土壤或者其他巖土材料等多孔介質中的氣液界面的幾何特征和物理性質反映了多孔介質中水的賦存狀態，并影響著多孔介質的水力和力學特性。對于亞微米級或者納米級孔隙，多孔介質的固體基質對液體有著強烈的吸附作用并對氣液界面的幾何特征和物理特性產生不可忽略的影響。

　　中國科學院武漢巖土力學研究所董毅研究員，長期致力于包括多孔介質多相流涉及的熱質運移、相變等相關理論在內的多相巖土介質力學與工程方面的研究。針對吸附作用如何影響孔隙中的氣液界面性質這一問題，基于熱力學原理，通過變分法推導了描述兩個理想化孔隙中氣液界面的具體廣義楊-拉普拉斯方程；通過引入分離壓力中的范德華力、靜電力以及結構力來描述吸附作用，詳細分析了吸附作用對氣液界面形態和曲率等幾何特征以及界面氣水壓力差這一物理特性的影響，并從含水量和孔隙尺寸這兩個角度探討了尺度效應如何增強吸附作用對氣液界面的影響以及固體表面濕潤性隨尺度的變化；通過氣液界面的界面輪廓參數表征了基質勢和粒間作用力與孔隙含水量的關系曲線，描述分析了吸附作用對孔隙水力和力學特性的影響。這些研究成果對于研究與氣液界面性質相關的液體相變、結晶生長以及液體空化過程中的氣泡成核等物理化學過程提供了理論基礎，也為研究吸附作用如何影響自然多孔介質和其他土工材料的持水特性和力學特性提供了基本框架。  

　　上述研究獲得了國家自然科學基金NSFC- 41702338和 NSFC- 51779254的資助，成果以論文“How solid–liquid adsorption affects the liquid–vapor interface in pores”發表于SSSAJ期刊Vadose zone journal。  

　　論文鏈接： https://doi.org/10.1002/vzj2.20214  

圖1 考慮吸附作用時兩球顆粒間氣液界面物理模型示意圖  

圖2 球顆粒間不同半填充角的氣液界面輪廓以及界面曲率和界面壓力差分布  

　　 圖2 球顆粒間不同半填充角的氣液界面輪廓以及界面曲率和界面壓力差分布