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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 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，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。 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 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，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 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。