楊東升，馮文凱，白慧林，易小宇，頓佳偉，曾唯恐

(成都理工大學(xué) 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川 成都 610059)

含水率是影響土體性質(zhì)變化的一個(gè)重要因素。土體中隨含水率變化而變化的指標(biāo)有很多，如隨著土體含水率的升高，基質(zhì)吸力開始單調(diào)遞減，毛細(xì)黏聚力表現(xiàn)為先增后減；前者為非飽和土的一個(gè)重要強(qiáng)度指標(biāo)，而后者可使砂土產(chǎn)生假黏聚現(xiàn)象。

由Young-Laplace方程與土水特征曲線的滯回效應(yīng)可以得知，即使在含水率相同的情況下，非飽和土干濕循環(huán)過程中的吸濕、脫濕過程對(duì)應(yīng)的孔隙水“氣-液”界面的曲率存在很大差異。因此相應(yīng)的液橋作用規(guī)律也是不同的。

由于液橋作用力影響因素的復(fù)雜性，如電濕潤(rùn)效應(yīng)[1]、咖啡環(huán)效應(yīng)[2]等，大多數(shù)學(xué)者在研究此類問題時(shí)以無黏性顆粒材料為研究對(duì)象，且發(fā)現(xiàn)對(duì)于無黏性土顆粒間的液橋形態(tài)隨含水率的變化表現(xiàn)出很明顯的階段性：“懸掛狀”階段和“索狀”階段，見圖1。

圖1 “懸掛狀階段”(左)與“索狀階段”(右)

在顆粒含水率較少時(shí)，液橋相互孤立，此時(shí)一般只連接兩個(gè)顆粒。此時(shí)的液橋形態(tài)稱為“懸掛狀”階段。這一狀態(tài)對(duì)應(yīng)雙顆粒液橋模型?，F(xiàn)有模型中的顆粒形狀多為“球形”及“片狀”，包括等徑/不等徑“球形”顆粒模型[3-6]、“球形-片狀”顆粒模型[7-9]、平行/不平行“片狀”顆粒模型[10-12]等。

當(dāng)含水率繼續(xù)升高，液橋體積逐漸增大，相鄰液橋相互接觸、合并達(dá)到“索狀”階段，合并后的液橋可同時(shí)連接兩個(gè)甚至更多顆粒，至此，雙顆粒液橋模型不再適用，繼而有學(xué)者提出三顆粒接觸模型[13-14]等。

以上液橋模型都是基于靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)過程，并且在大多數(shù)情況下不考慮液橋的浮力[15]。當(dāng)液橋形態(tài)相對(duì)簡(jiǎn)單，如對(duì)于“兩球形顆?！睒?gòu)成的液橋模型，若液橋的特征尺度(水約為2.72 mm)小于毛細(xì)長(zhǎng)度時(shí)通常采用圓環(huán)假設(shè)[8,12-13]，此時(shí)往往通過理論公式直接對(duì)液橋力進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)“氣-液”界面形態(tài)較為復(fù)雜，如液橋處于“索狀階段”，或是需考慮重力對(duì)“氣-液”界面的形態(tài)的影響時(shí)，則常通過建立的熱力學(xué)模型求其數(shù)值解。湯連生等[16-17]認(rèn)為對(duì)非飽和土濕吸力及有效應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)按不同的含水率階段分別進(jìn)行計(jì)算。

除了從以上“細(xì)-微觀”層面對(duì)不同液橋模型進(jìn)行探究，也有學(xué)者使用水土作用原理解釋一些土體的宏觀現(xiàn)象[18-22]。唐朝生等[23-24]從水土作用原理出發(fā)對(duì)土體干裂規(guī)律進(jìn)行分析，并認(rèn)為從宏觀上分析，基質(zhì)吸力和抗拉強(qiáng)度是控制龜裂發(fā)育的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。倪可等[25]從表面張力的角度分析了油污土干裂隙形成發(fā)育機(jī)理。但他們都未對(duì)干濕循環(huán)全過程中液橋作用力的特征進(jìn)行對(duì)比研究。

為了探究含水率變化對(duì)液橋力及顆粒運(yùn)移的影響，本研究將使用等粒徑(2 mm)、表面光滑的透明玻璃珠顆粒材料，研究吸濕至飽和狀態(tài)以及因水分自然蒸發(fā)而脫濕至孔隙水含量為零的過程中，“液橋”對(duì)顆粒的細(xì)觀作用規(guī)律。由于孔隙流體入滲過程中，液橋?qū)︻w粒的濕潤(rùn)作用往往不可視作準(zhǔn)靜態(tài)過程，因此試驗(yàn)將使用高速相機(jī)對(duì)單顆、雙顆、三顆玻璃珠，以及玻璃珠群濕潤(rùn)過程中的運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行捕捉觀測(cè)和規(guī)律分析。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

限于現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)手段，無法對(duì)實(shí)際土體中吸濕、脫濕過程的液體表面張力與土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)的耦合效應(yīng)進(jìn)行直觀有效地觀測(cè)。因此本文設(shè)計(jì)了細(xì)觀二維物理模型試驗(yàn)對(duì)此類問題進(jìn)行探究。通過高速攝像機(jī)記錄玻璃珠在吸濕、脫濕過程中的等時(shí)間間隔運(yùn)動(dòng)軌跡，來反演吸濕及脫濕過程中液橋?qū)ΣＡе榈淖饔昧Φ淖兓?guī)律。

1.2 試驗(yàn)裝置

為有效地對(duì)液橋力進(jìn)行觀測(cè)，需合理地簡(jiǎn)化試驗(yàn)邊界條件。在細(xì)觀層面，若從土體內(nèi)取任意土顆粒為隔離體進(jìn)行受力分析，則土體密實(shí)度、黏土類礦物的晶間膨脹力、重力等帶來的影響都可以簡(jiǎn)化為顆粒之間的相互作用力，不僅對(duì)本文的研究重點(diǎn)——“液橋力”無明顯影響，還會(huì)大大減少試驗(yàn)中可自由移動(dòng)的顆粒數(shù)量，影響試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果。因此本試驗(yàn)在設(shè)置邊界條件時(shí)，僅控制顆粒的排列方式，并盡可能減少玻璃珠與載玻片間的摩擦力、相互作用力等。

試驗(yàn)裝置具體如圖2所示。整套試驗(yàn)裝置由三部分組成：供水部分、試驗(yàn)樣本及圖像采集裝置。供水裝置為帶有注射針頭的醫(yī)用吊瓶；對(duì)吊瓶的供水流量進(jìn)行標(biāo)定后，以恒定速率往顆粒材料一側(cè)進(jìn)行供水直至試驗(yàn)結(jié)束。經(jīng)檢驗(yàn)，試驗(yàn)中設(shè)置的流量相較于樣本間孔隙體積較小，其產(chǎn)生的滲流力不可以忽略不計(jì)。

所有試驗(yàn)樣本都由表面光滑的 上下載玻片及玻片中間一定數(shù)量的光滑等徑玻璃珠組成，三者之間的孔隙構(gòu)成了顆粒材料吸濕及脫濕的水力通道。

圖2 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)樣本

1.3 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)的研究重點(diǎn)為顆粒群試驗(yàn)，通過試驗(yàn)過程中呈現(xiàn)的顆粒群的顆粒排列規(guī)律探究液橋作用力與顆粒結(jié)構(gòu)的耦合關(guān)系，通過單顆粒試驗(yàn)可從單個(gè)顆粒受力的角度對(duì)顆粒群試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

詳細(xì)試驗(yàn)方案如表1所示，首字母為“L”的試驗(yàn)序號(hào)代表單粒玻璃珠的試驗(yàn)組，首字母為“M”的試驗(yàn)序號(hào)為顆粒群試驗(yàn)組。是為了驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)論的可重復(fù)性，設(shè)置了若干組重復(fù)試驗(yàn)。以單粒玻璃珠試驗(yàn)為例，五組重復(fù)試驗(yàn)的編號(hào)依此為Ai—Ei，“i”為對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)組的數(shù)字序列(L1對(duì)應(yīng)的重復(fù)試驗(yàn)編號(hào)為A1—E1)。對(duì)顆粒群試驗(yàn)單獨(dú)設(shè)計(jì)了干濕循環(huán)過程，一次吸濕-脫濕記為一個(gè)循環(huán)。

表1 試驗(yàn)方案

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 顆粒群

顆粒群試驗(yàn)吸濕過程結(jié)束判定標(biāo)準(zhǔn)為：載玻片間所有顆粒完全被濕潤(rùn)；脫濕過程的結(jié)束判定標(biāo)準(zhǔn)為：玻璃珠與上載玻片間的接觸點(diǎn)間水分完全蒸發(fā)。

由于顆粒群試驗(yàn)過程中的輸液流量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果無顯著影響，且重復(fù)試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)論具有相似性，因而選取了兩個(gè)具有代表性的試驗(yàn)結(jié)果(A、B)進(jìn)行展示。如圖3所示。

圖3 可觀察到顆粒集群

吸濕階段。第一次吸濕與第二次吸濕的吸濕路徑有很大區(qū)別。第一次吸濕過程濕潤(rùn)鋒面呈較為規(guī)則的圓弧形，見圖4(a(2))、圖4(b(2))；第二次吸濕過程很難看見明顯的濕潤(rùn)鋒面(見圖4a(7))或者濕潤(rùn)鋒面不明顯(見圖4b(7))。這是由于第一次脫濕結(jié)束后玻璃珠與下載玻片間還存在少量液滴，而液體會(huì)優(yōu)先濕潤(rùn)已濕潤(rùn)區(qū)域[26]，因此當(dāng)?shù)谝淮胃蓾裱h(huán)過后試驗(yàn)樣本中鋪有顆粒的區(qū)域成為了吸濕的“優(yōu)勢(shì)通道”。通過觀察發(fā)現(xiàn)，吸濕過程中，可分為三個(gè)階段：(1) 玻璃珠初次接觸液橋后將受到瞬時(shí)的作用力被拖往液橋內(nèi)部；(2) 玻璃珠位移基本穩(wěn)定后以液橋相對(duì)玻璃珠的濕潤(rùn)行為為主；(3) 玻璃珠達(dá)到某一臨界的濕潤(rùn)面積后，顆粒群邊緣顆?？呻S液橋一并推移。

脫濕階段。在試驗(yàn)過程中顆粒材料的脫濕過程，有如下顯著順序：(1) 飽和的顆粒材料從邊緣開始逐漸脫水；(2) 沿大孔隙退縮為以各顆粒集群為單位的“索狀階段”；(3) 若無次級(jí)孔隙，則在集群“索狀階段”的基礎(chǔ)上退化為“懸掛狀階段”；(4) 水分蒸發(fā)殆盡。以上所述的集群指的是，緊挨著的水分分配結(jié)果一致的顆粒群體。

圖3所示樣本為圖4(a)矩形虛線范圍處的局部特寫，由圖3(a)可明顯看出顆粒在小范圍內(nèi)的聚集現(xiàn)象，而圖3(b) 將圖4(a)中第一次脫濕的過程更加全面地展開，圖3(a)、圖3(b)共同展示出了“集群”對(duì)顆粒群脫濕階段性的影響。

對(duì)比吸濕與脫濕過程，發(fā)現(xiàn)了以下規(guī)律：

(1) 相對(duì)吸濕過程，脫濕試驗(yàn)對(duì)顆粒結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)要大得多，且主要發(fā)生在第一次脫濕過程。圖4第一次脫濕結(jié)束與第二次脫濕結(jié)束的顆粒群結(jié)構(gòu)差異較小。這一現(xiàn)象與干濕循環(huán)土樣的性質(zhì)(強(qiáng)度、變形)有關(guān)，主要發(fā)生在第一次干濕循環(huán)之后[27-30]。說明干濕循環(huán)過程中，液橋力在土體結(jié)構(gòu)劣化中起到了重要作用。

(2) 顆粒結(jié)構(gòu)的改變幾乎只發(fā)生在液橋的“索狀階段”。圖4第一次脫濕過程中“5”到“6”基本未發(fā)生顆粒結(jié)構(gòu)改變。這是因?yàn)椤八鳡铍A段”的液橋作用力比“懸掛狀階段”的液橋作用力高的多[13-14]，并且“索狀階段”位于“懸掛狀階段”之前。

(3) 雖然顆粒結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)主要發(fā)生在第一次干濕循環(huán)，但從本試驗(yàn)來看后續(xù)的循環(huán)效應(yīng)同樣不容忽視。如圖4(a)中矩形范圍所示，直至第二次干濕循環(huán)結(jié)束，顆粒群中不同集群間的間隙才開始變得顯著。

圖4 顆粒群試驗(yàn)

2.2 單顆粒

如2.1節(jié)所述，濕潤(rùn)過程中液橋?qū)ΣＡе榈淖饔每煞譃槿齻€(gè)過程。由于(2)過程玻璃珠幾乎無位移，(3)過程位移量過于微小無法捕捉，因此單顆粒試驗(yàn)僅針對(duì)(1)過程開展。

為了直觀地展示單粒玻璃珠在與“液橋”接觸后運(yùn)動(dòng)過程，將試驗(yàn)中拍攝的等時(shí)間間隔中玻璃珠輪廓線提取出來。由于每個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中玻璃珠的位移參考系未發(fā)生改變，因此可以將同一次試驗(yàn)提取的玻璃珠輪廓線展示在同一坐標(biāo)系中，此時(shí)輪廓線圓心連線即為一次實(shí)驗(yàn)中玻璃珠的運(yùn)動(dòng)軌跡(見圖5)。照片的提取從實(shí)驗(yàn)開始至玻璃珠朝液橋液相方向的位移量為零時(shí)結(jié)束。

為便于比較分析，將玻璃珠圓心軌跡置于坐標(biāo)系中進(jìn)行比較，坐標(biāo)原點(diǎn)為玻璃珠位移的起點(diǎn)，y軸方向以玻璃珠朝液橋液運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎?。由于高速攝像機(jī)是以等時(shí)間間隔進(jìn)行拍攝，即圖6相鄰節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間間隔相等。因此圖6亦可較好地反應(yīng)玻璃珠的運(yùn)動(dòng)速度變化規(guī)律。圖6中圖例標(biāo)示與表1對(duì)應(yīng)重復(fù)試驗(yàn)序號(hào)對(duì)應(yīng)，詳見1.3節(jié)。

圖5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)提取(以表1，L4的結(jié)果為例)

對(duì)比同一實(shí)驗(yàn)序列重復(fù)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)組L3、L4重復(fù)試驗(yàn)的玻璃珠運(yùn)動(dòng)軌跡彼此差異較大，這是由于存在接觸角滯后現(xiàn)象，等體積液滴在載玻片表面的鋪展面積并不是定值；并且試驗(yàn)組L3、L4都出現(xiàn)了y坐標(biāo)為負(fù)的位移軌跡，這與玻璃珠接觸點(diǎn)間的液滴與載玻片間液橋融合后，液橋內(nèi)部壓力開始重新分配有關(guān)。

從軌跡的長(zhǎng)度看，試驗(yàn)組L3、L4的單條軌跡的縱向長(zhǎng)度分別在70 μm～400 μm、500 μm～1 100 μm之間波動(dòng)，二者差異較大；而試驗(yàn)組L1、L2的單條軌跡的縱向長(zhǎng)度都在70 μm～400 μm之間波動(dòng)。這是由于玻璃珠與載玻片接觸點(diǎn)間的液滴的液橋力會(huì)阻礙玻璃珠移動(dòng)。表明液橋流速對(duì)接觸點(diǎn)間存在液滴的玻璃珠的位移總量影響相對(duì)更大。

對(duì)比L1、L2、L3、L4四個(gè)試驗(yàn)序列的試驗(yàn)條件可以發(fā)現(xiàn)。對(duì)于接觸點(diǎn)初始無液滴的試驗(yàn)(L1、L2)，輸液流量對(duì)玻璃珠運(yùn)動(dòng)軌跡長(zhǎng)度的影響不大；而對(duì)于接觸點(diǎn)間存在液滴的試驗(yàn)(L3、L4)，輸液流量對(duì)玻璃珠運(yùn)動(dòng)軌跡長(zhǎng)度影響較大。

圖6 試驗(yàn)組L1—L4玻璃珠移動(dòng)軌跡

為量化液橋力，將圖6中顆粒的等時(shí)間間隔位移信息通過牛頓第二定律轉(zhuǎn)化后得到等時(shí)間間隔內(nèi)的平均液橋力與時(shí)間的關(guān)系曲線，見圖7(單粒直徑2 mm玻璃珠的質(zhì)量為10.26 mg)。

圖7中液橋力“F”的值為正表示液橋力對(duì)玻璃珠做正功，反之則做負(fù)功。實(shí)驗(yàn)組L1、L2因接觸點(diǎn)無液滴，試驗(yàn)條件較易控制，因此各重復(fù)試驗(yàn)的相似度較高，液橋力整體以震蕩的形式呈現(xiàn)出急速衰減的趨勢(shì)。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，試驗(yàn)設(shè)置的液橋流速對(duì)吸濕過程中的液橋作用力的峰值大小關(guān)系不大。試驗(yàn)組L1、L2玻璃珠所受的峰值液橋力約為20 μN(yùn)。試驗(yàn)組L3、L4的峰值液橋力在8 μN(yùn)以內(nèi)。玻璃珠初始時(shí)是否被濕潤(rùn)，對(duì)液橋力的影響較大。

圖7 液橋力-時(shí)間關(guān)系圖

從總體的曲線形態(tài)來看，液橋力隨時(shí)間的變化曲線都以F=0為基準(zhǔn)線上下波動(dòng)，并在初期有短暫的增長(zhǎng)趨勢(shì)，但隨后迅速衰減。這一趨勢(shì)將在第3節(jié)進(jìn)行分析。

3 液橋作用機(jī)理

3.1 液橋力理論分析

試驗(yàn)過程中的液橋是動(dòng)態(tài)變化的，因此需考慮動(dòng)態(tài)液橋力。動(dòng)態(tài)液橋力由兩部分構(gòu)成—靜態(tài)液橋力及動(dòng)態(tài)黏性力，需對(duì)其單獨(dú)分析[3]。

動(dòng)態(tài)黏性力Fvis可由雷諾方程表示[3]，F(xiàn)vis的大小與顆粒半徑、液體的黏性系數(shù)、顆粒間距、顆粒移動(dòng)速度等參數(shù)有關(guān)。

對(duì)兩光滑球顆粒間液橋力，大多采用下式進(jìn)行計(jì)算[31]：

F=2πRγsinβsin(θ+β)-ΔPπR2sin2β

(1)

(2)

ΔP一般通過Young-Laplace方程(2)表征，r為液橋最窄頸部的半徑，γ為液橋的表面張力系數(shù)，R1、R2分別為兩顆粒的半徑；θ1、θ2分別為兩種顆粒與孔隙液體的接觸角；β1、β2分別為液滴對(duì)兩顆粒的半填充角，其值小于90°；r1、r2為液滴曲面的一對(duì)主曲率半徑(見圖8)。

圖8 光滑不等徑球形顆粒液橋模型

通常認(rèn)為當(dāng)β<90°,θ<90°時(shí)，液橋衡對(duì)顆粒有吸引作用。

上述公式(1)中的基質(zhì)吸力ΔP為一個(gè)大于零的值，即公式(1)僅適用于“氣-液”界面處氣壓大于水壓的情況。顆粒群的吸濕脫濕過程中還包存在“氣-液”界面處的氣壓小于水壓的情況(如圖9所示)。因此將公式(1)進(jìn)行推廣：由幾何關(guān)系可知，僅當(dāng)β>π-θ時(shí)，ΔP<0。此時(shí)的液橋力的計(jì)算公式(3)：

F″=-2πRγsinαsin(α-θ)-ΔPπR2sin2α

(3)

α為顆粒的“氣相半填充角”(0°<α≤90°)。在數(shù)值上β=π-α。為方便比較，將公式(1)中的β稱之為顆粒的“液相半填充角”。當(dāng)F″小于零時(shí)玻璃珠有被液橋吞沒的趨勢(shì)，反之則有被推離液橋的趨勢(shì)。

通過公式(3)易知，當(dāng)θ≤α<90°時(shí)，F(xiàn)″恒小于零；θ=α?xí)r，為液體表面張力對(duì)液橋作用力的貢獻(xiàn)度為零。當(dāng)α∈[0，π/2]時(shí)，函數(shù)F″恒為關(guān)于α的單調(diào)遞減函數(shù)，因此當(dāng)存在零點(diǎn)α0且α<α0時(shí)，F(xiàn)″恒大于零，玻璃珠在液橋力下有被拖入液橋的趨勢(shì)；同理，α>α0時(shí)F″恒小于零，玻璃珠在液橋力下有被推離液橋的趨勢(shì)。因此，在液橋推移速率適當(dāng)?shù)那闆r下，玻璃珠以“氣-液”界面為基準(zhǔn)面，以“振動(dòng)”的方式隨液橋遷移。

在考慮動(dòng)態(tài)黏性力產(chǎn)生的阻尼作用后，遷移階段的玻璃珠的遷移方式應(yīng)修正為以“氣-液”界面為基準(zhǔn)面的“有阻尼振動(dòng)”(見圖10，短箭頭表示玻璃珠所受的液橋力方向，長(zhǎng)箭頭表示液橋推移方向)。

圖9 液橋概化模型

圖10 液橋力作用下的顆粒遷移示意圖

3.2 干濕循環(huán)過程中的液橋作用機(jī)理

在3.1節(jié)的理論基礎(chǔ)上可對(duì)第2章中的試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行深入分析。

在單顆粒試驗(yàn)中，液橋的半填充角都小于90°，可以使用公式(1)對(duì)液橋力進(jìn)行定分析。公式(1)中液橋力衡大于零，這與圖7顯示的液橋力在試驗(yàn)過程中正負(fù)交替變化的規(guī)律不相符。因此可以推斷，在這個(gè)過程中動(dòng)態(tài)黏性力起到了重要作用。動(dòng)態(tài)黏性與玻璃珠的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，玻璃珠速度越快動(dòng)態(tài)黏性力越強(qiáng)。

在顆粒群試驗(yàn)中，脫濕試驗(yàn)比吸濕試驗(yàn)對(duì)顆粒結(jié)構(gòu)的影響要大得多，其機(jī)理如下：

(1) 吸濕過程是一個(gè)由飽和區(qū)向非飽和區(qū)擴(kuò)張的過程，液橋力瞬時(shí)遞增然后在短時(shí)間內(nèi)迅速遞減。從單顆粒試驗(yàn)的軌跡看，玻璃珠的運(yùn)動(dòng)軌跡長(zhǎng)度與粒徑的比值約為0.15～0.50，這個(gè)比值隨顆粒群的初始含水率而逐漸減小。且這一階段的完成時(shí)間約在0.1 s～0.2 s之內(nèi)。

(2) 吸濕過程中液橋的局部推移速率時(shí)刻都在產(chǎn)生波動(dòng)，因?yàn)闈駶?rùn)過程中液橋的接觸角等因素基本不呈定值[32-35]。尤其對(duì)于處于顆粒群邊緣的顆粒，一旦局部流速加快，處于臨界半填充角的玻璃珠可能會(huì)被瞬間吞沒。

(3) 脫濕過程是一個(gè)由非飽和區(qū)向飽和區(qū)擴(kuò)張的過程，玻璃珠的填充角隨吸濕逐漸減小。液橋力的值在脫濕過程中先逐漸增大然后逐漸減小。這個(gè)過程非常緩慢，室溫下往往要數(shù)日。脫濕過程不受臨界填充角的影響。

4 結(jié)論及展望

(1) 推廣得到了ΔP<0時(shí)光滑球形顆粒的液橋作用力的理論計(jì)算公式(3)，依此對(duì)文中玻璃珠隨液橋遷移的運(yùn)動(dòng)機(jī)理進(jìn)行了定性分析。認(rèn)為玻璃珠在處于臨界半填充角時(shí)，且液橋推移速率適當(dāng)?shù)那闆r下，玻璃珠以“氣-液”界面為基準(zhǔn)面，以“有阻尼振動(dòng)”的方式隨液橋遷移。

(2) 從試驗(yàn)以及理論分析的角度，得出了干濕循環(huán)對(duì)顆粒擾動(dòng)總體發(fā)生在第一次干濕循環(huán)這一現(xiàn)象的細(xì)觀機(jī)理。吸濕過程是個(gè)液橋力瞬間增大然后減小的過程，這個(gè)過程中液橋力變化迅速，在0.1 s～0.2 s之內(nèi)便無法對(duì)顆粒位移造成顯著影響。當(dāng)濕潤(rùn)過程中填充角達(dá)到臨界值時(shí)，液橋極易因流速變化而吞沒顆粒，而無法繼續(xù)對(duì)顆粒施加影響。脫濕過程液橋力逐漸增加隨后逐漸減小，該過程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，液橋存在期間都對(duì)顆粒施加有拖曳力。