工程地质 风化作用

1第二节地表流水地质作用第七章外力地质作用主要内容第一节风化作用第七章1、风化作用第二节风化作用风化作用——地表及接近地表的岩石，在大气、温度、水和生物的影响下，使原来的岩石在物理性质或化学性质上发生改变的地质作用。一、风化作用的类型风化作用的结果导致岩石的强度和稳定性降低，对工程建筑条件起着不良作用。物理风化化学风化生物风化1、风化作用的类型（一）物理风化物理风化作用是指岩石在风化营力的影响下，产生一种单纯的机械破坏作用，其破坏后岩石的化学成分不改变，只发生崩解、破碎、形成岩屑，岩石由坚硬变疏松。引起岩石物理风化作用的因素主要是温度、水。岩石受到气温变化的分解破坏过程1、风化作用的类型1.剥离作用（温度风化）较为典型的有球状风化。2.冰劈作用1、风化作用的类型3．层裂或卸载作用深部的岩石处于上覆岩石的强大压力之下，一旦因上覆岩石剥去，压力解除，岩石随之而产生向上或向外的膨胀，形成平行于地面的层状裂隙。（二）化学风化作用化学风化是指岩石在大气、水以及水中溶解物质的作用下，使岩石发生化学变化，改变其化学成分，从而使岩石分解破坏，并产生新的矿物。1.氧化作用——空气和水中的游离氧使地表及其附近的矿物氧化，改变其化学成分，并形成新的矿物。1）硫化物的氧化FeS2+14H2O+15O2=2(Fe2O3·3H2O)+8H2SO42）磁铁矿氧化成赤铁矿4Fe3O4+O2=6Fe2O31、风化作用的类型1、风化作用的类型1）石灰岩和白云岩与CO2、水的作用2.溶解作用——水是溶剂，自然界中的水总会有一定数量的O2、CO2和一些酸、碱物质，因此具有较强的溶解能力，能溶解大多数矿物。CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)22）含硫酸的水的作用CaCO3+H2SO4=CaSO4+CO2+H2O3）含碱质水的作用FeSO4+K2CO3=FeCO3+K2SO4弱酸强碱盐或强酸弱碱盐遇水解离或带不同电荷的离子。这些离子与水中的H+和OH-发生反应形成含OH-的新矿物，矿物和岩石因此遭到破坏。4KAlSi3O8+6H2O=Al4Si4O10(OH)4+8SiO2+4KOH（钠长石）（高岭石）（石英）1、风化作用的类型3.水解作用4.水化作用——有些矿物质能吸收一定量的水参加到矿物晶格中，形成含水分子的矿物。CaSO4+2H2OCaSO4·2H2O（硬石膏）（石膏）体积扩大60%物理破坏作用溶解度大容易被水溶解流失1、风化作用的类型1、风化作用的类型（三）生物风化作用生物风化作用是指岩石在动、植物及微生物影响下所起的破坏作用，如植物根部楔入岩石裂隙、穴居动物掘土、生物的新陈代谢等。2.生物化学风化作用1）生物的新陈代谢作用——生物生存要吸取养分同时分泌酸性物质，从而破坏矿物岩石;2）生物遗体腐烂分解的产物引起岩石的溶解，从而破坏岩石。1、风化作用的类型1）根劈作用：树根对岩石的劈裂作用;2）穴居动物破坏作用：打洞对岩石造成的破坏作用。1.生物物理风化作用2、影响风化作用的因素二、影响风化作用的因素•气候•地形•岩石性质•地质构造•其它3、风化作用的产物三、风化产物及特征1.碎屑物质——主要是物理风化作用的产物，也有一部分是岩石在化学风化过程中完全分解的矿物碎屑、岩石碎屑，是碎屑沉积物的重要来源。2.溶解物质——是化学风化和生物风化作用的产物。一部分是以溶液形式被水带走（K、Na、Ca、Mg等元素的碳酸盐、硫酸盐、氯化物以及少数Mn、P的氯化物）它是化学沉积物的主要来源。另一部分是SiO2以胶体溶液形式被水带走。（一）风化作用的产物3.难溶物质——Fe、Al等元素残留物在原地，形成褐铁矿、黏土矿和铝土矿。（二）残积物岩石风化后在原地残留的物质称为残积物。残积物的主要特征：3.表面较平坦，底界起伏不平与基岩是过渡关系，具有垂直分带性。1.成分主要为残留原地的碎屑物以及新形成的矿物。2.岩石碎屑物质大小不均，棱角显著，结构松散，不具层理。3、风化作用的产物（三）残积土层1.残积层的物质成分与气候条件有密切关系3、风化作用的产物岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑物质所组成的土体，它处于岩石风化壳的上部。残积土（三峡工程）1）干旱区主要为物理风化，具有砂类土的性质；2）半干旱区，除物理风化外还有化学风化作用，形成蒙脱石矿物；3）气候潮湿，易形成含水云母的黏土；4）潮湿而温暖的区域，则形成含高岭石的黏土；3、风化作用的产物1）酸性岩浆岩分布地区的残积层，除含有长石分解的黏土矿物外，常以富含石英颗粒的砂土为其特征；2）石灰岩形成的残积层，多为含石灰岩碎石的钙质亚粘土或黏土；3）石英砂岩的残积层，一般为砂层。2.残积层的成分与原岩有密切关系3.残积土的工程性质粒度和矿物成分受气候和母岩岩性的控制。其发育情况还和地形有关。孔隙度↑、强度↓、压缩性↑，均质性差，但具有一定的结构强度。残积土剖面图3、风化作用的产物3、风化作用的产物（四）风化壳在大陆地壳的表层由风化残积物组成的一层不连续的薄壳称为风化壳。厚度一般为数厘米至数十米。土壤层残积层半风化层基岩周口店花岗闪长岩的风化壳1.岩石风化程度划分依据：《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）和《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）的划分方案：全、强、弱（中）、微、未风化带。2.岩石风化分带的依据：矿物颜色与光泽变化、矿物成分改变、岩石破碎程度、岩石强度变化。（五）风化岩层的分带3、风化作用的产物岩石的风化一般是由表及里，地表往下风化作用的影响逐渐减弱以至消失；在风化剖面上，自下而上分成四个风化带：未风化带、弱风化带、强风化带和全风化带。风化带岩石风化带的界线，在工程建筑中是一项重要的工程地质资料，是确定地基持力层、基坑开挖、挖方边坡坡度以及采取相应的加固措施的依据之一。3、风化作用的产物岩石风化程度划分表《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）风化程度特征残积土组织结构全部破坏，已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性全风化结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进。强风化结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育，岩体破碎，用镐可挖，干钻不易钻进。中等风化（弱风化）结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风化裂隙发育，岩体被切割成岩块。用镐难挖，岩芯钻方可钻进。微风化结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变色，有少量风化裂隙。未风化岩质新鲜，偶见风化痕迹3、风化作用的产物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，有次生矿物出现岩体一般较好，原岩结构构造清晰，风化裂隙尚发育，时夹少量岩屑力学性质较原岩低，单轴抗压强度为原岩的1/3－2/3纵波声速值较高，声速曲线摆动较大锤击发声不够清脆，须爆破开挖微风化带仅沿裂隙表面略有改变仅沿裂隙面有矿物轻微变异，并有铁质，钙质薄膜岩体完整性较好，风化裂隙少见与原岩相差无几纵波声速值高，声速曲线摆动较小锤击发声清脆，须爆破开挖（六）风化分带的意义3、风化作用的产物1.根据岩石风化的深度及其分布情况，选择适于修建建筑物的地点；2.确定重大建筑物的地基中需要挖除的岩土风化层的厚度；3.根据岩石风化速度确定合理的边坡坡度，以及确定基坑、路堑保持开敞状态的安全期限；地基：选择基础埋深位置边坡：选择稳定的边坡高度和坡度4.确定工程造价；5.确定防止岩石风化的措施。水理性质及物理力学性质的变化由上至下：–孔隙性、压缩性由大变小–吸水性由强→弱–波速由小→大–强度由低→高3、风化作用的产物风化厚度较小，施工条件简单时，全部挖除。风化厚度较大，数十米以上时，处理措施视具体条件而定。一般工业民用建筑物，可选择足够强度的风化层作地基，设置合理的基础埋置深度；重大工程，需挖除对工程构成危险的风化岩石。四、防治措施4、防治措施对于囊状或夹层风化带，可采用局部挖除或铺盖跨越。岩石风化的治理岩石风化的治理可采取挖除和防治两种措施：（1）挖除方法：挖除危及建筑物安全的风化厉害的岩层，缺点为困难且耗时。（2）防治方法：（抹面法）覆盖防止风化营力入侵的材料，如沥青、水泥、粘土盖层等；（胶结灌浆法）灌注胶结和防水的材料，如水泥、沥青、水玻璃、粘土等浆液，使其起到封闭和胶结岩石裂隙的作用；（排水法）整平地区，加强排水；（快速施工法）预留基坑高程,分段开挖,快速回填。4、防治措施了解风化作用及其结果和风化壳的特征，掌握风化作用的基本原理、概念、类型。学习重点重点是风化作用的原理作业及思考题1.物理风化与化学风化它们的作用方式及产物有何区别？2.结合自然现象说明影响风化作用的因素？本节学习要求3.根据自己所见过的风化现象，说明残积物、风化壳的特征及分带情况。