土

①土與岩石一樣是自然歷史產物。土的性質 由其地質成因、形成時間、地點、環境、方式，以及後生演化和現時產出的條件決定。如乾旱區形成的黃土，濕熱區形成的紅土，靜水區形成的淤泥，它們在性質上截然有別。

②土是由固、液、氣體多相組成的體系。固相是土的主要成分，稱為土的骨架。土顆粒間的孔隙可被液體或氣體充填。完全被水充滿時，形成二相體系的飽水土，性質柔軟；完全被氣體充滿時，則形成二相體系的干土，其性質有的鬆散，有的堅硬。土的孔隙中有液、氣體共存時，則形成濕土，其性質介於飽水土和干土之間，屬三相體系。土中各相系組成的質和量，以及它們之間的相互作用是控制土的工程性質的主要因素。③土是分散體系。根據土顆粒的大小（分散程度），土可分為粗分散體系(粒徑大於2微米),細分散體系（粒徑2～0.1微米），膠體體系（粒徑0.1～0.01微米）,分子體系（粒徑小於0.01微米）。土的工程性質隨著分散程度的變化而改變。④土是多礦物組合體。一種土含有5～10種或更多的礦物，其中次生礦物是主要成分。土遇水產生膠體化學特性，土粒間形成受結合水控制的特殊聯結。這是促使粘土產生複雜性質的根本原因。

一般包括粒度成分、礦物成分和液相成分。

①粒度成分。土粒按粒徑大小及其性質的近似性歸併成粒組，用各粒組佔總土重的百分數表示土的粒度成分。粒度分析結果用累積曲線圖和分佈曲線（柱狀）圖（圖1、2）表示。據累積曲線可圖解出d10、 d30、d50、d60等特徵粒徑值。d10為有效粒徑，累積百分含量為10%的粒徑，是土的有代表性的粒徑，常用於計算潛蝕、透水性和毛細管性的經驗公式中；d50為平均粒徑，指累積含量為50%的粒徑；d30、d60為限制粒徑，指累積含量分別為30%和60%的粒徑。此外，不均勻係數Cu=d60/d10和曲率係數 也是表示粒度成分的定量指標。分佈曲線圖中具有一個較窄的峰者，稱單分散土；具有兩個峰者，稱雙分散土；峰多而平緩者，稱多分散土。

②礦物成分。土中的粗碎屑顆粒多由石英、長石、雲母等原生礦物組成。原生礦物經風化，可溶物被溶蝕后形成不溶於水的次生礦物。其顆粒很細小(小於0.001毫米),是構成粘土的主要成分，故稱粘土礦物。主要代表性粘土礦物是高嶺石、蒙脫石和伊利石。它們的比表面積大、陽離子交換吸附能力強，是控制粘性土產生塑性、膨脹性、收縮性等特殊性質的主要因素。

③液相成分。土中的液相成分通常不全是自由水。根據水分子的活動性可分為毛細管水、結合水、結構水等類型。結合水是土粒與水發生複雜物理－化學作用的產物。土粒表面常分佈有具遊離電價的原子或離子，它們能吸引極性水分子形成水化膜。在水化膜中直接與土粒相接觸，並牢固被吸引的水稱吸附結合水(強結合水)。遠離顆粒表面的水構成濃差滲透吸附結合水(弱結合水)。結合水形成的形式如圖 3。強、弱結合水構成土粒表面雙電層的反離子層，其中弱結合水大體相當於擴散層。結合水的發育是決定粘性土工程性質的主要因素。土中存在一定數量的可溶鹽(NaCl、Na2SO4、CaCl2)。土中的水是水溶液。粘土膠粒從介質水溶液中吸附和交換分子、離子的能力稱土的吸附能力。吸附有物理吸附（無極性吸附）和物理－化學吸附（極性吸附）。後者對土的工程性質的形成和演化有重要影響。在自然條件下，土粒表面荷負電，故陽離子吸附最普遍。吸附陽離子可與其他陽離子按化學當量進行離子交換。 100克干土能吸附陽離子的最大量稱交換容量，以毫克當量表示。粘土膠體通常呈兩性膠體，在等電點以下荷正電，將吸附交換陰離子（Cl、PO婯等），在富含鋁及水鋁英石的粘土中常見此種情況。

土的結構是土的存在形式，是土中礦物顆粒的相互關 系。土的結構特徵除土顆粒的大小、形狀、表面特性及粒度級配特徵外，還包括顆粒間的排列與集合關係，孔隙的大小，顆粒間聯結的特點等。

土的結構類型有下列幾種：

①散粒結構，為粗粒土所特有。其特點是土粒大、比表面積小、粒間無結構聯結，只靠重力相互堆砌而成。按排列程度又可分為疏鬆與緻密兩種。經洪水快速搬運堆積的砂土易於形成疏鬆結構。其特點是孔隙度高，經動荷載作用后易產生壓密變形。海岸帶磨圓度好的砂多具緻密結構。其特點是孔隙度低，經動、靜荷載作用均不易產生重大變形。

②團聚結構，為粘性土特有。其特點是粘土粒子很少單獨存在，而是彼此結合成團聚體。按粒度和團聚體排列的形式此類結構又可分為蜂窩狀、骨架狀、基質狀、紊流狀、層流狀、疇狀、偽球狀和海綿狀等8種類型（圖4）。前 5種為沉積粘土的典型結構，后3種則為殘積或熱液成因粘土的典型結構。蜂窩狀結構是靜水環境中新近沉積粘土的典型結構。它的特點是孔隙度大(60～90%)，濕度高(55～300%),強度低，壓縮性強和各向同性。骨架狀結構比蜂窩狀結構密實，富含粉粒(40～60%),且多處於粘粒包裹之中，具觸變性。基質狀結構以粘粒團聚體為基底，粉砂粒鑲嵌其中，具弱、中等壓密性，是沖積土的典型結構。紊流狀結構系蜂窩狀結構或基質狀結構經成岩壓密形成的，具明顯各向異性，各向異性剪切係數達2.5。在已固結的海積粘土中常見層流狀結構，淡水湖相粘土經後生成岩壓密，亦可有這種結構，它比紊流狀結構的定向程度更高。疇狀結構是殘積高嶺土的典型結構，與長石風化密切相關，在花崗岩風化土中最常見。偽球狀和海綿狀結構是熱液成因粘土的代表結構。

由於土的各物質組成之間的比例和排列不同而表現出的土的輕重、乾濕和松密等自然屬性。表徵土的物態特徵的指標如下：

①土粒密度，土中固體顆粒的質量與其體積之比，即土粒的單位體積的質量;

②天然密度，天然狀態下，土的總質量與總體積之比；

③干密度，土的孔隙中完全沒有水時，土的單位體積的質量；

④含水率，土中所含水分的質量與固體顆粒質量之比，常以百分數表示；

⑤孔隙率：土的孔隙體積與土的總體積之比，常以百分率表示；

⑥孔隙比，土的孔隙體積與土粒體積之比，常用小數表示；

⑦飽和度，土的孔隙中水的充填度，即土中水的體積與孔隙體積的百分比值。

地殼上的土，種類繁多，為便於研究與實際應用，可按土的工程性質近似地歸類，粒度組成一直是土的分類的基本依據。世界上幾個國家的土的粒組界限值見表。

按粒度，土首先分為顆粒直徑大於0.074毫米者占 50%以上的粗粒土和顆粒直徑小於0.074毫米者佔50%以上的細粒土，粗粒土再細分的標準仍是粒度組成，顆粒直徑大於 2毫米者佔50%以上的為礫石類土，否則為砂類土。但細粒土的性質與粒度的關係不如其與水的關係密切，故世界各國普遍採用塑性指標作為劃分細粒土的標準。分類方法是將實際測得的塑性指標值點在塑性圖上，據其位置歸類。此外，還有以地質成因或礦物成分為劃分標準的分類法。

土的水理性質一般指的是粘性土的液限、塑限（由實驗室測得）及由這兩個指標計算得來的液性指數和塑性指數。這幾個指標也是工程中必需提供的。對於飽和粘性土還有靈敏度和觸變性。

粘性土由於含水量的不同，分為固態、可塑狀態和流動狀態，這即是粘性土的稠度狀態。各稠度狀態間的臨界含水量稱界限含水量，界限含水量隨粘粒含量和礦物成份的不同變化較大，也反映出工程地質性質的顯著差別。因此界限含水量及界限含水量與天然含水量的關係，即塑性指數和液性指數，往往作為土的分類和確定地基承載力的重要參數。

天然狀態下的粘性土具有一定的結構。當受到外來因素的擾動時，土粒間的膠結物質以及土粒、離子、水分子所組成的平衡體系受到破壞，土的強度降低和壓縮性增大。土的結構性對強度的這種影響，一般用靈敏度來反映。