在自然条件下，土中总是含有水分的。充填在土孔隙间的水对土体的工程性质影响较大， 尤其是水的数量和类型影响着土体的状态和性质。土中水除了一部分以结晶形式存在于固体颗粒中外，其余的可以分成结合水和自由水，结合水又分为强结合水和弱结合水，自由水又分为重力水和毛细水。

1、毛细管水现象

毛细现象（又称毛细管作用）是指液体在细管状物体或多孔物体内部，由“液体与物体间附着力”和“因液体分子间内聚力而产生的表面张力”组合而成，令液体在不需施加外力的情况下，流向细管状物体或细缝的现象，属于一种液体界面现象。这种神奇的现象使得液体克服地心引力而上升。

毛细水是由毛细力作用下，水从地下水面沿着小孔隙上升到一定高度，形成毛细水带。毛细水带随地下水面变化和蒸发作用变化，但厚度基本不变。毛细水带在垂直运动之外，由于其性质类似重力水，也会随重力水向低处流动，只是速度较慢。这种支持毛细水，因其下部有地下水面支持而得名。毛细水实际上是由于水在毛细力作用下，保持在细小孔隙所构成的毛细管道中的水分。它同时受到了表面张力和重力的作用，当两力达到平衡时，水就会上升一定高度而停留在毛细管孔隙中，基本不受颗粒表面静电场引力影响。

毛细力是由水分子的自由液面(表面)产生的微小拉力造成的，这种拉力也称为表面张力，表面张力只存在液体表面，是一种局部受力现象。一般存在于液体表面两种不相混合的液体交界处。毛细作用，是液体表面对固体表面的吸引力。毛细管插入浸润液体中，管内液面上升，高于管外液面；毛细管插入不浸润液体中，管内液体下降，低于管外液面。

液体表面类似张紧的橡皮膜，如果液面是弯曲的，它就有变平的趋势。因此凹液面对下面的液体施以拉力，凸液面对下面的液体施以压力。浸润液体在毛细管中的液面是凹形的，它对下面的液体施加拉力，使液体沿着管壁上升，当向上的拉力跟管内液柱所受的重力相等时，管内的液体停止上升，达到平衡。同样的分析也可以解释不浸润液体在毛细管内下降的现象。毛细带是指土壤表面附近一个特定的区域，这里由于地下水的作用形成了一个接近饱和的湿水层。这个湿水层的厚度通常取决于毛细上升的高度，即水通过细小孔隙上升的最大高度。毛细带内的一个显著特性是，在细小的孔隙或管道内，水有向下的趋势，这种现象可以解释为存在一种负压，即毛细压力。

毛细管水能传递静水压力，并能在毛细空隙中运动。毛细管水在砂土和粉土层中较多，孔隙大的砂砾层中较少。孔隙过小的粘土其孔隙多为结合水所占据,毛细管水也较少。毛细管水易被植物利用。地下水面离地表较浅时，毛细管水有时会引起土壤沼泽化或盐碱化，以及道路冻胀和翻浆等。毛细管水的研究在农业和工程建筑方面都有重要意义。

毛细管水也可以是指硬化水泥浆体毛细管中所含的可蒸发水。可用水泥浆体的可蒸发水总量与其凝胶水量之差计算其含水量。由于水灰比及养护时间等的不同，其含量不同。当水化开始时其量为原始水的用量，随水化进程毛细管水逐渐减少，到达极限时所有毛细管均为固体的水化产物所填充则降为零。用标准的热力学方法测定得毛细管水的比容是常数，在1.0左右。毛细管水的结合力较弱，脱水温度也较低(一般在105℃下即易失去)。随水化程度的增加，即随水化物填充量增加，而逐渐减少，相应会提高浆体的强度和降低其渗透性。

2、表面张力

水-气分界面，也称为收缩膜或非饱和土中的第四相。表面张力的产生是因为收缩膜内的水分子受力不平衡。水体内部的水分子承受各向同值的力的作用，而收缩膜内的水分子有一指向水体内部的不平衡力的作用。为保持平衡，收缩膜内必须产生张力。

收缩膜承受张力的特性，称为表面张力，符号为σ,表示收缩膜单位长度上的张力(N/m) 大小，其作用方向与收缩膜表面相切，其大小随温度的增加而减小。表面张力使 收缩膜具有弹性薄膜的性状，这种性状同充满气体的气球的性状相似，里面的压力大于外面的压力。

在毛细管周壁，水膜与空气的分界处存在着表面张力σ,，水膜表面张力σ,的作用方向与毛细管成夹角α，毛细管内的水被表面张力提升到自由水面以上hc处，毛细管内水面处即为大气压，若以大气压力为基准，则该处压力为0。

来自《土力学》式中，水膜张力T与温度有关，单位：N/cm或KN/m；10°时，T=7.41×10-4N/cm=7.41×10-5KN/m；方向与毛细管成夹角α，该角度的大小与土颗粒矿物成分和水性质有关；

r为毛细管半径；γw为水的重度。毛细水高hc与毛细管半径r成反比。土颗粒的直径愈小，孔隙直径 (就是毛细管的直径)愈细，则毛细水的高度愈大。

不同土类，土中毛细水高度也不同。若弯液面处毛细水的压力为uc，分析该处水膜的平衡条件，取铅垂方向力的总和为零，则毛细水区域的孔隙水压力uc的绝对值与水头高度hc成正比，负号表示张力，负孔隙水压力(或孔隙水拉力)。自由水位以下为压力，自由水位以上、毛细水区域内为拉力。在自由水位以上，毛细区域内，土骨架受孔隙水的拉力作用，颗粒间受压，这种孔隙水压力称为毛细水压力，毛细水压力呈倒三角形分布。弯液面处最大，自由水位(面)处为零。如果土骨架的孔隙内不完全充满水，即孔隙中含有水和气，这时水多集中于颗粒间的缝隙 处。在水和空气的分界面处，则存在表面张力，形成图中所示的弯液面。这时，孔隙中的水称为毛细角边水。稍湿的砂土颗粒间也存在着某种粘结作用的原因，这种粘结作用并不像粘土一样是因为粒间分子力引起的，而是由毛细水引起的，当土中的水增加，孔隙被水占满，或者水分蒸发，变成干土，毛细角边水消失，颗粒间所引起的压力也消失了，就变成完全的散粒体。