风化壳的垂直分带(作业)

风化壳的垂直分带一、目的1.巩固并掌握风化壳的概念；2.掌握在一定的地形、岩性和地质构造条件下，风化壳垂直分带的标志及分带方法；3.学会分析岩石风化的影响因素。二、工程实例武当山位于我国南方某地，气候属亚热带，温暖潮湿，经过地表测绘，勘探及实验工作，获得了一系列工程地质资料：1武山村附近地形地质剖面；2钻孔柱状图五个。现已知该地区为白垩纪大片花岗岩侵入，在白垩纪末期有细晶岩脉穿插于其中。最后本地区经受一次构造运动，产生一系列NE—SW向的断裂。这些岩浆岩的强度较高，但因遭长期风化作用，形成了巨厚的风化壳。现要在该地区修建一铁路遂洞，此遂洞系高度为跨度各为10米和马蹄形断面，洞底高程为海拔240.00米。为了论证该隧洞围岩的稳定性，必须对该地的风化壳进行分析。图3-1武当村附近地质剖面图三、风化壳的垂直分带3.1资料中可利用的风化壳垂直分带标志从题目条件提供的钻孔柱状图资料中，我们可以获得不同孔深处的如下信息：岩性及风化特征描述、岩心采取率、极限抗压强度、内摩擦系数、粘聚力、单位吸水量和纵波速度。可以发现：其中的粘聚力随深度变化不大或相关性不大，甚至局部还出现负相关的现象，故不能作为风化壳垂直分带的标志，故将其略去。剩下的几项中，岩性及风化特征描述属定性标志，其余的都为定量标志。极限抗压强度可以直接利用，纵波速度可直接利用，也可转化为风化系数来作为标志、而对于岩心采取率、内摩擦系数和单位吸水量这三个指标，我们目前手头上关于利用它们进行风化壳垂直分带的标准规范缺乏，故也无法充分利用，但可以作为辅助的定量指标为已初步划分好的结果进行横向对比验证之用。综上所述，我们从资料中可利用到的风化壳垂直分带标志有四个，它们是：一个定量标志即岩性及风化特征描述，三个定量标志为极限抗压强度、纵波速度和换算来的风化系数。本文将综合利用这四个指标来进行风化壳的垂直分带。3.2风化壳的垂直分带表3-1为《规范》中的风化壳垂直分带的定性指标参照标准，参照此标准，以查看题目条件提供的钻孔柱状图资料的岩性及风化特征描述一栏为主，再辅以定量指标的横向对比，综合考虑岩脉、断裂、地形对岩石风化的影响，对有钻孔处进行了风化壳垂直分带，划分结果绘制成表3-2、图3-2.表3-1风化壳垂直分带的定性指标参照标准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，声速曲线摆动大续表3-1风化壳垂直分带的定性指标参照标准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，声速曲线摆动较小表3-2风化带高程下限表风化带高程下限A1(m)A2(m)A3(m)A4(m)A5(m)剧风化带250280.5307.9326.4337.4强风化带224.5255.5271.9311.4327.9弱风化带221.4248.5245.4289.1324.6微风化带219.6245217.4287.9321.4图3-2风化壳的垂直分带图四、结论1、从图中我们可以看出:本地区经受构造运动产生的一系列NE—SW向的断裂构成风化营力（水、气等）深入岩石内部的良好通道，加深和加速岩石风化，造成此处附近岩石风化深度增大，使风化带界线在断裂处呈现凹向下的形态。构造带的发育也对钻孔柱状图资料，尤其是定量资料有较大的影响，常常会使某些地量指标出现异常（如岩心采取率变小、单位吸水量变大等），这点在实践中应予以注意。2、从图中我们还发现：在白垩纪末期侵入该处花岗岩的细晶岩脉，对风化的抵抗能力很强，有效的保护了其下部的花岗岩不受风化的侵蚀。细晶岩脉主要成分为石英，化学稳定性大，抗风化能力强，使得风化带界线全部分布在岩脉的上部，地质剖面图NE50°方向的风化带界线深度变浅，向地表集中（本来此处地形较平缓，风化条件良好，风化深度会很深）。3、地形条件对风化作用的进程和风化产物的积存起重要的控制作用，因而影响着岩石风化类型和速度以及风化岩的厚度。从图中我们可以发现：风化带界线形状大体上同地表面.且在地质剖面图中到左部受断裂和细晶岩脉影响较小处，表现出来的地势的陡缓对风化程度的影响来（陡峭地区，水加速流动，剥蚀较强，新鲜基岩易于暴露，故以物理风化为主且风化层厚度较小；平坦低洼地区排水条件差，深入岩石的水量较大，以化学风化和生物风化为主，有助于风化达到较深的深度。）。4、对隧洞围岩稳定性的简要论证：由于遂洞围岩的稳定性在教学中不做要求，对此也知之甚少，故在此只做简要评价。从图3-2风化带的划分中我们易知：隧洞易失稳部位为洞前部（地质剖面图的左侧出口）和隧洞与断裂相交出。这两个部位分别由于地形和断裂的影响，围岩风化程度大，岩石强度变低，容易造成隧洞失稳破坏。应采取相适宜的防治措施加以处理。