自然界中的土的组成及影响因素

自然界中的土是岩石经风化、搬运、堆积而成的，风化成土的岩石称为母岩，母岩成分、风化性质、搬运过程和堆积环境是决定土的组成的主要因素。而土的组成又是决定地基土工程性质的内因。土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的，通常称为土的三相组成，三相物质的质量和体积比例不同，土的性质也就不同。因此首要的问题是要了解土是由什么物质组成的。

1.土的固相

土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，它们组成了土的骨架。土中的矿物成分可以分为原生矿物和次生矿物两大类。原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母等。次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿物以及碳酸盐等。次生矿物按其在水中的溶解程度可分为易溶的、难溶和不溶的，次生矿物的水溶性对土的性质有极其重要的影响。粘土矿物的主要代表性矿物为高岭石、伊利石和蒙脱石，由于其亲水性不同，当其含量不同时土就显示出不同的工程性质。

在以物理风化为主的过程中，岩石破碎但并不改变其成分，岩石中的原生矿物得以保存下来；但是在化学风化过程中，易风化的矿物如长石、云母等就分解成为次生的粘土矿物，石英等难风化的矿物得以保存下来。粘土矿物是很细小的扁平颗粒，表面具有极强的和水相互作用的能力。颗粒越细，表面积越大，这种亲水能力就越强，对土的工程性质影响也就越大。

风化过程中，在微生物作用下，土中产生复杂的腐殖质矿物，此外还会有动植物残体等有机物，如泥炭等。有机颗粒紧紧地吸附在矿物颗粒的表面形成了颗粒间的连接，但是这种连接的稳定性较差。

从外表上看到的土的颜色，在很大程度上反映了土的固相成分及其含量。红色、黄色和棕色一般表示土中含有较多的三氧化二铁，并说明氧化程度较高。黑色表示土中含有较多的有机质或锰的化合物；灰蓝色和灰绿色的土一般含有亚铁化合物，是在缺氧条件下形成的；白色或灰白色表示土中有机质较少，主要含石英或高岭土等粘土矿物。当然，湿度会影响土的颜色深浅，风干的土颜色比较浅，一般描述的是土在潮湿状态的颜色。

2.土的液相(www.xing528.com)

土的液相是指孔隙中存在的水。通常认为水是中性的，在0°C时冻结，但实际上土中的水是成分十分复杂的电解质水溶液，它和亲水性矿物颗粒表面有着复杂的物理化学作用。按照水与土相互作用程度的强弱，可将土中的水分为结合水和自由水两大类。

结合水是指土颗粒表面水膜中的水。强结合水在最靠近土颗粒表面处，水分子和水化离子排列得非常紧密，以致其密度大于1g/cm3，并有过冷现象，即温度降到冰点不发生冻结现象。在距土粒表面较远的地方，由于引力降低，水分子的排列不如强结合水紧密，水分子可能在渗附压力作用下从较厚水膜或浓度较低处缓慢地迁移到较薄的水膜或浓度较高处，也即可从一个土粒迁移到另一个土粒，这种运动与重力无关，这层不能传递静水压力的水称为弱结合水。

自由水包括毛细水和重力水。毛细水不仅受到重力的作用，还受到表面张力的支配，能沿着土的细孔隙从潜水面上升到一定的高度。这种毛细上升现象是公路路基冻胀翻浆及建筑物返潮的主要原因。重力水在重力或压力差作用下能在土中渗流，对于土颗粒和结构物都有浮力作用，当水头差较大时，在渗流流出处发生渗透破坏。在土力学计算中应当考虑这种渗流及浮力的作用力，在工程施工时充分注意水的影响。

3.土的气相

土的气相是指充填在土的孔隙中的气体，包括与大气连通的和不连通的两类。

与大气连通的气体对土的工程性质没有太大的影响，它的成分与空气相似，当土受到外力作用时，这种气体很快从孔隙中挤出；但是与大气不连通的密闭气体对土的工程性质有很大影响。密闭气体的成分可能是空气、水汽或天然气。在压力作用下这种气体可被压缩或溶解于水中，当压力减小时，气泡会恢复原状或重新游离出来。含气体的土称为非饱和土，非饱和土的工程性质比较复杂，非饱和土力学已成为土力学的一个新分支。在一般土力学中通常研究饱和土的物理力学性质及其计算，常忽略气体的影响。