1.6 不同成因条件下的土

母岩风化后形成尺寸较小的岩屑或矿物颗粒，经水流、风或冰川等动力搬运作用，在一定的环境条件下沉积下来，形成土层。由于搬运力周期性变化，在某地点沉积的土层上可能会沉积其他性质不同的土层，也可使原来沉积的土层被重新搬运到新的地点沉积。不同时期的沉积物经过自重压密及可能存在的生物作用形成分布在地球表面的沉积土。根据土形成后的堆积位置可将土分成以下两大类：一类是残积土（residual soil）；另一类是搬运土（traveled soil）。

1.6.1 残积土

残积土是指母岩表层经风化作用破碎成为岩屑或细小颗粒后，未经搬运，残留在原地的堆积物。它的基本特征是颗粒表面粗糙、多棱角、无分选、无层理。残积土的厚度和风化程度主要取决于气候条件和暴露时间，同时也受风化作用、搬运作用强弱及岩体构造作用的影响。它的分布主要受地形的影响，在地表径流速度小、风化产物易于保留的地方，残积物就比较厚。在不同的气候条件下，不同的原岩将产生不同矿物成分、不同物理力学性质的残积土。

1.6.2 搬运土

搬运土指的是岩石风化后形成的矿物颗粒在水流、风和冰川等动力搬运作用下离开母岩所在的区域后沉积下来的堆积物。搬运土的特点是颗粒在动力搬运过程中，经过滚动和摩擦作用而变得非常圆滑。在沉积过程中，颗粒会受到水流等自然力的分选作用，粗颗粒下沉快，细颗粒下沉慢，最终会形成不同粒径的土层。搬运和沉积过程对土的性质影响很大，根据搬运的动力不同，搬运土可分为坡积土、风积土、冲积土、洪积土、海洋沉积土、湖泊沼泽沉积土和冰积土等。

1.坡积土

岩石风化后的产物受到雨水、融雪水的冲刷或重力作用，经短途搬运，在缓山坡地带或在山脚下堆积下来形成堆积物，即为坡积土。在季节性降雨明显，植被又不发育的半干旱地区，坡积土发育范围较为广泛。坡积土在形成过程中会形成一定的分选层理，自山坡的上部到下部，颗粒由粗到细，厚度由薄变厚。坡积土作为地基时，沉降往往不均匀。

2.风积土

风积土是风化碎屑物受风力作用由风力强的地方搬运到风力弱的地方后沉积下来形成的堆积物。

风积土一般分为两类：一类是砂粒大小的土层，风力只能吹动砂粒在地面滚动，如沙漠中的各种砂丘在风力的推动下随时改变形状和位置；另一类是黄土，干旱地带粉质的土粒很细小，土粒之间连接力很弱，容易被风力带动吹向天空，经过长距离搬运后再沉积下来，就形成了广泛分布的黄土。风积黄土具有肉眼可见的孔隙，颗粒组成以粉粒为主，并含有少量黏粒和盐类胶结物，其特点是孔隙大、密度低。黄土分布于干旱地区，干燥时土粒间有盐类结晶而产生的胶结作用，其强度较大，尽管较为疏松，仍能承受较大的建筑物荷载。但黄土遇水后，胶结盐溶解，胶结作用降低或丧失，因而强度大多削弱并且会产生较大的变形。

3.冲积土

冲积土是指在降水形成的地表径流作用下，冲刷、带动或搬运土粒，经过一段搬运距离后在较平缓的地带沉积下来的土层。被搬运的物质来源于山区、平原或江河河床冲蚀及两岸剥蚀的产物。冲积土的分布范围很广，主要包括山区冲积土、河谷冲积土、山前平原冲积土、平原河谷冲积土和三角洲冲积土等。这类土经过长距离的搬运，颗粒具有较好的分选性和磨圆度，常具有层理。冲积形成的粗粒碎石土、砂土是良好的天然地基，但如果作为水工建筑物的地基，应注意其透水性好而引起坝下渗漏问题；而冲积形成的黏土一般压缩性较高，需要处理后才能作为地基使用。

4.洪积土

洪积土是残积土和坡积土受洪水冲刷、搬运，在山沟出口处或山前平原沉积下来的堆积物。山洪流出沟谷后，由于流速骤减，被搬运的粗碎屑物质首先大量堆积下来，离山渐远，洪积物的颗粒随之变细，其分布范围也逐渐扩大。洪积土在近山处窄而陡，而在离山较远处宽而缓，形如锥体，故又称为洪积扇。搬运距离近的沉积物颗粒较粗，力学性质较好；搬运距离远的沉积物颗粒较细，力学性质较差。

5.海洋沉积土

海洋沉积物可分为机械沉积物、化学沉积物和生物沉积物3种类型。整个海洋底部都有沉积物，但以大陆架上的沉积物数量大、种类多。一般可按不同海水深度的海洋沉积环境将海洋沉积物分为滨海带（高潮线与低潮线之间的水域）沉积物、浅海带（低潮线为-200m的深水域）沉积物、半深海带（水深200～2500m的水域）沉积物和深海带（水深大于2500m的水域）沉积物。4个区域的海相沉积物性质各不相同。

（1）滨海带沉积物。

其主要分布在海滩、潮滩地带，由不同粒度的卵石、圆砾、砂和生物骨骼、壳体碎屑等组成，具有基本水平或缓倾的层理构造，其承载力较高，但透水性较大。

（2）浅海带沉积物。

浅海带占海洋面积的25%，但这一海域内的沉积物却占海洋全部沉积物的90%。其主要由细粒砂土、黏性土、淤泥和生物化学沉积物组成，有层理构造，较滨海沉积物更疏松，含水量高、压缩性大、强度低。碎屑沉积物主要是砂质级的，且粒径由水浅到水深逐渐变小；生物沉积物主要是生物遗体形成的砂和泥，主要的成分为碳酸钙质；化学沉积物主要是来自陆地的Fe、Mn、Al、Si的氧化物和氢氧化物的胶体，与海水电解质相遇时絮凝成沉积物。

（3）半深海带沉积物。

通常以陆源泥为主，可能含有少量化学沉积物和生物沉积物。在浊流和海底地滑发育区，还可能含有来自浅海的粗碎屑物，局部地段可见冰川碎屑和火山碎屑。大陆坡上分布最广的沉积物是有机质软泥，成分均一。

（4）深海带沉积物。

通常以浮游生物遗体为主，极少有来自于陆地的物质。此海域内的沉积速率缓慢。深海区生物源沉积物通常为各种生物有机质软泥，成分均一。

海洋沉积物在海底表层沉积的砂砾层非常不稳定，随着波浪不断移动变化。应慎重选取其作为海洋平台等构筑物的地基。

6.湖泊沼泽沉积土

湖泊沼泽沉积土是在极为缓慢水流或静水条件下沉积形成的堆积物。湖泊沼泽沉积物除了含有细颗粒外，常含有由生物化学作用所形成的有机物，往往为具有特殊性质的淤泥或淤泥质土，其工程性质一般都很差。就有机质的含量而言，充分腐化、有机质含量大于土固体质量60%的土称为泥炭土（peat soil）；未完全腐化还保留有植物残余物的、有机质含量占土固体质量10%～60%的土称为泥炭质土（peaty soil）；有机质的含量占土固体质量5%～10%的土称为有机质土（organic soil）；有机质含量低于5%的称为无机质土（inorganic soil）。

7.冰积土

冰积土是由冰川或冰水携带搬运所形成的沉积物。其中，几乎未经流水搬运直接留存于冰层中的土称为冰碛土。由冰川融化水流搬运、堆积在冰层外围的冲积土称为冰水冲积土，具有与河流冲积土类似的性质。冰积土的特点是不分层，颗粒粒径范围很大，小至黏粒和粉粒，大至漂石，土质较不均匀。

1.6.3 不同成因的土颗粒的微细观特征

不同成因的土，即使属于同一种土类，土颗粒的微细观结构与表面特征也有差异。例如，砂土颗粒在搬运过程中，由于受到不同的机械力作用，其尺寸和形状会发生很大的变化，风的磨蚀作用比水要高几百倍。同时，颗粒大小不同，颗粒尺寸和形状受到的影响也不同。在一般情况下，磨蚀作用会改变砾石颗粒的形状和大小，但只会改变砂土等小颗粒的形状。水的搬运作用会使砂粒变得圆润和光滑，而在风的作用下颗粒会受到磨损。土颗粒的形状和表面特征会影响颗粒之间的接触与摩擦机制及剪切时的体积变化等，进而会对土的力学特性产生影响。

图1.5 4种不同来源砂的表面特征

常见的基本矿物，如辉石、角闪石、长石等，在搬运过程中会发生迅速的化学分解。内部结构稳定的矿物（如石英等）在机械力作用下会发生磨损，但速度非常缓慢。在沉积过程中，石英砂颗粒磨损不超过2%，石英砂颗粒表面的纹理即能反映此特性。图1.5所示为不同成因砂土颗粒的微细观照片。由图示可知，海滩砂颗粒有较少的坑洼，且相对较为光滑；风积砂和成岩砂的颗粒表面则较为粗糙；河砂颗粒表面大多数区域非常光滑，局部区域却非常粗糙。

又如含碳酸钙沉积物沉积形成碳酸钙砂，其由方解石构成，起源于深海里的生物贝壳，颗粒形状和颗粒表面特征十分明显，如图1.6（a）所示。一些黏土，由于其特殊的沉积环境而含有大量的微生物化石，如图1.6（b）所示的硅藻黏土。微生物化石主要包括硅藻（在淡水或海洋环境中的真核细胞硅质骨架）、放射虫（在海洋环境中发现，主要由二氧化硅组成）和海洋真核生物分泌的碳酸钙外壳。微生物化石的存在对土的力学性质会产生很大的影响，主要体现在使土表现出一些特殊的性质特征，如高孔隙率、高液限、超高的压缩性和较大的内摩擦角等。

图1.6 生物化学沉积物