1.2 土的组成
土是由固体颗粒、水和气体组成的三相分散体系。固体颗粒构成土的骨架，是三相体系中的主体，水和气体填充土骨架之间的空隙，土体三相组成中每一相的特性及三相比例关系对土的性质有显著影响。
1.2.1 土的固体颗粒
土中固体颗粒（简称土粒）的大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的主要因素。
1.粒组的划分
在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化，如土的性质随着粒径的变细可塑性从无到有、黏性从无到有、透水性从大到小、毛细水从无到有等。工程中常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组。根据《土的工程分类标准》（GB/T 50145—2007），将土粒划分为若干粒组，见表1.2。
表1.2 土粒粒组的划分
注 1.漂石、卵石颗粒均呈一定的磨圆形状（圆形或亚圆形）；块石、碎石颗粒都带有棱角。
2.黏粒或称黏土粒，粉粒或称粉土粒。
2.土的颗粒级配
工程上土常常是不同粒组的混合物，而土的性质主要取决于不同粒组的相对含量。土的颗粒级配（又称土的粒度成分）是指粒径大小不同土粒的搭配情况，通常以土中各个粒组的相对含量的百分比来表示。为了了解各粒组的相对含量，就需进行颗粒分析，颗粒分析的方法有筛分法、密度计法和移液管法。筛分法适用于粒径为0.075～60mm的土，粒径小于0.075mm的土用密度计法或移液管法。下面重点介绍筛分法。
根据《土工试验方法标准》（GB/T 50123—1999）规定，试验时，将烘干的均匀土样放入一套孔径不同的标准筛，标准筛分粗筛和细筛两种，粗筛的孔径为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm，细筛的孔径为2.0mm、1.0mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm，经筛析机上下震动，将土粒分开，称出留在每个筛上的土重，即可求出留在每个筛上土重的相对含量。
根据筛分试验结果，绘制图1.6所示半对数表达的颗粒级配曲线，横坐标代表粒径，以对数坐标表示；纵坐标表示小于（或大于）某粒径的土粒的累计百分含量。从级配曲线a和b中可以看出，曲线a所代表的土样含的土颗粒粒径范围广，粒径大小相差悬殊，曲线较平缓，级配良好；而曲线b所代表的土样含的土颗粒粒径范围窄，粒径大小差不多，土粒较均匀，级配不良。
图1.6 颗粒级配曲线
常用两个级配指标不均匀系数Cu和曲率系数Cc描述土的级配特征。
式中 d10——有效粒径，小于某粒径的土粒质量占总质量的10%时相应的粒径；
d30——中值粒径，小于某粒径的土粒质量占总质量的30%时相应的粒径；
d60——限定粒径，小于某粒径的土粒质量占总质量的60%时相应的粒径。
如图1.6所示，曲线a的Cu值大于曲线b的Cu值。曲线a所代表的土样较试样b更不均匀，但级配良好，作为填方工程的土料时，比较容易获得较大的密实度。
不均匀系数Cu反映大小不同粒组的分布情况。Cu越大，表示土粒大小的分布范围越广，其级配越良好。曲率系数Cc反映曲线的整体形状。《土的工程分类标准》（GB/T 50145—2007）规定，对于砂类或砾类土，当细粒含量小于5%、级配Cu≥5且Cc=1～3时，为级配良好的砂或砾；不能同时满足上述条件时，为级配不良的砂或砾。级配良好的土，其强度和稳定性较好，透水性和压缩性较小，是填方工程的良好用料。
3.土粒的矿物成分
土粒的矿物成分取决于母岩的矿物成分及风化作用。粗大的土粒往往是岩石经物理风化作用形成的原生矿物，其矿物成分与母岩相同，常见的如石英、长石、云母等，一般砾石、砂等都属此类。这种矿物成分的性质较稳定，由其组成的土表现出无黏性、透水性较大、压缩性较低等性质。细小的土粒主要是岩石经化学风化作用形成的次生矿物，其矿物成分与母岩完全不同，如黏土矿物的蒙脱石、伊利石、高岭石等。次生矿物性质不稳定，具有较强的亲水性，遇水膨胀，脱水收缩。上述3种黏土矿物的亲水性依次减弱，蒙脱石最大，伊利石次之，高岭石最小。
1.2.2 土中的水
土中的水按其形态可分为液态水、固态水、气态水。固态水是指土中的水在温度降至0℃以下时结成的冰。水结冰后体积会增大，使土体产生冻胀，破坏土的结构，冻土融化后使土体强度大大降低。气态水是指土中出现的水蒸气，一般对土的性质影响不大。液态水除结晶水紧紧吸附于固体颗粒的晶格内部外，还存在结合水和自由水两大类。
1.结合水
结合水是受土粒表面电场吸引的水，分为强结合水和弱结合水两类。
强结合水指紧靠于土粒表面的结合水，所受电场的作用力很大，几乎完全固定排列，丧失液体的特性而接近于固体。强结合水的特征：没有溶解能力，不能传递静水压力，冰点为-78℃。
弱结合水是强结合水以外、电场作用范围以内的水，但电场作用力随着与土粒距离增大而减弱，可以因电场引力从一个土粒的周围转移到另一个土粒的周围。其特征不能传递静水压力，呈黏滞状态，在外界压力下可以挤压变形，对黏性土的物理力学性质影响较大。
2.自由水
自由水是不受土粒电场吸引的水，其性质与普通水相同，分为重力水和毛细水两类。
重力水存在于地下水位以下的土孔隙中，它能在重力或压力差作用下流动，能传递水压力，对土粒有浮力作用。
毛细水存在于地下水位以上的土孔隙中，由于水和空气交界处弯液面上产生的表面张力作用，土中自由水从地下水位通过毛细管(土粒间的孔隙贯通，形成无数不规则的毛细管)逐渐上升，形成毛细水。毛细水按其与地下水有无联系可分为毛细悬挂水和毛细上升水。根据物理学可知，毛细管直径越小，毛细水的上升高度越高，故粉粒土中毛细水上升高度比砂类土高，在工程中要注意地基土湿润、冻胀及基础防潮。
1.2.3 土中的气体
土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。在粗粒的沉积物中常见到与大气相连通的空气，受到外力作用时，容易从孔隙中挤出，它对土的力学性质影响不大。在细粒土中则常存在与大气隔绝的封闭气体，可能是空气、水气或天然气，使土在外力作用下的弹性变形增加，透水性减小，压缩性增大。