在土壤水蒸發(fā)過程中，水的汽化僅發(fā)生在液-汽界面上而非表觀土壤表面。氣-液界面的演化在蒸發(fā)過程中占有主導(dǎo)性作用，深入研究不同飽和度下的界面特性，對于充分了解土壤水分蒸發(fā)的關(guān)鍵機(jī)制是十分必要和關(guān)鍵的。

　　武漢巖土所董毅研究員，長期致力于包括非飽和土測試技術(shù)與理論在內(nèi)的多相巖土介質(zhì)力學(xué)與工程方面的研究。針對非飽和土的界面蒸發(fā)微尺度特征，通過X射線顯微斷層掃描方法掃描玻璃珠樣品，研究土壤水分蒸發(fā)中的幾何和拓?fù)涮卣?。拓?fù)浞治霰砻?，液相和氣相呈現(xiàn)互補(bǔ)的連通性，該行為由歸一化的歐拉特征數(shù)量化，并提取每種典型界面簇，其局部平均曲率分布定量地描述了界面幾何形狀和形態(tài)以及干燥過程的復(fù)雜過程，樣品的總體平均曲率演變分離了負(fù)曲率分量，證實(shí)了孔隙水蒸發(fā)過程中毛細(xì)管壓力的增加。蒸發(fā)過程中氣-液界面的幾何和拓?fù)涮匦詫M(jìn)一步研究液體相變、確定土壤的真實(shí)界面蒸發(fā)率奠定了理論基礎(chǔ)。  

　　相關(guān)研究成果得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目NSFC-51779254的資助，發(fā)表于巖土工程權(quán)威期刊Water Resources Research，論文題目“Characterization of Liquid-Vapor Interfaces in Pores during Evaporation”。  

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2021WR031908  

圖1 以歐拉特征數(shù)量化液相連通性，液相和氣相呈現(xiàn)互補(bǔ)的連通性  

圖2 典型氣-液界面特征及相應(yīng)的平均曲率分布  

圖3 試樣整體氣-液界面平均曲率和毛細(xì)壓力隨飽和度的演化特征