第四章土的形成及其工程地质特征案例.ppt

第四章 土的形成及其;第一节 风化作用及残积物 ;;贵州地质奇观 天然巨石惊现“中国共产党” 这一象形图案由钙质海绵为主的化石无序排列浑然天成;1 物理风化 physical weathering 指地表岩石因温度变化和空隙中水的冻融以及盐类的结晶而产生的机械崩解过程。使岩石从比较完整固结状态变为松散破碎状态，使岩石的空隙度和表面积增大。 温差风化 过程：温度变化----表里不协调的膨胀作用----长期进行---- 削弱表面与内部的联接----表层剥落。;2. 化学风化(chemical weatbering) 在大气、水和水中化学物质的作用下，使岩石的化学成分和矿物种类发生变化的作用。 主要方式：溶解、水化、水解；氧化、碳酸化等 （1）溶解作用(dissolution) 水直接溶解岩石中的矿物的作用。 溶解的难易程度：卤盐类----硫酸盐类----碳酸盐类;石膏是单斜晶系矿物，主要化学成分是硫酸钙（CaSO4）。石膏矿在各地质时代均有产出，以早白垩纪和第三纪沉积型石膏矿为最重要。 ;（2）水化作用（Hydration ） 水中H+与OH-离子与矿物分子的坚固连接。当岩石矿物吸收水份后，其增加的容量在岩石中造成物理应力。 氧化铁ironoxides转化成氢氧化铁ironhydroxide 硬石膏anhydrite经过水化作用后成为石膏gypsum （3）水解作用（Hydrolysis ） 矿物离解产物与水中的H+与OH-离子发生反应形成新矿物。 一种影响硅酸盐（Silicate）矿物的化学风化过程 ，在反应中纯水会轻微离子化，并与硅酸盐矿物起反应。 Mg2SiO4+4H++4OH--2Mg2++4OH-+H4SiO4 ;橄榄石（Peridot或Olivine ）： 铁或镁的硅酸盐，同时含有锰、镍、钴等元素，晶体呈现短柱状或厚板状。属斜方晶系，晶体形态常呈短柱状，集合体多为不规则粒状。颜色多为橄榄绿、黄绿、金黄绿或祖母绿色。玻璃光泽，透明。硬度6.5－7.0，贝壳状断口 。橄榄石因其颜色多为橄榄绿色而得名。橄榄石变质可形成蛇纹石或菱镁矿 。 ;正长石（Orthoclase）（铝硅酸盐长石（aluminosilicatefeldspar））+碳酸+水-----------高岭土（Kaolinite）（黏土矿物）+硅酸溶液+溶液中的钾（potassium）及重碳酸盐离子 。;蛋白石（opal ）：SiO2·nH2O，天然的硬化的二氧化硅胶凝体，含3%－10%的水分???蛋白石与多数宝石不同，非晶质结构，贝壳状断口，具有变彩效应的宝石，含水的非晶质的二氧化硅。硬度5.5－6.5 。;（5）氧化作用（oxidation） 3.生物风化(biological weathring) 物理风化 化学风化;(3) 化学风化是物理风化的继续和深入：化学风化溶解了岩石中易溶物质，改变了岩石的物理性质（致密疏松）从而加速了物理风化的进行。 (4)不同的自然条件下表现的风化类型的强弱、主次程度不同。 ;;;二、影响风化作用的因素;花岗岩球状风化 ;（二） 气候因素 气候对风化的影响主要是通过温度和雨量变化以及生物繁殖状况来实现的。 温度变化的频率比温度变化的幅度更为重要 温度的高低，不仅影响热胀冷缩和水的状态，而且对矿物在水中的溶解度、生物的新陈代谢、各种水溶液的浓度和化学反应的速度等都有很大影响。 雨水少的地区，某些易溶矿物也不能完全溶解，并且溶液容易达到饱和，发生沉淀和结晶，从而限制元素迁移的可能性；多雨地区有利于各种化学风化的进行，同时有利于生物的繁殖，从而加速生物风化。 ;（三） 地形因素 地形高差很大的地区，风化的深度和强度一般大于平缓的地区；但风化层薄。 平原或低缓的丘陵地区，风化层厚 宽广的分水岭地区，风化层比河谷地区厚。强烈的剥蚀区和强烈的堆积区，都不利于化学风化的进行。沟谷密集的侵蚀切割地区，风化层厚度不大。山地向阳坡风化层比阴坡厚。;世界地质公园：内蒙古大青山 ;三、岩石风化程度的划分 残积层：碎屑物风化作用后留在原地。 风化壳：残积物覆盖在地壳表面的风化岩基上，具有一定厚度的风化岩石层。 划分的意义：对建筑场地的选择、工程设计、施工和处理。 风化带的划分必须注意一个岩体的完整性问题 ，应结合岩性（矿物成分）、结构构造、破碎程度、力学特性（强度）、局部岩石的新鲜程度去判定 。 全风化带----强风化带----弱风化带----微风化带;风化程度的划分要根据这些条件综合判定，而不可机械地去认识。一些规范中给我们提供的岩石风化程度判定标准正反映了这种机械性和片面性，是缺乏可操作性的。例如全风化岩石判定标准，很难能全面的理解和正确地判定。又如页岩，哪怕是新鲜页岩也几乎都具备强