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在自然界中，根据所处位置的含水情况，土体一般分为饱和土与非饱和土。分布在水位线以下区域的，称为饱和土，主要由土颗粒和水组成；而水位线以上的土体，其孔隙由水和空气充填，即土体饱和度未达到100%，一般称为非饱和土。非饱和土分布非常广泛，如路基填土区域、边坡、干旱地区、半干旱地区及垃圾填埋场等。据统计，非饱和土占我国国土总面积的近70%，故在目前工程中，建筑人员遇到的大部分土体是非饱和土。显然，工程稳定性分析需要考虑非饱和土的性质。然而，人们对非饱和土力学性质的了解，还远不如对饱和土力学性质的了解 [1] 。目前，非饱和土还处于理论研究阶段，它的物理力学性质比饱和土复杂得多，但依然依照饱和土的处理方法处理和分析。然而，工程师遇到的地质灾害大部分是在非饱和土区域产生的，如地基膨胀造成房屋开裂、降雨诱发滑坡、路面塌陷和水库诱发地震等。因此，对非饱和土的研究不仅具有理论意义，而且具有非常重要的应用价值 [2] 。
在地质学领域，各种膨胀岩的风化产物称为膨胀土。土体内含有大量的蒙脱石、伊利石等黏土矿物，这些黏土矿物具有很好的亲水性，随着含水量的增加，土体膨胀，体积增大，此时若受外力约束，土体内会产生较强的内应力。膨胀土的这种显著的吸水膨胀、失水收缩的变形特征，给工程带来了严重的安全隐患。《膨胀土地区建筑技术规范》（GB 50112—2013）和《岩土工程勘察规范（2009年版）》（GB 50021—2001）中对膨胀土特性均有详细的描述。在我国，膨胀土主要分布于干旱地区和半干旱地区，面积已超过10万平方千米 [3] 。这些地区的膨胀土常常处于非饱和状态，即非饱和膨胀土。近几年，随着我国经济的稳步推进，这些地区的经济建设取得了较大的发展，建筑、工业、水利水电、农业、公路铁路等工程中均会遇到非饱和膨胀土，因此非饱和膨胀土的研究对实际工程日益重要。但其具有的吸水膨胀、失水收缩且往返可复的特性，常对工程造成危害，如建筑物地基隆起、墙体开裂或倾斜。目前，因非饱和膨胀土发生危害的地区多达二十多个省、直辖市及自治区。不仅如此，在市政工程中，道路开裂、地下管网的沉陷或网裂；或者水利工程中的大坝决堤、岸塌及砌体的开裂等，这些都是土体中水分的变化引起的。可见，膨胀土工程的特性明显受其含水量的影响和控制。而土体中含水量的变化主要是由水分迁移引起的，当膨胀土体中含水量改变时，孔隙水压力也随之发生变化，进而引起土体有效应力的改变，此时土体的强度和变形也发生改变 [4] 。同时，水分在迁移过程中，所产生的渗透力会影响土坡的稳定性。为此，人们对非饱和膨胀土的水分迁移特性日益重视。
因为水分迁移会引起土体含水量的变化，而膨胀土又有吸水膨胀和失水收缩的工程特性，所以掌握膨胀土的水分迁移规律，对研究非饱和膨胀土的力学特性和应用有着十分重要的意义 [5-6] 。在非饱和土地区，土体中的水分主要以液态水和水蒸气两种方式进行迁移。许多学者通过试验、数值模拟等方法对其在土体中的迁移变化进行了分析，目前针对液态水的研究较多，也得到了许多有意义的结论，为解决工程问题提供了一定的理论支持 [7-11] 。受气态水迁移复杂性及试验条件的限制，人们对气态水迁移的研究工作进行得相对较少，对气态水迁移的规律不甚清楚。事实上，气态水的迁移不容忽视，在低含水量的非饱和土的水分迁移行为中起着重要作用。水分在土壤中的迁移是一个能量和质量耦合传输过程，研究过程较复杂，本书对前人在水分迁移方面的研究成果进行总结，就理论、试验、数值分析及微观特性的国内外研究现状分别进行阐述，为后续的研究工作奠定基础。