1.1 土的成因

1.1.1 土的生成

土是岩石经风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程的产物，是由固体颗粒、水和气体组成的三相分散体系。在漫长的地质历史中，地壳岩石在相互交替的地质作用下风化、破碎为散碎体，在风、水和重力等作用下，被搬运到一个新的位置沉积下来形成“沉积土”。

风化作用与气温变化、雨雪、山洪、风、空气、生物活动等 （也称为外力地质作用）密切相关，一般分为物理风化、化学风化和生物风化3种。由于气温变化，岩石胀缩开裂，崩解为碎块的属于物理风化，这种风化作用只改变颗粒的大小与形状，不改变矿物成分，形成的土颗粒较大，称为原生矿物；由于水溶液、大气等因素影响，使岩石的矿物成分不断溶解水化、氧化，碳酸盐化引起岩石破碎的属于化学风化，这种风化作用使岩石的矿物成分发生改变，土的颗粒变得很细，产生次生矿物；由于动物、植物的生长使岩石破碎的属于生物风化，这种风化作用具有物理风化和化学风化的双重作用。

在地质学中，把地质年代划分为五大代(太古代、元古代、古生代、中生代和新生代)，每代又分若干纪，每纪又分若干世。上述“沉积土”基本是在离我们最近的新生代第四纪(Q)形成的，因此也把土称为第四纪沉积物。由于沉积的历史不长(表1.1)，尚未胶结岩化，通常是松散软弱的多孔体，与岩石的性质有很大差别。根据不同的成因条件，主要的第四纪沉积物有残积物、坡积物、洪积物、冲积物、海洋沉积物、湖泊沉积物、冰川沉积物及风积物等。

1.1.2 土的结构和构造

1.土的结构

土的结构是指土在生成过程中所形成土粒的空间排列及其连接形式，通常认为有单粒结构、蜂窝结构和絮状结构3种。

（1）单粒结构。单粒结构是由粗大土粒在水或空气中下沉而形成的。全部由砂粒及更粗土粒组成的土都具有单粒结构。因其颗粒较大，土粒间的分子吸引力相对很小，所以颗粒间几乎没有连接，至于未充满孔隙的水分只可能使其具有微弱的毛细水连接。单粒结构可以是疏松的，也可以是紧密的 （图1.1）。

呈紧密状单粒结构的土，由于其土粒排列紧密，在动荷载、静荷载作用下都不会产生较大的沉降，所以强度较大，压缩性较小，是较为良好的天然地基。

具有疏松单粒结构的土，其骨架是不稳定的，当受到震动及其他外力作用时，土粒易于发生移动，土中孔隙剧烈减少，引起土的很大变形。因此，这种土层如未经处理一般不宜作为建筑物的地基。

（2）蜂窝结构。蜂窝结构主要由粉粒（粒径在0.005～0.075mm）组成的土的结构形式。据研究，粒径在0.005～0.075mm左右的土粒在水中沉积时，基本上是以单个土粒下沉，当碰上已沉积的土粒时，由于它们之间的相互引力大于其重力，因此，土粒就停留在最初的接触点上不再下沉，形成具有很大孔隙的蜂窝状结构（图1.2），具有松散、强度低、压缩性高等特性。

（3）絮状结构。絮状结构是由黏粒（粒径小于0.005mm）集合体组成的结构形式。黏粒能够在水中长期悬浮，不因自重而下沉。当这些悬浮在水中的黏粒被带到电解质浓度较大的环境中（如海水）,黏粒凝聚成絮状的集粒（黏粒集合体）而下沉，并相继和已沉积的絮状集粒接触，而形成类似蜂窝而孔隙很大的絮状结构（图1.3），这类结构由于含有大量孔隙而具有高压缩性。

在上述三种结构中，以密实的单粒结构土的工程性质最好,后两种结构土，如因扰动破坏天然结构，则强度低、压缩性大，不可作为天然地基。

2.土的构造

土的构造是指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征，是从宏观的角度研究土的组成。一般可分为层状构造和裂隙构造。

（1）层状构造。土粒在沉积过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同，沿竖向呈层状特征。常见的有水平层理构造［图1.4（a）］和带有夹层、尖灭和透镜体等交错层理构造［图1.4（b）］。

（2）裂隙构造。土体被许多不连续的小裂隙所分割，在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物。不少坚硬和硬塑状态的黏性土具有此种构造（图1.5）。黄土具有特殊的柱状裂隙。裂隙破坏土的整体性，增大透水性，对工程不利。

此外，土中的包裹物(如腐殖物、贝壳、结核体)以及天然或人为的孔洞等构造特征也造成土的不均匀性。