工程地质学——岩石风化工程地质研究.ppt

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1、第六章岩石风化工程地质研究第一节概述一、定义风化：地表岩石和矿物在温度、大气、水溶液和生物等营力作用下，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。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变化的现象。主要发生在干

2、旱寒冷的地区，风化深度相对较小。生物风化：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。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。主要风化作用：氧化、溶解、水、水解、碳酸化和硫酸化等作用。多发生于温暖潮湿的地方，风化深度可达百米以上。三、风化结果及工程意义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

3、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。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

4、）参与下完成的，运动的水质及矿物质运移，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

5、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。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，

6、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。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囊状风化，差异风化，球形风化夹层风化，槽状风化四地形地形不同影响气候及水文地质条件、光照、温差条件，沟谷侧向入侵作用，残积物滞留条件。高度海拔高地区：以物理风化为主海拔低地区：化学风化速度较快坡度陡坡地段：风化速度较大，风化壳较薄缓坡地段：风化速度较慢，风化壳较厚其它因素地壳运动强烈上升期：风化速度快，风化壳厚度不大稳定期：风化彻底，

7、风化壳厚度大人类活动人工开挖基坑、边坡、隧洞、砍伐森林等一分带的原则第三节风化岩的垂直分带充分反映各风化带岩石变化的客观规律，反映各风化带岩石所具有的不同特征；分带的标志应有代表性、明确，便于掌握；将定性与定量结合起来；分带数目既不要过多，也不太少。一般采用三分法、四分法、五分法四分法：全风化带、强风化带、弱风化带、微风化带二分带的标志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

8、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