第四章 岩石风化工程地质研究

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1、提要概述影响岩石风化的因素风化壳的垂直分带防治岩石风化的措施岩石风化的工程地质研究一、定义风化：岩石在各种风化营力作用下，发生的物理和化学变化过程。风化壳：表层不同深度的岩石，遭受风化程度的不同，形成不同成分和结构的多层残积物，由其构成的复杂剖面称为风化壳。不同岩石，不同地区，风化壳有很大差别。其厚度很大差别，大则几百米。地壳表层保留的主要为现代时期形成的风化壳。当风化壳形成后，被后来的堆积物掩埋，被保留下来成为古风化壳。第一节概述二、风化类型物理风化：由于温度变化、水的冻融、盐类结晶、植物根劈等力的作用下，引起岩石的机械破碎，而不伴随有化学成分和矿物成分明显

2、变化的现象。主要发生在干旱寒冷的地区，风化深度相对较小。化学风化：岩石在水、氧及有机体等作用下所发生的一系列化学变化过程，引起岩石结构构造、矿物成分和化学成分的变化。多发生于温暖潮湿的地方，风化深度可达百米以上。生物风化：既有物理风化特点，又具有化学风化特征。生物新陈代谢产生有机质或机械破坏，如释放大量有机物酸及CO2，加强水溶液溶解能力。多发生于温暖潮湿的地方，风化深度可达百米以上。主要风化作用：氧化、溶解、水化、水解、碳酸化和硫酸化等作用。岩体结构构造发生变化岩体完整性遭受破坏，结构性丧失，空隙性增大，矿碎成块石、碎石或土体。岩石的矿物成分和化学成分发生变

3、化可溶矿物溶解流失，耐风化矿物残留下来，形成稳定性好的次生矿物：如绿泥石、绢云母、高岭石、蒙脱石等。岩体的工程地质性质发生变化如：力学强度的降低压缩性变增大（由基岩→粘土）渗透性增强次生矿物的抗水性降低、亲水性增强，易崩解、膨胀、软化。三、风化结果及工程意义工程意义总体上：恶化了岩石的工程性质.在工程选址、岩土体稳定、地基处理、灾害防治、工程造价等方面都有重要意义。基础建基面处置、确定矿坑边坡角、洞室围岩支护、基坑开挖层支护、抗滑工程设置等都要考虑到风化问题。第二节影响岩石风化的因素一、气候因素温度温差大、冷热变化频率快有利于物理风化；温度变化对岩石在水中的溶

4、解度和化学反应速度、水溶液浓度都有有较大影响，从而影响化学风化的速度。降雨（湿度）各种化学风化是水（CO2，O2）参与下完成的，运动的水及矿物质运移，破坏化学平衡，促进反应不断进行。水的加入使风化向多样化、深度发展。二岩性因素矿物成分：抗风化能力氧化物>硅酸盐>碳酸盐和硫化物常见造岩矿物易溶解性顺序：食盐、石膏、方解石、橄榄石、辉石、角闪石、滑石、蛇纹石、绿帘石、正长石、黑云母、白云母、石英。最稳定的造岩矿物：石英岩浆岩：酸性岩>中性岩>基性岩>超基性岩（花岗岩）（闪长岩、安山岩）（玄武岩）（橄榄岩）变质岩：浅变质岩>中等变质岩>深变质岩沉积岩：抗风化能力大于

5、岩浆岩、变质岩。化学风化较弱沉积岩是由前一旋迴的风化矿物组成，遭受二次风化后仍产生水化、水解、淋滤作用。风化厚度不大，但如粘土岩、页岩等风化速度很快。主要矿物蚀变趋势：斜长石：水解作用及脱钙作用黑云母：水化脱钾、氧化→水云母化辉石、角闪石：水解→绿泥石→蒙脱石白云母：→伊利石→蒙脱石→高岭土石英：→硅酸→石髓→次生石英一般：石英、高岭土、氧化铁、铝土矿通常是最终产物的组合。碱性环境酸性环境绢云母—绿泥石、蛭石—蒙脱石高岭石化蛭石绿泥石蒙脱石化学成分活动性强的元素：K、Na等，随水流失。活动性弱的元素：Fe、Al、Si等，残留在原地。含活动元素多者易于风化。同一

6、种元素，所组成的化合物不同，岩石的抗风化能力也不同结构特点单一矿物组成的岩石抗风化能力较强：单矿岩>复矿岩矿物成分相同：等粒结构>不等粒结构，单粒结构岩石抗风化能力较强，细粒>粗粒Si质胶结>Ca质胶结>泥质胶结原因：导热性不同、胀缩性不同、比表面积不同。三地质构造地质结构面：断层、层面、节理、沉积间断面、侵入岩与围岩接触面等断层带（裂隙密集带）：囊状风化层理面：差异风化—崩塌等节理、裂缝面：球形风化风化分带岩石颜色矿物颜色岩体破碎特点物理力学性质声速特性其它特点剧风化带原岩完全变色，常呈黄褐、棕红、红色除石英外，其余矿物多已变异，形成绿泥石、绢云母、蛭石、滑

7、石、石膏、盐类及粘土矿物等次生矿物呈土状，或粘性土夹碎屑，结构已彻底改变，有时外观保持原岩状态强度很低，浸水能崩解，压缩性能增大，手指可捏碎纵波声速值低，声速曲线摆动小锤击声哑，锹镐可挖动强风化带大部分变色，岩快中心部分尚较新鲜除石英外大部分矿物均已变异，仅岩快中心变异较轻,次生矿物广泛出现岩体强烈破碎，呈岩块、岩屑、时夹粘性土物理力学性质不大均一，强度较低，岩块单轴抗压强度小于原岩的1/3，风化较深的岩块手可压碎纵波声速值较低，声速曲线摆动大锤击声哑，用锹镐开挖，偶须爆破弱风化带岩体表面及裂隙表面大部分变色，断口颜色仍较新鲜沿裂隙面矿物变异明显，有次生矿物出

8、现岩体一般较好，原岩结构构造清晰，风化