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第四章 岩石风化分解

岩石的工程性质恶化。如透水性增强,抗水性减弱,亲水性增加, 强度和弹性模量降低,变形量增大等。 总之,风化后的岩石在工程建筑上优良性质减弱了,不良性质 则增加了,使工程地质条件恶化。
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。
第四章 岩石风化工程地质
第一节 概述 第二节 影响岩石风化的因素 第三节 风化壳岩石的垂直分带 第四节 岩体风化速度的研究 第五节 防治岩石风化的措施第 Nhomakorabea节 概述
一、风化和风化作用的概念
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。
根据岩石风化程度和特性及场地工程地质条件,选择地下 洞室施工开挖的设备和方法,确定对已风化岩石的处理措 施;
根据岩石风化的速度、风化营力的大小和风化作用的类型 等因素,确定基坑、路堑敞开时的安全期限,选择防止岩 石风化的措施。
为此,必须注意研究以下问题:
1.加强不同气候带、不同地质地理地区,在不同风化营力 作用下,风化壳的形成、分布规律及其区域工程地质特 征的研究;
残积土
二、风化岩石的工程性状及工程意义
岩石风化后,发生了一系列不同程度的变化,从而改变了岩石的工 程特性,主要表现在:
岩石矿物成分和化学成分发生变化。原生矿物经受水解、水化、 氧化等作用后,逐渐转化生成新的次生矿物,特别是粘土矿物, 从而改变了岩石的性质。
结构构造的变化。岩石的完整性遭到破坏,风化破坏岩石颗粒间 联接,扩大岩石原有裂隙,产生新的风化裂隙,降低结构面的粗 糙程度,使岩石分裂成碎块,破坏岩体的完整性。整体状、块状、 层状结构岩体变为碎裂结构岩体,甚至散体结构的土体。坚硬岩 石可变为软弱岩石,甚至松散土。
1.气候 气候是控制风化性质和强度的主要因素。温度和降雨量是物
理风化、化学风化和生物风化的基础,是风化过程和风 化强度的推动力,其地带性导致风化壳分别的地带性。 温度影响化学反应的速率,温度增高,岩石及矿物的风 化作用加剧;降雨量控制着化学反应以及淋滤可溶性矿 物所需的水分,水分增多,风化壳中粘粒含量增多。在 潮湿的热带,风化强度约是温带的3倍,寒带的10倍 (Bridges,E.M,1978)。所以在湿热地区一般以化学风化 为主,风化深度较大;高寒地区气温低,干旱荒漠地区 日照强烈且年降雨量小。这些地区的岩石多以物理风化 为主,风化深度一般不大。
风化作用:地壳表层岩石在各种风化营力作用下所发生 的一切物理和化学变化的地质作用称为风化作用。风 化分为物理风化、化学风化和生物风化。
风化作用的类型: 物理风化:是指在气候和温度变化、岩石裂隙或空隙中
水的冻溶或盐类结晶所产生的应力等作用下岩石在原 地发生的机械崩解或作用或破碎过程。这种作用主要 发生在地表,它使岩石裂开或崩解成大小不等的碎块, 从比较完整坚硬的状态变为松散破碎的状态,在成分 上并未发生显著的变化,它主要有以下方式:1)温度 变化(特别是昼夜的温度)引起岩石矿物的热胀冷缩; 2)冰劈作用;3)盐分结晶的撑裂和潮解作用。
到矿物晶格中去,形成新的含水矿物。称为水化作用。 这种作用常使矿物体积膨胀,对周围岩石产生压力,促 使岩石破坏。
4)水解作用:矿物在溶于水的过程中,其自身离解出 的离子与水中部分离解的和离子间的交换反应,称为 水解。
5)碳酸化作用:溶于水中的CO2形成CO-3和HCO-3, 它们可以夺取盐类矿物中的一部分金属离子,结合成 易溶的碳酸盐而随水迁移,使原来的矿物分解,这种 变化称为碳酸化作用。在化学风化过程中,岩石和矿 物不仅会破碎,还会被分解,矿物的内部结构受到破 坏,直至形成在地表条件下稳定的新矿物,使岩石的 化学成分和物理性质都发生显著变化。
2.加强风化岩体结构、构造的研究以及对物理力学性质的 影响,特别要重视不同风化带岩石的微结构特征;
3.风化软弱夹层的工程地质性质的研究;
4.采用各种新技术、新方法研究岩石风化程度和风化带划 分的定量评价指标;
5.重视岩体风化速度的观测各预测。
第二节 影响岩石风化的因素
岩石风化是多种因素综合作用的复杂过程,主要与气候、岩 性、地质构造、地形地貌、水文地质等因素的不同影响 有关.
化学风化:是指在氧、水溶液及二氧化碳等作用下,所 发生的一系列复杂化学变化,引起岩石的结构构造、矿 物成分和化学成分发生变化的过程。其主要方式有:
1)氧化作用:是大气和水中的游离氧与矿物化合生成氧 化物的过程。
2)溶解作用:是指矿物溶于水的过程。 3)水化作用:有些矿物能够吸收一部分中性水分子参加
三.岩石风化工程地质研究的目的
根据岩石风化的程度及其空间分布,选择最适宜的建筑物 的场址;
根据岩石物理力学性质和建筑物的类型、等级等,根据工 程要求,合理确定基岩的利用高程,确定地基中需挖除的 风化岩石的厚度,减少岩石工程施工中的剥离量,以节省 工程投资,加快施工进展;
根据岩石风化程度、速度及性质,确定合理的斜坡稳定边 坡角;
生物风化作用:是由于生物的生命过程中,直接和间接 引起的岩石破坏作用。它也可分为二种类型,即生物 物理风化和生物化学风化。前者如植物在生长过程中, 深入岩石空隙的根系逐渐变粗、增长和加多,使岩石 裂隙拓宽、加深和形成新裂隙,从而引起岩石破坏的 根劈作用。后者则是通过生物的新陈代谢和生物遗体 腐烂分解进行的。生物在新陈代谢过程中分泌出的各 种物质以及生物死亡后分解成的腐殖质,都可以引起 岩石的化学变化。
上述三类风化作用及其风化方式都具有独立的意义。 但是在许多情况下,它们相伴而生,并相互影响和促 进,共同破坏着岩石。
由于各种风化营力的结合不同,常使某些地区 以某一种风化为主。
风化壳:是遭受风化的岩石圈表层。 风化岩:是指岩石经风化后在结构、成分、性质
等产生不同程度变异的岩石。 残积土:岩石已完全风化成土而未经搬运的称为
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