文档介绍：第三章 岩石风化的工程地质研究
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
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。