岩石风化工程地质研究

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1、第五章　岩石风化工程地质研究本章概述　　介绍基本概念，影响岩石风化因素，风化壳及分带标志和方法，岩石风化防护措施。重难点　　本章教与学两方面没有难度，主要问题是实际工作中风化岩分带的标准很难把握，带有很大的不确定性，最好配合现场考察进行教学。第一节　概述　　组成地壳的岩石其形成环境是十分复杂的。在内力和外力地质作用下，深埋于地下的岩石可能处于地壳表层，进入与成岩环境不同的新环境中，必然通过原岩的变异，才能适应新的环境。　　岩石在各种风化营力作用下，所发生的物理和化学变化的过程称为岩石风化)(RockWeathering)。它

2、包括岩石所感受的风化作用及其所产生的结果两个方面。与其它动力地质作用相比较，引起岩石风化的营力很多，但主要的是太阳热能、水溶液(地表、地下及空气中的水)、空气(02及C02等)及生物有机体等。按照风化营力及其引起的岩石变异的方式不同，风化作用一般分为物理风化、化学风化和生物风化三种。生物风化既有物理的也有化学的作用。因此，风化作用主要是物理风化和化学风化两种。　　物理风化是由于温度的变化(特别是昼夜的温变)、水的冻融、干湿交替、盐类结晶、矿物水化和植物根劈等作用下所产生的应力，引起岩石的机械破碎，而不伴随化学成分和矿物成分的

3、显著变化，其结果既破坏了岩石的结构构造，降低了岩石的强度，又为化学风化打开了方便之门。这种作用主要发生在干寒地区，如我国北方、西北的干旱寒冷及高山寒冷地区，岩石的风化深度较小，一般小于10m。　　岩石在氧、水溶液及有机体等作用下所发生的一系列复杂的化学反应，引起其结构构造、矿物成分和化学成分发生变化的过程，称为化学风化。其实质是原岩中较活泼的元素发生迁移，较稳定的元素残留原地，原生矿物不断变异，与新环境相适应的次生矿物不断形成的过程。在风化过程中，化学反应的方式较复杂，有氧化、还原、溶解、结晶、水化，水解、碳酸化、硫酸化、去

4、碳、中和等作用。在自然界中，化学风化是多种方式综合作用的结果，其中以水化、溶解、水解和氧化作用最为常见。化学风化多以水为介质，其影响深度与地下水的循环交替条件极为密切。岩石一般风化深度为数十米，大者可达100余米，因而工程上的实际意义也较大。　　遭受风化的岩石圈表层叫做风化壳(weatheredcrust)，它是原岩在一定的地质历史时期各种因索综合作用的产物。　　风化岩石与原岩比较，已产生了一系列的变化，从工程地质观点出发，这些变化主要表现在以下几个方面：　　(1)岩体的结构构造发生变化，即其完整性遭到削弱和破坏风化作用不仅

5、使岩体原有裂隙扩大，还形成新的风化裂隙，同时因活动性元素的迁移，使原岩孔隙增大。总之，岩石风化后其空隙性增大，块度变小，原岩破碎成块石、碎石、砂粒，粉粒及粘粒。这种变化使原岩的结晶联结削弱以致丧失，成为水胶联结甚至无联结状态，使完整性较好、坚固性较高的岩体，变成破碎松软、性质易变的土体。　　(2)岩石的矿物成分和化学成分发生变化风化过程中，原岩中的矿物逐渐解体变异，活动性较强的元素不断随水迁移流失；同时，由于风化营力所携带的新元素的参与，形成了新的次生矿物。如绿泥石，绢云母等鳞片状矿物，细分散的高岭石，蒙脱石，水云母等粘士矿

6、物，铁、铝、硅的氧化物或氢氧化物。这些次生矿物不仅在晶系特点、晶粒大小、结晶程度均与原生矿物不同，而且还增加了水及有机组分。　　(3)岩石的工程地质性质恶化　岩石风化后，由于岩石的矿物成分、化学成分和结构构造发生变化，而导致岩石工程地质性质上的一系列变化。如力学强度降低，压缩性可以从基本不可压缩的基岩，变为压缩性颇大的粘性土；透水性发生畸变，在完整风化剖面上，遭受中等风化的岩石其渗透系数比下伏新鲜岩石成倍增加；表层遭受强烈风化的岩石，其渗透系数又降低；岩石彻底风化后所形成的次生矿物，其抗水性降低，亲水性增高，对水的敏感性加大

7、，易于崩解、膨胀和软化。　　总之，风化后的岩石在工程建筑上的优良性质削弱了，不良性质则增加了，使工程地质条件大为恶化。　　实践证明，岩石风化是地壳表层大陆化时期较为普遍的动力地质作用，它与工程选址布局、岩(土)体稳定、地基处理、施工方法、施工期限、工程造价等关系极为密切。当在岩石风化强烈、风化深度较大的地区建筑大型工程(如高坝)时，不得不采取大量的挖方措施，清除(部分或全部)风化岩石，将大坝基础置于稳定可靠的基岩之上，或者进行加固或防渗处理。这样必然大大增加造价，又延误工期。有时采取降低工程设计规模，以便与地基状态相适应。如

8、安徽省青弋江陈村水库，其坝基为志留系砂页岩，原拟100m高的混凝土重力坝建在新鲜岩石之上。后因风化壳很厚，开挖及回填工程均较大，经方案的技术，经济比较后，将坝高降低到75m，并以风化岩石为坝基。许多道路及露天矿采坑边坡变形破坏往往与岩石风化有关。如河北省迁安县大石河露天铁矿采坑，由黑云母斜