土是岩石风化的产物,岩石和土中的粗颗粒在自然界中会不断风化,这包括物理风化、化学风化和生物风化。它们经常是同时进行的,而且相互促进的,从而加剧了土壤生成的过程。

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风力作用对岩石的影响

物理风化是指岩石和土的粗颗粒受机械破坏及气候因素的影响,如温度的昼夜变化和季节变化、降水、风以及裂隙中水的冻融等,这些因素都会导致体积胀缩并引发裂缝,进而加剧裂缝的发展。

在运动过程中,颗粒会因碰撞和摩擦而破碎。同时,剥蚀卸载会导致应力释放,裂隙中盐分的结晶会引发盐胀,这些都会产生裂隙或使节理张开。因此,岩体逐渐变成碎块和细小的颗粒。这些颗粒的粒径从几米到0.05毫米以下不等,但它们的矿物成分仍与原来的母岩相同,被称为原生矿物

所以,物理风化后的土主要是颗粒大小的变化,这是一种量变。然而,这种量变的结果使得原来的大块岩体和岩块孔隙增加,变成了碎散的颗粒,其性质也发生了很大的变化。

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岩石的物理风化

化学风化是指母岩表面和土中的岩屑颗粒在环境因素的影响下,其矿物的化学成分发生改变,形成新的矿物的现象,这些新形成的矿物也被称为次生矿物。环境因素包括水、空气以及溶解在水中的氧气和二氧化碳等。

化学风化中常见的反应有水解作用、水化作用和氧化作用等,这些反应会改变矿物成分,形成新的矿物,如黏土矿物、含水石膏和铁矾等。化学风化的结果会形成十分细微的土颗粒,最主要的是黏土颗粒(粒径<0.005毫米)以及大量的可溶性盐类。这些微细颗粒具有很大的比表面积,因此具有吸附水分子的能力。

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岩石的球状风化

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清华大学土力学中,土的三种化学风化机理

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台湾野柳地质公园蜂巢风化岩

生物风化则是指岩石受到生物活动的影响而产生和加速的破坏过程。这包括植物根系生长对岩隙的撑胀作用、穴居动物的钻洞行为、生物新陈代谢的产物及其死亡后产生的化学物质对岩石的破坏,以及人类生活和生产活动过程中对岩石的物理与化学作用等。由于人类的活动范围和工程规模越来越大,对于环境的干预和影响不容忽视,这也成为了生物风化中的重要部分。

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小草小树树根对岩石的劈裂

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苔藓菌类对岩石的风化作用

在自然界中,岩石的物理风化与化学风化是持续进行的,并且二者相互促进。这就形成了碎散的、具有三相性和强烈自然变异性的产物——土。因此,仅根据土的堆积类型还远远不足以确定其工程特性。为了更具体地描述和确定土的性质,我们必须详细分析和研究土的三相组成、物理状态和结构,并使用适当的指标来表示。