文档介绍：第一节土的形成与物质组成
一、土的形成
“土”一词在不同的学科领域有其不同的涵义。就土木工程领域而言，土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物。土与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的强弱。
物理风化——指岩石经受风、霜、雨、雪长石、云母等硅酸盐矿物经化学风化形成的，硅酸盐矿物由两部分构成，即硅氧四面体和铝氢氧八面体。
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硅氧四面体：
由一个硅原子和四个氧原子以相等距离堆成四面体形状，硅居其中央，氧占据四个顶点（图2-2a）。四面体中的三个氧被共用，横向连结成六角形的网格（图2-2b）。四面体的底在一个平面上，所有尖端指向同一方向。每个硅原子有四个正电荷，每个氧原子有两个负电荷，这样四面体排列成的六角网格片状结构中，每个硅氧四面体都具有一个负电荷。
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铝氢氧八面体：
由六个氢氧离子围绕一个铝离子构成的八面体晶片（图2-3a）。由八面体组合的网片中每个氢氧离子均为三个相邻的八面体共有，许多八面体以这种方式连结在一起，形成八面体单位的片状结构（图2-3b）。铝为正三价，氢氧为负一价，每个八面体只能以两个负电荷抵消铝离子的两个正电荷，还剩下一个正电荷，故每个八面体都是正一价的。
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硅氧四面体和铝氢氧八面体这两种基本单元以不同的比例组合，就形成了不同类型的粘土矿物。
土中常见的粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石三大类。
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a. 高岭石：一层硅氧四面体晶片和一层铝氧八面体晶片结合，形成一个单位晶胞，如图1-2b。由于每个硅氧四面体具有一个负电荷，每个铝氧八面体带有一个正电荷，使两者以离子键（氢键）形成牢固连结，形成一个单位晶胞。高岭石的构造就是这种晶胞在水平面上无限延伸，沿垂直方向相互重叠而成。高岭石晶胞间具有较强的氢键连结，水较难渗入其间，其颗粒一般较粗，亲水性弱，因而主要由这类矿物组成的土，膨胀性和压缩性都较低。
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高岭石的微结构形貌特征
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b. 蒙脱石：
蒙脱石单位晶胞的上下面均为硅氧四面体晶片，中间夹一个铝氧八面体晶片，如图1-2a。蒙脱石的构造就是许多上述晶胞在水平面上延伸，并顺着垂直方向一层层叠置而成的。由于晶胞两边都为带负电荷的硅氧四面体，相邻晶胞间由相同的氧原子相接。
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这种连结既弱也不稳固，水分子很容易楔入其间，以致将其分散为极细小的鳞片状颗粒，并使晶格沿垂直方向膨胀。故含蒙脱石矿物较多的土对环境的干湿变化比较敏感：土体湿度增高时，体积膨胀并形成膨胀压力；土体失水时，体积收缩并产生收缩裂隙。而且这种胀缩变形可随环境变化往复发生，导致土的强度衰减。
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蒙脱石的微结构形貌特征
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c. 伊利石：伊利石是含钾量高的原生矿物经化学风化的初期产物，其晶格构造与蒙脱石相似，也是两片硅氧四面体夹铝氧八面体构成，不同的是四面体中Si4+被Al3+所替代，由K+离子补偿晶层正电荷的不足。伊利石相邻晶胞间由钾离子连结，这种连结较之高岭石层间的氢键连结为弱，但比蒙脱石层间的水分子连结要强，所以它形成的片状颗粒大小处于蒙脱石和高岭石之间，其工程性质也介于两者之间。
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伊利石的微结构形貌特征
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（三）有机质
工程上俗称的软土（包括淤泥和淤泥质土）及泥炭土中富含有机质。
土中的有机质是动、植物残骸和微生物以及它们的各种分解和合成产物。通常把分解不完全的动、植物残骸称为泥炭，其主要成分是纤维素；把分解完全的动、植物残骸称为腐殖质。
有机质对土的工程性质的影响主要取决于其龄期、分解程度，即取决于有机质的数量及性质。
从工程观点看，有机质（特别是分解完全的腐殖质）会导致土的塑性增强，压缩性增高，渗透性减小，强度降低。
一般地，土中有机质含量超过1%时，采用堆载预压和水泥土搅拌进行处理不会取得明显改良效果。
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第三节土中的水和气体
一土中的水
土中水处于不同位置和温度条件下，可具有不同的物理状态——固态、液态、气态。
液态水是土中孔隙水的主要存在状态，因其受土粒表面双电层影响程度的不同可分为结合水、毛细水、重力水。后两者也称为非结合水（自由水）。
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1．结合水
土颗粒表面带有一定的电荷，当土粒与水相接触时，由于静电作用力，将吸引水化离子和水分子，形成双电层，在双电层影响下的水膜称为表面结合水。
双电层的厚薄也反映了结合水的厚薄，结合水具有与一般自由水不同的性质，其密度较大、粘滞度高、流动性差、冰点低、比热较大、介电常数较低。这种差异随距离增加而减弱。
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(非结合水)
在双电层影响以外的水为自由液态水，它主要受重力作用的控制，土粒表面吸引