, W.F.等[6]研究了高岭粘土对溶液中铜离子的吸附与浓度的影响；Farrah, H.Pickering, W.F.等[7]研究了不同类型的黏土（高岭石、伊利石、蒙脱石）对重金属Cu，Pb，Zn，Cd等离子的吸附；Hemans J[8]进行了防止污染物质进入水体与土体的方法，以及己破坏的土体再生利用可能性的研究；李琦[9]等对造纸厂废碱液污染过的土壤进行了研究，发现其化学成分，物理力学性质及强度均发生了变化，并归纳出污染离子在土体中的迁移规律。
从土的工程性质角度看，研究主要涉及到水土之间的物理化学作用对土体性质的影响，以及水土反应后所表现的工程特性。
如Hawkins[10]研究过地下水面升降与土颗粒间强度的问题；杨昌键等[11]初步研究了水化学作用对边坡变形的影响，发现在不同水化学环境的侵蚀下，土体抗压强度表现出不同程度的降低，因此认为水是边坡变形的最重要因素之一；阿里木·吐尔逊[12]运用数值模拟的方法，研究了坝基岩体（包括防渗帷幕）与其中地下水水溶液之间发生的化学作用，发现发生的作用改变了地下水的化学组成特性，同时也不断地改变坝基岩土体成分、结构和性状。
而近年来，对水土相互作用的研究比较深入：吴恒等[13]提出的土体细观结构以及对其进行的研究。
随后，基于细观结构的理论，易念平[14]等进行了水土作用的力学机理探讨，归纳总结了粒间作用力在水化学变异环境下的宏观表现形式；代志宏等[15]，张信贵等[16]，吴恒等[17]分别研究了水土作用中铁、钙镁和铝的含量、存在状态对土体结构强度的影响及其机理。
3 土体细观结构的内涵和分析3.1 土体细观结构的内涵土结构层次基本按宏观和微观划分为两个层次,也有按宏观、中观和微观三层次划分[14]。
宏观结构是可用肉眼、放大镜或光学显微镜观察到的特征，如层理、裂隙、孔洞、包裹体等在宏观上的不均匀性；微观结构可用电子显微镜和X射线衍射观察其特征，指土的物质组成的空间相互排列以及土粒连结等特征。
土体的细观结构是指土颗粒或颗粒聚合体之间的相对位置、排列特征、接触状态、粒间连结、胶结物及胶结状态、粒间孔隙大小和形状。
显然，从研究对象的空间尺度看，土体的细观结构介于土体的微观结构与宏观结构之间，可将其定义为比微观结构高一层次、比宏观结构低一层次的中间结构[18]。
组成土的细观结构有颗粒、胶结物及孔隙[14]。
大部分胶结物在特定的水化学环境下可以被溶蚀，不可溶相一般包括难溶矿物颗粒和难溶盐组成的胶结物。
因此，在一般水化学环境中，土结构一般并不通过颗粒本身而破裂，而是通过颗粒之间或是集合体之间粒间连结而破裂[16]，即土体的破坏在未破坏或未完全破坏矿物的晶格时，其结构强度已耗尽，因此除矿物晶格结构以外，颗粒间的连接结构对土体强度的贡献是最大的[19]。
图1为饱和土细观结构的三相关系示意图，并将水、可溶蚀相、不可溶蚀相按体积和质量进行划分。
基于该图，吴恒等[13]对因地下水环境变异引起的土体可溶蚀相变化进行了理论公式推导，用公式定量解释了可溶蚀相变化引起的土体孔隙变化，所得结果为：/()kjv w k j j k k je m d d m d m d=+式中和图中：e kjv为孔隙比，即土中孔隙体积与固体相体积之比；m为饱和土总质量；m s为固体相质量；m w为水的质量；m k为不可溶蚀相质量；m j为可溶蚀相质量；V为饱和土总体积；V k为不可溶蚀相体积；V j为可溶蚀相体积；V kjv为固体相形成的孔隙体积；V w为水的体积；V kj固体相体积。
由公式可知：当水化学组分变异而导致土的可溶蚀相质量变小时，土的孔隙就会增大，从而导致土的细观结构发生变异。
图1 假想的饱和土三相关系图[13]Fig.1 Imaginary three-phase relation of saturated soil3.2 水化学环境对土体宏观性质影响的机理分析从细观结构的角度来看，水化学环境对土体颗粒间的影响复杂多样，但可以主要归纳为大致的三个方面：离子交换作用，土体颗粒间双电层的变化，胶结物的溶蚀、溶解。
第一个方面，离子交换作用。
土体颗粒中因同晶置换、断键、暴露氢氧基的氢交换等物理化学作用使得土颗粒表面具有离子交换的能力，但其也依赖于颗粒的矿物化学成分。
离子交换主要有粘土矿物，如高岭土、蒙脱土、伊利石、绿泥石等[20]。
高岭石具有刚性晶格，不可能进行层间离子交换，交换反应仅沿颗粒顶端部分进行，蒙脱石中晶格具有可动性，离子交换可沿层间内的基础表面进行，而同样有刚性晶格的伊利石的离子交换则在层外基础平面上发生[21]。
离子交换反应可分为两个过程：正向反应过程表示将恶化土体性质的离子交换反应过程，如含H+溶液渗透，扩散置换了土中的Al3+，使铝粘土变为氢粘土，粘土的颗粒排列将发生变化，由原来的稳定状态变为不稳定状态；逆向反应过程表示将有利于土体性质的离子交换反应过程，如富含Ca2+、Mg2+的地下淡水流经富含Na+土体时，使得地下水中的Ca2+、Mg2+置换了土体的Na+，一方面由水中Na+的富集使天然地下水软化，另一方面新形成的黏土富含Ca2+、Mg2+，增加了孔隙度及渗透性能。
对富含Na+的分散性土体来说，可增加土体的稳定性[20]。
第二个方面，双电层的变化。
在自然界中，土体粘粒一般带负电荷，因此周围存在着因静电吸引产生的电场。
在静电引力与布朗运动（热运动）作用下，紧邻土体颗粒表面处静电引力最强，水化离子和极性分子牢牢地被吸附在颗粒表面附近形成固定层。
由固定层向外，静电引力逐渐减小，水化离子和极性分子的活动性逐渐增大，形成扩散层。
固定层和扩散层中的阳离子（反离子层）与土粒表面负电荷共同构成双电层[22]，如图2所示。
根据DLVO理论，对于两个带电胶团之间由于双电层的作用既有斥力势能也有引力势能，当斥力势能大于引力势能时，由于存在布朗运动，就会形成分散结构；当引力势能大于斥力势能时，胶体颗粒之间就会相互靠拢，形成颗粒角、边与面或边与边搭接的凝聚结构。
一般情况下，当孔隙比相同时，凝聚结构因其引力较大，颗粒不易移动，所以较分散结构具有更高的强度、较低的压缩性和较大的渗透性[23]。
图2 土体颗粒周围离子分布示意图[22]Fig.2 Schematic distribution of irons nearby soil particles在水化学环境下，体系中增加了新的化学组分或是改变了原先的化学组分，都会通过与双电层异号离子发生反应，压缩或增加双电层厚度，最终影响胶体颗粒的膨胀力度。
