土是巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸殊的顆粒，經(jīng)過(guò)不同方式的搬運(yùn)，在各種自然環(huán)境中生成的沉積物。它是由作為土骨架的固態(tài)礦物顆粒、孔隙中的水及其溶解物質(zhì)以及氣體組成。因此，土是由顆粒（固相）、水（液相）和氣體（氣相）所組成的三相體系。不同土的顆粒大小和礦物成分差異很大，三相間的數(shù)量比例也各不相同，土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造也有多種類(lèi)型。

　　土的物理性質(zhì)，如輕重、松密、干濕、軟硬等在一定程度上決定了土的力學(xué)性質(zhì)，它是土的基本的工程特性。土的物理性質(zhì)則是由三相組成物質(zhì)的性質(zhì)、相對(duì)含量以及土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造等因素決定。在進(jìn)行土力學(xué)計(jì)算及處理地基基礎(chǔ)問(wèn)題時(shí)，不僅要知道土的物理性質(zhì)特征及其變化規(guī)律，了解各類(lèi)土的特性，還必須熟練掌握反映土的三相組成比例和狀態(tài)的各指標(biāo)的定義、測(cè)定方法和指標(biāo)間存在的換算關(guān)系，熟悉按有關(guān)特征及指標(biāo)對(duì)地基土進(jìn)行工程分類(lèi)及初步判定土體的工程性質(zhì)。

　　本項(xiàng)目主要介紹土的成因、土的三相組成、土的物理性質(zhì)及指標(biāo)換算、無(wú)黏性土和黏性土的物理狀態(tài)指標(biāo)及土的工程分類(lèi)等內(nèi)容。這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)是土力學(xué)所必需的基本知識(shí)，也是評(píng)價(jià)土的工程性質(zhì)、分析與解決土的工程技術(shù)問(wèn)題的基礎(chǔ)。

　　任務(wù)土的認(rèn)識(shí)

　　一、任務(wù)介紹

　　土是巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積而形成的大小懸殊的顆粒，是覆蓋在地表碎散的、沒(méi)有膠結(jié)或弱膠結(jié)的顆粒堆積物。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中，地球表面的整體巖石在大氣中經(jīng)受長(zhǎng)期的風(fēng)化作用而破碎，在各種內(nèi)力和外力的作用下，在各種不同的自然環(huán)境中堆積下來(lái)形成土。堆積下來(lái)的土在長(zhǎng)期的地質(zhì)年代中發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化，經(jīng)壓密固結(jié)、膠結(jié)硬化，終又形成巖石。工程上遇到的土大多數(shù)是第四紀(jì)沉積物，是土力學(xué)研究的主要對(duì)象。土是由固體顆粒、水和空氣所組成的三相體系。本任務(wù)主要介紹土的成因類(lèi)型、土的顆粒組成、礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造等知識(shí)，這些是從質(zhì)的方面了解土的性質(zhì)的依據(jù)。

　　二、理論知識(shí)

　　1.土的成因

　　1）風(fēng)化作用

　　巖石在其存在、搬運(yùn)和沉積的各個(gè)過(guò)程中都在不斷風(fēng)化。巖石風(fēng)化后變成粒狀的物質(zhì)，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，透水性增強(qiáng)。風(fēng)化作用根據(jù)其性質(zhì)和影響因素的不同，可分為物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化三種類(lèi)型。它們經(jīng)常是同時(shí)進(jìn)行又相互加劇發(fā)展的進(jìn)程。

　�。�1）物理風(fēng)化。

　　長(zhǎng)期暴露在大氣中的巖石由于受到溫度、濕度變化等各種氣候因素的影響，體積經(jīng)常膨脹、收縮，從而逐漸崩解、破裂，或者在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因?yàn)榕鲎埠湍Σ炼�破碎，形成大小和形狀各異的碎塊，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為物理風(fēng)化。物理風(fēng)化的過(guò)程僅使巖石機(jī)械破碎，僅限于體積大小和形狀的改變，其化學(xué)成分并沒(méi)有發(fā)生變化。風(fēng)化產(chǎn)物的礦物成分與母巖相同，稱(chēng)為原生礦物，如石英、長(zhǎng)石和云母等。砂、礫石和其他粗粒土即無(wú)黏性土就是物理風(fēng)化的產(chǎn)物。

　�。�2）化學(xué)風(fēng)化。

　　地表巖石在水溶液、氧氣、二氧化碳以及有機(jī)物、微生物的化學(xué)作用或生物化學(xué)作用下引起的破壞過(guò)程稱(chēng)為化學(xué)風(fēng)化。它不僅破壞巖石的結(jié)構(gòu)，而且使其化學(xué)成分改變，從而形成與原來(lái)巖石顆粒成分不同的新的礦物，稱(chēng)為次生礦物。化學(xué)風(fēng)化所形成的細(xì)粒土之間具有黏結(jié)能力，該產(chǎn)物為黏土礦物，如蒙脫石、伊利石和高嶺石等，通常稱(chēng)為黏性土�；瘜W(xué)風(fēng)化主要有氧化、水化、水解、溶解和碳酸化等作用。

　�。�3）生物風(fēng)化。

　　生物活動(dòng)過(guò)程中對(duì)巖石產(chǎn)生的破壞過(guò)程稱(chēng)為生物風(fēng)化。如穴居地下的蚯蚓的活動(dòng)、樹(shù)根生長(zhǎng)時(shí)施加給周?chē)鷰r石的壓力、鼠類(lèi)活動(dòng)等都可以引起巖石的機(jī)械破碎。生長(zhǎng)在巖石表面的細(xì)菌、苔蘚類(lèi)植物分泌的有機(jī)酸溶液可產(chǎn)生化學(xué)作用，分解巖石的成分，促使巖石發(fā)生變化。

　　2）土的沉積

　　土在地表分布極廣，成因類(lèi)型也很復(fù)雜。不同成因類(lèi)型的沉淀物，各具有一定的分布規(guī)律、地形形態(tài)及工程性質(zhì)，下面簡(jiǎn)單介紹幾種主要類(lèi)型。

　�。�1）殘積物。

　　殘積物是殘留在原地未被搬運(yùn)的那一部分原巖風(fēng)化剝蝕后的產(chǎn)物，如圖1��1所示。其分布主要受地形的控制，如在寬廣的分水嶺地帶及平緩的山坡，殘積土較厚。殘積土與基巖之間沒(méi)有明顯的界線，一般分布規(guī)律為，上部殘積土、中部風(fēng)化帶、下部新鮮巖石。

　　殘積物的主要工程特性：①顆粒礦物成分與下臥基巖相同；②厚度變化大，均勻性差；③孔隙大，易透水和產(chǎn)生不均勻沉降。

　�。�2）坡積物。

　　坡積物是指由于雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石的風(fēng)化產(chǎn)物緩慢地沖刷、剝蝕或由于重力的作用，順著斜坡向下逐漸移動(dòng)，沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物，如圖1��2所示。

　　坡積物的工程性質(zhì)特征：①顆粒隨斜坡自上而下呈現(xiàn)由粗而細(xì)的分選現(xiàn)象；②顆粒成分與坡上的殘積土基本一致，與下臥基巖沒(méi)有直接關(guān)系，這是它與殘積物明顯的區(qū)別；③組成物質(zhì)粗細(xì)顆�；祀s，土質(zhì)不均勻，并且其厚度變化很大（上部有時(shí)不足一米，下部可達(dá)幾十米），尤其是新近堆積的坡積物，土質(zhì)疏松，壓縮性較高；④由于坡積物形成于山坡，常常發(fā)生沿下臥基巖傾斜面滑動(dòng)。

　　圖1��1殘積物示意圖

　　圖1��2坡積物示意圖

　�。�3）洪積物。

　　碎屑物質(zhì)經(jīng)暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時(shí)性山洪急流挾帶在山溝的出口處或山前傾斜平原堆積形成的洪積土體稱(chēng)為洪積物。山洪攜帶的大量碎屑物質(zhì)流出溝谷口后，因水流流速驟減而呈扇形的沉積體，稱(chēng)為洪積扇，如圖1��3所示。

　　洪積物的工程特征：①具有分選性；②常具有不規(guī)則的交替層理構(gòu)造，并具有夾層、尖滅或透鏡體等構(gòu)造；③近山前的洪積物具有較高的承載力，壓縮性低；④遠(yuǎn)山地帶的洪積物顆粒較細(xì)，成分較均勻，厚度較大。

　　圖1��3洪積物示意圖

　　（4）沖積物。

　　河流兩岸的基巖及其上部覆蓋的松散物質(zhì)，被河流流水剝蝕后，經(jīng)搬運(yùn)、沉積于河道坡度較平緩的地帶而形成的沉積物稱(chēng)為沖積物。沖積物的特點(diǎn)是具有明顯的層理結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的搬運(yùn)過(guò)程，顆粒磨圓度好。隨著從上游到下游的流速逐漸減慢，沖積物具有明顯的由粗到細(xì)的分選現(xiàn)象，常形成砂層和黏性土層交疊的地層。

　　沖積物的工程特征：①分布在河床、沖積扇、沖積平原或三角洲中，沖積層的成分非常復(fù)雜，河流匯水面積內(nèi)的所有巖石和土都能成為該河流沖積層的物質(zhì)來(lái)源；②分選性好、層理明顯、磨圓度高；③分布廣，表面坡度比較平緩，多數(shù)大、中城市都坐落在沖積層上；④沖積層中的砂、卵石、礫石層常被選用為建筑材料。

　�。�5）其他沉積物。

　　除了上述幾種成因類(lèi)型的沉積物外，還有海洋沉積物、湖泊沉積物、冰川沉積物、海陸交互相沉積物和風(fēng)積物等，它們分別是由海洋、湖泊、冰川及風(fēng)化的地質(zhì)作用而形成。

　　湖浪沖蝕湖岸而形成的碎屑物質(zhì)在湖內(nèi)或湖心沉積下來(lái)而形成湖相沉積物。在靠近湖岸地段沉積下來(lái)的多是粗顆粒的卵石、圓礫和砂土。遠(yuǎn)岸或湖心沉積下來(lái)的則是細(xì)砂或黏土，因此，近岸地區(qū)土的強(qiáng)度較高，而湖心差。