三、巖石成因類型及其特征
地球固體的表層是由巖石組成的硬殼—地殼，組成地殼的巖石按成因可分為巖漿巖（火成巖）、沉積巖（水成巖）和變質巖三大類。它們在地殼中的分布并不均勻。從各類巖石在地殼表面的分布面積看，沉積巖約占陸地面積的75％，變質巖和巖漿巖占25％；按質量百分比計算，沉積巖僅占地殼質量的5％，變質巖占6％，而巖漿巖占89％。不同成因的巖石形成條件、物質成分、結構和構造各不相同，故它們的物理力學性質也不一樣，這些都關系到工程建設的規(guī)劃、設計和施工。
1．巖漿巖
巖漿巖又稱火成巖，是巖漿通過地殼運動，沿地殼薄弱地帶上升冷卻凝結后形成的巖石。巖石中礦物的結晶程度、顆粒大小與形狀，以及它們的相互組合關系不同，形成巖漿巖的不同結構。巖石中的礦物在空間的排列、配置和充填方式不同，形成巖漿巖的不同構造。結構和構造特征直接影響巖石的強度等工程性質。根據(jù)形成條件，巖漿巖分為噴出巖和侵人巖。侵人巖是侵入到周圍巖層（簡稱圍巖）中形成的巖漿巖。根據(jù)形成深度，侵入巖又分為深成巖（形成深度大于5km）和淺成巖（形成深度小于5km）。深成巖常形成巖基等大型侵入體，巖性一般較單一，以中、粗粒結構為主，致密堅硬，孔隙率小，透水性弱，抗水性強，故其常被選為理想的建筑基礎，如花崗巖、正長巖、閃長巖、輝長巖：淺成巖多以巖床、巖墻、巖脈等狀態(tài)產(chǎn)㈩，有時相互穿插。顆粒細小，巖石強度高，不易風化，但這些小型侵入體與圍巖的接觸部位，巖性不均一，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎；風化蝕變嚴重，透水性增大．如花崗斑巖、閃長玢巖、輝綠巖、脈巖。噴㈩巖是指噴出地表形成的巖漿巖，一般呈原生孔隙和節(jié)理發(fā)育，產(chǎn)狀不規(guī)則，厚度變化大，巖性很不均一，比侵入巖強度低，透水性強，抗風能力差，如流紋巖、粗面巖、安山巖、玄武巖、火山碎屑巖。
2．沉積巖
沉積巖是在地殼表層常溫常壓條件下，由風化產(chǎn)物、有機物質和某些火山作用產(chǎn)生的物質，經(jīng)風化、搬運、沉積和成巖等一系列地質作用而形成的層狀巖石。沉積巖主要有碎屑結構（碎屑物質被膠結物粘結起來而形成的結構）、泥質結構（由粒徑小于0．005mm的黏土顆粒組成的結構）、晶粒結構（由巖石顆粒在水溶液中結晶或呈膠體形態(tài)凝結沉淀而成的結構）、生物結構（由生物遺體組成的結構）。沉積巖的構造，是沉積巖各個組成部分的空間分布和排列方式。常見的構造有層理構造、層面構造、結核（與周圍沉積巖不同的、規(guī)模不大的團塊體）、生物成因構造（如生物礁體、疊層構造、蟲跡、蟲孔等）。根據(jù)沉積巖的組成成分、結構、構造和形成條件，可分為碎屑巖（如礫巖、砂
巖、粉砂巖）、黏土巖（如泥巖、頁巖）、化學巖及生物化學巖類（如石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r）等。
3．變質巖
變質巖是地殼中原有的巖漿巖或沉積巖，由于地殼運動和巖漿活動等造成物理化學環(huán)境的改變，使原來巖石的成分、結構和構造發(fā)生一系列變化所形成的新的巖石。變質巖的結構主要有變余結構（重結晶或變質結晶作用不完全使原巖結構特征保留）、變晶結構（巖石發(fā)生重結晶或變質結晶所形成的結構）、碎裂結構（巖石受定向壓力作用發(fā)生破裂，形成碎塊甚至粉末狀后又被膠結在一起的結構）。變質巖的構造主要有板狀構造（平行、較密集而平坦的破裂面分裂巖石成板狀體）、千枚狀構造（巖石呈薄板狀）、片狀構造（含大量呈平行定向排列的片狀礦物）、片麻狀構造（粒狀變晶礦物間夾鱗片狀、柱狀變晶礦物并呈大致平行的斷續(xù)帶狀分布）、塊狀構造（礦物均勻分布、結構均一、無定向排列，如大理巖、石英巖）等。
四、土的工程性質
土是連續(xù)、堅固的巖石在風化作用下形成的大小懸殊的顆粒，在原地殘留或經(jīng)過不同的搬運方式，在各種自然環(huán)境中形成的堆積物。土是由顆粒（固相）、水溶液（液相）和氣（氣相）所組成的三相體系。組成土的固體顆粒礦物有原生礦物、不溶于水的次生礦物、可溶鹽類、易分解的礦物以及有機質。各種土的顆粒大小和礦物成分差別很大，土的三相間的數(shù)量比例也不盡相同，而且土粒與其孔隙水溶液及環(huán)境水之間又有復雜的物理化學作用。
1．土的孔隙比和含水量
土的孔隙比是土中孔隙體積與土粒體積之比，反映天然土層的密實程度，一般孔隙比小于0．6的是密實的低壓縮性土，大于1．0的土是疏松的高壓縮性土。天然土層的含水量變化范圍很大，一般于的粗砂土，其值接近于0，而飽和砂土可達35％；堅硬的黏性土含水量為20％～30％，而飽和狀態(tài)的軟黏性土（如淤泥）可達60％以上。一般而言，土的含水量增大時，其強度就降低。土的飽和度是土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比，飽和度Sr越大，表明土孔隙中充水愈多。Sr80％是飽水狀態(tài)。
碎石土和砂土為無黏性土，緊密狀態(tài)是判定其工程性質的重要指標。顆粒小于粉砂的是黏性土，黏性土的丁程性質受含水量的影響特別大。當含水量很小時，黏性土比較堅硬，處于固體狀態(tài)，具有較大的力學強度。隨著土中含水量的增大，土逐漸變軟，并在外力作用下可任意改變形狀，即土處于可塑狀態(tài)。若再繼續(xù)增大土的含水量，土變得愈來愈軟弱，甚至不能保持一定的形狀，呈現(xiàn)流塑或流動狀態(tài)。黏性土這種因含水量變化而表現(xiàn)出的各種不同物理狀態(tài)，稱為土的稠度。黏性土能在一定的含水量范圍內(nèi)呈現(xiàn)出可塑性，這是黏性土區(qū)別于砂土和碎石土的一大特性，據(jù)此特點，黏性土也可稱為塑性土。土的可塑性是指土在外力作用下可以形成任意形狀而不裂縫，且當外力解除后仍可保持既得形狀的性能。隨著含水量的變化，黏性土由一種稠度狀態(tài)轉變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，對應于轉變點的含水量稱為界限含水量，也稱為稠度界限，是黏性土的重要特性指標，對黏性土的工程性質評價及分類等有重要意義。黏性土的界限含水量，有縮限、塑限和液限。半固態(tài)黏性土
隨水分蒸發(fā)體積逐漸縮小，直到體積不再縮小時的界限含水量叫縮限，體積不再隨水分蒸發(fā)而縮小的狀態(tài)為固態(tài)。半固態(tài)黏性土隨含水量增加轉到可塑狀態(tài)的界限含水量叫塑限，也稱塑性下限。由可塑狀態(tài)轉到流塑、流動狀態(tài)的界限含水量叫液限。液限和塑限的差值稱為塑性指數(shù)，它表示黏性土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。塑性指數(shù)愈大，可塑性就愈強。黏性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比，稱為液限指數(shù)。液限指數(shù)愈大，土質愈軟。
地球固體的表層是由巖石組成的硬殼—地殼，組成地殼的巖石按成因可分為巖漿巖（火成巖）、沉積巖（水成巖）和變質巖三大類。它們在地殼中的分布并不均勻。從各類巖石在地殼表面的分布面積看，沉積巖約占陸地面積的75％，變質巖和巖漿巖占25％；按質量百分比計算，沉積巖僅占地殼質量的5％，變質巖占6％，而巖漿巖占89％。不同成因的巖石形成條件、物質成分、結構和構造各不相同，故它們的物理力學性質也不一樣，這些都關系到工程建設的規(guī)劃、設計和施工。
1．巖漿巖
巖漿巖又稱火成巖，是巖漿通過地殼運動，沿地殼薄弱地帶上升冷卻凝結后形成的巖石。巖石中礦物的結晶程度、顆粒大小與形狀，以及它們的相互組合關系不同，形成巖漿巖的不同結構。巖石中的礦物在空間的排列、配置和充填方式不同，形成巖漿巖的不同構造。結構和構造特征直接影響巖石的強度等工程性質。根據(jù)形成條件，巖漿巖分為噴出巖和侵人巖。侵人巖是侵入到周圍巖層（簡稱圍巖）中形成的巖漿巖。根據(jù)形成深度，侵入巖又分為深成巖（形成深度大于5km）和淺成巖（形成深度小于5km）。深成巖常形成巖基等大型侵入體，巖性一般較單一，以中、粗粒結構為主，致密堅硬，孔隙率小，透水性弱，抗水性強，故其常被選為理想的建筑基礎，如花崗巖、正長巖、閃長巖、輝長巖：淺成巖多以巖床、巖墻、巖脈等狀態(tài)產(chǎn)㈩，有時相互穿插。顆粒細小，巖石強度高，不易風化，但這些小型侵入體與圍巖的接觸部位，巖性不均一，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎；風化蝕變嚴重，透水性增大．如花崗斑巖、閃長玢巖、輝綠巖、脈巖。噴㈩巖是指噴出地表形成的巖漿巖，一般呈原生孔隙和節(jié)理發(fā)育，產(chǎn)狀不規(guī)則，厚度變化大，巖性很不均一，比侵入巖強度低，透水性強，抗風能力差，如流紋巖、粗面巖、安山巖、玄武巖、火山碎屑巖。
2．沉積巖
沉積巖是在地殼表層常溫常壓條件下，由風化產(chǎn)物、有機物質和某些火山作用產(chǎn)生的物質，經(jīng)風化、搬運、沉積和成巖等一系列地質作用而形成的層狀巖石。沉積巖主要有碎屑結構（碎屑物質被膠結物粘結起來而形成的結構）、泥質結構（由粒徑小于0．005mm的黏土顆粒組成的結構）、晶粒結構（由巖石顆粒在水溶液中結晶或呈膠體形態(tài)凝結沉淀而成的結構）、生物結構（由生物遺體組成的結構）。沉積巖的構造，是沉積巖各個組成部分的空間分布和排列方式。常見的構造有層理構造、層面構造、結核（與周圍沉積巖不同的、規(guī)模不大的團塊體）、生物成因構造（如生物礁體、疊層構造、蟲跡、蟲孔等）。根據(jù)沉積巖的組成成分、結構、構造和形成條件，可分為碎屑巖（如礫巖、砂
巖、粉砂巖）、黏土巖（如泥巖、頁巖）、化學巖及生物化學巖類（如石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r）等。
3．變質巖
變質巖是地殼中原有的巖漿巖或沉積巖，由于地殼運動和巖漿活動等造成物理化學環(huán)境的改變，使原來巖石的成分、結構和構造發(fā)生一系列變化所形成的新的巖石。變質巖的結構主要有變余結構（重結晶或變質結晶作用不完全使原巖結構特征保留）、變晶結構（巖石發(fā)生重結晶或變質結晶所形成的結構）、碎裂結構（巖石受定向壓力作用發(fā)生破裂，形成碎塊甚至粉末狀后又被膠結在一起的結構）。變質巖的構造主要有板狀構造（平行、較密集而平坦的破裂面分裂巖石成板狀體）、千枚狀構造（巖石呈薄板狀）、片狀構造（含大量呈平行定向排列的片狀礦物）、片麻狀構造（粒狀變晶礦物間夾鱗片狀、柱狀變晶礦物并呈大致平行的斷續(xù)帶狀分布）、塊狀構造（礦物均勻分布、結構均一、無定向排列，如大理巖、石英巖）等。
四、土的工程性質
土是連續(xù)、堅固的巖石在風化作用下形成的大小懸殊的顆粒，在原地殘留或經(jīng)過不同的搬運方式，在各種自然環(huán)境中形成的堆積物。土是由顆粒（固相）、水溶液（液相）和氣（氣相）所組成的三相體系。組成土的固體顆粒礦物有原生礦物、不溶于水的次生礦物、可溶鹽類、易分解的礦物以及有機質。各種土的顆粒大小和礦物成分差別很大，土的三相間的數(shù)量比例也不盡相同，而且土粒與其孔隙水溶液及環(huán)境水之間又有復雜的物理化學作用。
1．土的孔隙比和含水量
土的孔隙比是土中孔隙體積與土粒體積之比，反映天然土層的密實程度，一般孔隙比小于0．6的是密實的低壓縮性土，大于1．0的土是疏松的高壓縮性土。天然土層的含水量變化范圍很大，一般于的粗砂土，其值接近于0，而飽和砂土可達35％；堅硬的黏性土含水量為20％～30％，而飽和狀態(tài)的軟黏性土（如淤泥）可達60％以上。一般而言，土的含水量增大時，其強度就降低。土的飽和度是土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比，飽和度Sr越大，表明土孔隙中充水愈多。Sr80％是飽水狀態(tài)。
碎石土和砂土為無黏性土，緊密狀態(tài)是判定其工程性質的重要指標。顆粒小于粉砂的是黏性土，黏性土的丁程性質受含水量的影響特別大。當含水量很小時，黏性土比較堅硬，處于固體狀態(tài)，具有較大的力學強度。隨著土中含水量的增大，土逐漸變軟，并在外力作用下可任意改變形狀，即土處于可塑狀態(tài)。若再繼續(xù)增大土的含水量，土變得愈來愈軟弱，甚至不能保持一定的形狀，呈現(xiàn)流塑或流動狀態(tài)。黏性土這種因含水量變化而表現(xiàn)出的各種不同物理狀態(tài)，稱為土的稠度。黏性土能在一定的含水量范圍內(nèi)呈現(xiàn)出可塑性，這是黏性土區(qū)別于砂土和碎石土的一大特性，據(jù)此特點，黏性土也可稱為塑性土。土的可塑性是指土在外力作用下可以形成任意形狀而不裂縫，且當外力解除后仍可保持既得形狀的性能。隨著含水量的變化，黏性土由一種稠度狀態(tài)轉變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，對應于轉變點的含水量稱為界限含水量，也稱為稠度界限，是黏性土的重要特性指標，對黏性土的工程性質評價及分類等有重要意義。黏性土的界限含水量，有縮限、塑限和液限。半固態(tài)黏性土
隨水分蒸發(fā)體積逐漸縮小，直到體積不再縮小時的界限含水量叫縮限，體積不再隨水分蒸發(fā)而縮小的狀態(tài)為固態(tài)。半固態(tài)黏性土隨含水量增加轉到可塑狀態(tài)的界限含水量叫塑限，也稱塑性下限。由可塑狀態(tài)轉到流塑、流動狀態(tài)的界限含水量叫液限。液限和塑限的差值稱為塑性指數(shù)，它表示黏性土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。塑性指數(shù)愈大，可塑性就愈強。黏性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比，稱為液限指數(shù)。液限指數(shù)愈大，土質愈軟。