第一章 土的物理性质与分类

1. 土的物理性质与分类

岩石风化的产物

定义：土是地球表面岩石经风化作用形成的碎散颗粒群体，由土骨架及其孔隙中的水与气体组成。

循环过程：岩石→风化→土→沉积压密→沉积岩→风化→土...（沧海桑田循环）

工程土特点：90%以上为第四纪（Q）形成的土体，距今时间从几千年到百万年不等。

年代划分：

全新世（$Q_4$）：距今1.3万年以内

• 早期（$Q_{4-1}$）：1.3-0.75万年
• 中期（$Q_{4-2}$）：0.75-0.25万年
• 晚期（$Q_{4-3}$）：<0.25万年

更新世（Qp）：距今1.3-71万年

• 晚更新世（$Q_3$）：12.8-1.3万年
• 中更新世（$Q_2$）：71-12.8万年
• 早更新世（$Q_1$）：>71万年

工程特性：

• 全新世中晚期（$Q_{4-2}$、$Q_{4-3}$）土体：欠固结，强度低（如湿陷性黄土）
• 更新世（$Q_3$-$Q_1$）土体：固结程度高，强度好（$Q_1$土体接近岩石硬度）

风化作用类型

• 物理风化：

  • 特点：机械破坏，颗粒由大变小（量变）
  • 产物：原生矿物（石英、长石、云母）
  • 工程表现：砂土、碎石土（亲水性差，无粘结性）
  • 影响因素：温度变化、冻融、盐结晶、应力释放

  化学风化：

  • 特点：矿物成分改变（质变）
  • 产物：次生矿物（高岭石、蒙脱石等黏土矿物）
  • 工程表现：黏性土（亲水性强，可塑性好）
  • 反应类型：
    • 水解：正长石→高岭石
    • 水化：${\mathrm{CaSO}}_4$→${\mathrm{CaSO}}_4·2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
    • 氧化：${\mathrm{FeS}}_2$→${\mathrm{FeSO}}_4·7{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

  生物风化：

  • 植物根系作用
  • 动物洞穴作用
  • 人类工程活动影响

土的工程分类依据

• 沉积年代：Q4与Qp土体强度差异显著
• 矿物组成：
  • 原生矿物：颗粒大，亲水性差（如砂土）
  • 次生矿物：颗粒小，亲水性强（如黏土）
• 风化程度：
  • 物理风化为主→粗粒土
  • 化学风化为主→细粒土