在土力學中,土可分為三大類:非黏性土、黏性土_與_有機成因土。此外還有岩石,但它們不在土力學中研究,而是在學科 岩石力學 中研究。
無黏結土壤
_非黏結_或_非凝聚性土壤_是指其組成部分未被任何黏結材料結合的土壤。在乾燥狀態下,當不受濕氣影響時,非黏結土的固體成分在土體中完全自由存在,彼此之間只有摩擦,稱為內摩擦。非黏結土包括:
- 塊體,粒徑 200 – 2000 mm
- 碎石,粒徑 60 – 200 mm
- 碎石,粒徑 2 – 60 mm
- 砂,粒徑 0,02 – 2 mm
- 粉砂,粒徑 0,002 – 0,02 mm。
需指出的是,粉塵這一分級有時也被稱為淤泥(英語 silt,德語 Schluff)。然而,因為在我們這裡,淤泥表示一種有機成因的特定土壤類型,所以把這個名稱用於上述分級可能會引起誤解。

圖 1 - 砂質土壤
黏聚性土壤
_黏性_或_凝聚性土壤_是指其固體顆粒彼此以凝聚力結合的土。凝聚性土壤可能具有非常不穩定的物理性質,且容易受水影響而改變。黏性土包括含有尺寸小於 0,002 mm 的固體顆粒者。主要含有尺寸為 0,002 – 0,0002 mm 的顆粒之土稱為 黏土;若這些顆粒的尺寸為 0,0002 – 0,00002 mm,則稱為 膠體黏土。
天然界中純黏土很少見,通常會與其他成分混合,如砂與粉塵,這稱為 壤土;含有石灰石的黏土稱為 泥灰質黏土(泥灰岩),而含有鎂的黏土則稱為 uma。一般認為,含有超過 50% 黏土成分的土壤稱為 肥黏土 或簡稱 黏土,而黏土成分少於 50% 的土壤稱為 黏質土。含有少於 5% 黏土成分的土壤則被視為具有無黏性土的特性。
判定某種土屬於哪一類最快且最簡單的方法,是將試樣晾乾,並嘗試用手指將其壓碎。無黏性土會立刻散開。黏性土會在手指下碎成較小的塊,而黏土則幾乎像石頭一樣堅硬。

圖 2 - 黏土
有機成因土壤
這些土壤主要由大量有機或植物性材料組成,並含有黏土及其他成分。由於含有有機成分,這些土壤非常不穩定,而且吸水性很強,因此不穩定,既不能作為承載地基土,也不能作為土方構築物的材料。此類土壤包括 腐植土、淤泥 和 泥炭。
腐殖土 是位於地殼表層、厚度通常為數分米的肥沃土壤。它由含有大量細菌的有機與礦物質混合而成。在製作土方填築、道路路面及類似的地盤工程,以及在取料場開挖用於製作土工構造物的材料時,必須挖除並移走整層腐殖土,因為它只能用於保護土坡免受水沖刷。

圖 3 - 腐殖質
淤泥 由有機物質與極細微顆粒的混合物構成,並含有黏土、粉砂與砂等礦物質。它存在於早期河流與湖泊的底部。
泥炭 由大量植物性與有機物質以纖維形式組成,礦物質含量較少。
土壤的形成
如果我們對地殼作一剖面,便會發現其通常由_表層_ 土壤——厚度較薄的腐植層、接著是由一層或多層不同組成且厚度各異的_下層土壤_,最後是_堅硬岩石_所構成。表層土壤主要是由植物及有機物質的分解而形成,而下層土壤則是由堅硬岩石的風化而成。
堅硬岩石的崩解是由 大氣作用 或 火山作用 所致。大氣作用可為機械作用或化學作用。若堅硬岩石的崩解過程是礦物與氧的化合,則稱為 氧化崩解;若是與水的化合,則稱為 水化崩解。火山作用屬於化學作用。由於高溫,堅硬岩石轉變為火山灰。
堅硬岩石的破碎及其轉變為土壤的過程,可以在原地「in situ」進行,也可以伴隨運輸進行。破碎顆粒的運輸可由 水 完成,此時形成 沖積土;由 風 完成時,形成 風成土;由 冰 完成時,形成 冰川土。在運輸破碎岩塊與碎屑的過程中,因碰撞、摩擦與沖刷作用,岩石碎片會進一步細化,這些作用在運輸過程中持續發生。由於這種作用,破碎塊體的邊緣會變圓,新碎屑會被進一步磨細,其邊緣再次變圓,如此循環,直到運輸結束。固體成分的大小與形狀取決於岩石強度、運輸距離、運輸方式等。因此,土壤中固體顆粒的形狀十分多樣:圓形、橢圓形、帶銳角或圓角、三角形等。尺寸為 0,02 – 0,002 mm 的固體成分,在土力學中稱為 粉塵,大多呈圓形或橢圓形。尺寸小於 0,002 mm、稱為 黏土 的這類成分,則呈鱗片狀。較大的砂、礫石與卵石顆粒可具有不同形狀:立方形、圓形、片狀等。立方形顆粒較不易改變形狀,片狀顆粒則較容易。因此,以片狀顆粒為主的土壤,其組成容易改變。
還需指出,某些已完全形成的土壤,有時又被新的沉積物覆蓋,使先前形成的土壤留存在深處,而新的沉積物上形成另一種土壤,這種土壤不一定與先前的土壤有任何關係。這種先前形成、後又被新沉積物覆蓋的土壤稱為 埋藏土。這通常是曾經耕作過、後又被風成黃土粉塵沉積覆蓋的耕地,但沉積物也可以是河流沉積。埋藏土可由其深色辨認;若該過程重複多次,這類土層可有多層。
沖積土
沖積土是在水流搬運過程中,由固體顆粒沉積而形成。沉積受多種因素影響,其中最重要的是水流速度、搬運物質的粗細,以及鹽、石灰等其他成分的含量。在水流速度很高時,只會沉積較粗的顆粒,而細顆粒不會沉積,會繼續被搬運。因此,較粗的固體顆粒會沉積在水流上游、較接近源頭的區域,那裡水流速度較大。隨著水流速度降低,越來越細的顆粒會開始沉積。在靜水中、沒有水流時,通常沉積最細的固體顆粒。只要水流減慢的地方,就會產生大量沉積,例如河水溢出河床時的泛濫區、河口、壩前等。
膠體黏土極細顆粒的沉降,可能因在浸入水中時小於 0,0002 mm 尺寸的細顆粒之間發生的電化學作用,而長時間甚至無限期持續。在這種情況下,固體顆粒帶有同號(負)的電荷,因此彼此排斥,並在液體中運動;顆粒越小,速度越快。這就是布朗運動。由於這種運動,水中固體顆粒的沉降大為減緩,並可無限期持續。

圖 4 - 沖積土
風成土
風成土是由風搬運固體顆粒沉積而形成的。風成土分為兩種類型:黃土_與_沙丘。_黃土_由粒徑約 0,05 mm 或略小的固體顆粒組成,彼此由碳酸鈣黏結。因此,在乾燥狀態下,黃土具有很高的強度。黃土中的開挖邊坡可在很高的高度保持垂直邊壁。然而,若黃土受水浸潤較多,便會失去強度並容易滑動。眾所周知,貝扎尼亞高地(Bežanijska kosa)位於貝爾格勒附近的黃土沉積層,可在超過 20m 的高度保持垂直邊壁。然而,在邊緣附近有居民區的地段,例如澤蒙(Zemun)的楚納爾斯卡街(Čunarska ulica),由於使用水在黃土高原坡面邊緣附近不斷滲潤,黃土邊坡會發生塌陷,邊緣附近黃土土體的穩定性因此受到威脅。
沙丘 是由風吹堆積的鬆散砂所形成的可移動丘狀地形。這些丘狀體會在風的作用下迅速被吹散又重新形成,因此會造成房屋與交通工具遭掩埋、倒塌的危險。

圖 5 - 風成土
冰川土壤
冰川土是由冰搬運固體土粒而形成的。冰川土的組成與沖積土不同,因其由粒徑大致相近的固體顆粒組成,即卵石、礫石(冰磧)或砂,這些都是冰融化後留下的。在昔日冰川湖的地層中存在冰川粉土。

圖 6 - 冰川土