土的矿物成分主要是根据组成土的固体颗粒及其杂质来划分的，它可分为3大类别，即原生矿物、次生矿物和有机质。

1）原生矿物

原生矿物是岩石经物理风化破碎但成分没有发生变化的矿物碎屑。常见的原生矿物有石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、石榴石等。原生矿物的特点是颗粒粗大，物理、化学性质一般比较稳定，所以它们对土的工程性质影响比其他几种矿物要小得多。

2）次生矿物

次生矿物是母岩原有矿物成分发生变化后新生的矿物成分，主要包括黏土矿物，次生SiO2。A12O3和Fe2O3等。土中次生SiO2和倍半氧化物Al2O3，Fe2O3等矿物的胶体活动性、亲水性及对土的工程性质影响，一般比次生黏土矿物要小。

次生黏土矿物主要为高岭石、伊里石及蒙脱石3个基本组。次生黏土矿物有结晶（片状或纤维状）和非结晶两种。高岭石、伊里石及蒙脱石都属于片状结晶，其原子呈层状排列，基本单元为硅氧四面体（称为硅离子）和铝氢氧八面体（称为铝离子），如图7.1所示。硅离子和铝离子分别以硅和铝原子为中心，O原子核OH根位于顶点。由6个硅氧四面体的硅离子在一个平面排列，形成一个硅片（硅片底面氧离子被相邻两个硅离子共用）；由4个铝氢氧八面体的铝离子在一个平面排列，形成一个铝片（每个OH-都被相邻两个铝离子共用）。这类硅片和铝片组合的形式是形成不同黏土矿物的基础。

图7.1　黏土矿物晶格的两种基本结构单元和结构层

（1）高岭石类

高岭石类［Si4Al4O10（OH）8］的基本单元（晶胞）为1∶1组合的二层结构，也就是说，结晶格架的每个晶胞分别是由一个铝氢氧八面体层和硅氧四面体层组成，如图7.2所示。其两个相邻晶胞之间以O2-和OH-（氢键）相互联系，晶格不能自由活动，不允许有水分子进入晶胞之间。因此，它是较为稳定的黏土矿物。它在含有不纯的原子或分子时才具有膨胀性；它在盐分影响下，液限和强度均降低。多水高岭石因其在各片之间有H2O形式的结晶水，其矿物呈圆杆状或扁平的棒状。由于这种棒状矿物在湿化后将起滚珠轴承似的作用，土体将易发生滑动。

图7.2　高岭石［Si4Al4O10（OH）8］的晶体构造

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图7.3　蒙脱石［Si8Al4O20（OH）4］的晶体构造

（2）蒙脱石

蒙脱石类［Si8Al4O20（OH）4］的基本单元为2∶1的三层结构，也就是说结晶格架与高岭石类不同，它的晶胞是由两个硅氧四面体层夹一个铝氢氧八面体层组成，如图7.3所示。它的晶胞之间为数层水分子，由联结力很弱的O2-分子相互联系，晶格具有异常大的活动性，遇水很不稳定，水分子可无定量地进入晶格之间而使它产生膨胀，其体积可增大数倍。因此它的矿物离子表面常被水包围，具有高塑性和低内摩擦角。脱水后又会显著收缩，并伴有微裂隙产生。

（3）伊利石类

图7.4　伊利石［K（Si7Al）（Al，Mg，Fe）4～6O20（OH）4］的晶体结构

伊利石类［K（Si7Al）（Al，Mg，Fe）4～6O20（OH）4］的基本单元也是2∶1组合的三层结构，所不同的是其硅氧四面体中的部分Si4+离子常被Al3+，Fe3+所置换，且晶胞之间的结合不是水，而是由K+或Na+离子所连接（钾伊利石和钠伊利石），如图7.4所示。此外，伊利石的游离原子价较多，且多集中于硅片层内，即距晶格表面较近，所以替换离子在伊利石中的吸附力极为牢固（不像蒙脱石，不仅游离原子价较少，而且多集中于距晶格表面较远的铝片层内），遇水膨胀和失水收缩的性能均不及蒙脱石显著。伊利石的表面呈角状，内摩擦角大。

三种黏土矿物的特性参数见表7.1。

表7.1　三种黏土矿物的主要特性

由于黏土矿物是很细小的扁平颗粒，颗粒表面具有很强的与水相互作用的能力，所以表面积越大，与水作用的能力越强。

3）有机质

在自然界的一般土，特别是淤泥质土中，通常都含有一定数量的有机质，当其在黏性土中的质量分数达到或超过5%（在砂土中的质量分数达到或超过3%）时，就开始对土的工程性质具有显著的影响。由于胶体腐殖质的存在使土具有高塑性、膨胀性和黏性。所以含有机质的土对工程建设是不利的。