毛细水是非饱和土中水分场的重要组成部分,其渗流和分布对土的微观结构、力学和工程性质具有重要影响。因此,研究毛细水最大上升高度、上升速率、上升水量及其对土的强度影响,并通过模型进行定量分析,是工程岩土学和土壤学中的一个重要研究课题。水分场主动加热光纤法(AHFO)具有长距离、分布式原位监测优势,在非饱和土的水分场监测中得到越来越多的应用。本文采用这一方法,并结合GreenAmpt模型、Terzaghi模型和Lucas-Washburn模型,对非饱和土中毛细水的渗流和分布规律进行了监测和评价,相关研究工作和成果总结如下:(1)梳理了毛细水渗流和分布规律的研究历程和发展现状,总结了目前常规土中含水率的测量方法及其优缺点,重点介绍了AHFO法的监测原理与技术优势。(2)基于土中水分的动力分析和运动特征,推导出了用于描述渗流过程水力学规律的Richards模型,并得出了描述毛细管流的Young-Laplace方程,在此基础上基于不同假设条件,得到了描述土中毛细水渗流的Green-Ampt模型、Terzaghi模型和Lucas-Washburn渗吸模型等,并对比分析了不同模型的假设条件和理论特征。(3)开展了层状土中毛细水渗流试验,结合毛细水上升规律预测模型(Terzaghi模型、Green-Ampt模型)和毛细水最大上升高度预测模型(Lane模型、Peck模型),分析了均质土中毛细水的上升规律和各阶段特征,提出了前一阶段使用Terzaghi模型,后一阶段使用Green-Ampt模型以提高预测精度的分析思路。分析结果表明:Peck模型比Lane模型对毛细水最大上升高度的预测值更加准确,且形式简单,参数易得,建议在工程实践中采用Peck模型。(4)在试验的基础上,获得了均质土中毛细水入渗速率和上升高度的规律,通过Green-Ampt模型反演得到了土的饱和渗透系数与湿润锋处的基质吸力,并通过理论分析验证了非饱和土的渗透系数小于饱和土渗透系数的结论。(5)在均质土与层状土含水率分布AHFO测试结果的基础上,结合LucasWashburn渗吸模型,分析了毛细水上升过程的渗流规律和稳定后的分布特征,发现了不同土层组合的层状土中毛细水在上升过程中的“毛细屏障”现象,并对毛细水在不同土层中的运动速率和含水率分布等进行了机理分析,认为这些现象和差异是由于层状土中基质吸力、导水率、颗粒粘性阻力不连续变化造成的,并提出了适用于描述层状土渗流规律的Improved Lucas-Washburn修正模型。(6)在延安甘谷驿镇黄土区域开展了竖向试坑和横向流域的水分场监测,分析了黄土区域水分场一年四季的渗流规律和影响因素。竖向试坑中土质分析和监测结果显示,土体颗粒组成成分会影响毛细水渗流和最终分布情况,粉粒越多、砂粒越少时土中含水率较高,当有粘粒存在时基质吸力增大,会使土中含水率增大。根据横向流域监测结果,对于斜坡,从坡下到坡上含水率缓慢递减,50cm埋深处土的体积含水率大于10cm埋深处,但是由于下层干密度大于上层,10cm埋深处土的质量含水率大于50cm埋深处。同时,在野外现场通过模拟降雨入渗过程验证了Greet-Ampt模型在黄土渗流中的适用性。