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4第四章岩石风化工程地质研究~1.Convertor.doc
第四章
岩石风化工程地质研究
主要内容
4.1 基本概念及研究意义
4.2 影响岩石风化的因素
4.3 风化壳的垂直分带
4.4 防治岩石风化的措施
4.1. 基本概念及研究意义
岩石风化(Rock Weathering):岩石在各种风化营力作用下,所发生的物理和化学变化过程,称为岩石风化。
它包括岩石所感受的风化作用和其所产生的结果两个方面。
引起岩石风化的营力很多,主要有:太阳热能、水溶液(地表、地下及空气中的水)、空气(O2、CO2等)及生物机体等。
4.1. 基本概念及研究意义
按照风化营力及其引起的岩石变异的方式不同,风化作用可分为物理风化、化学风化和生物风化三种。生物风化既有物理风化的,也有化学风化的作用。因此,风化作用主要有物理风化和化学风化两种。
风化作用:组成地壳上部岩体在各种地质营力作用下,其成分和结构不断发生变化,这些改变岩体成分和结构的地质作用。
4.1. 基本概念及研究意义
物理风化:指因温度变化、水的冻融、干湿交替、盐类结晶、矿物水化和植物根劈等作用而引起岩石的机械破碎的过程。其结果既破坏了岩石结构构造,降低了岩石强度,又为化学风化打开了方便之门。风化深度10m。
4.1. 基本概念及研究意义
化学风化:指岩石在氧、水溶液及有机体等作用下,产生化学反应,引起其结构构造、矿物成分和化学成分发生变化的过程。其结果是活泼元素迁移、稳定元素残留原地,原生矿物不断变异,次生矿物不断形成。风化深度数十~100m。
风化壳:遭受风化的岩石圈表层称~。它是原岩在一定地质历史时期各种因素综合作用的产物。
风化带:地壳上部在不同程度进行着风化作用的部分。
物理风化——根劈作用
4.1. 基本概念及研究意义
风化岩石与原岩的区别:
(1)岩石结构构造发生变化:
原岩:完整性好,裂隙少,胶结强,块度大。
风化岩:完整性差,裂隙多,胶结弱或无胶结,块度小。
4.1. 基本概念及研究意义
(2)岩石矿物成分和化学成分发生变化:
原生矿物解体变异,活动性较强的元素随水迁移,风化营力带来的新元素参与,形成次生矿物。如绿泥石、绢云母等鳞片状矿物;高岭石、蒙脱石、水云母等粘土矿物;铁、铝、硅的氧化物或轻氧化物。
这些次生矿物不仅在晶系特点、晶粒大小、结晶程度均与原生矿物不同,而且还增加了水及有机组分。
4.1. 基本概念及研究意义
(3)岩石工程地质性质弱化:
岩石风化,矿物成分、化学成分和结构构造均向弱的方向发生变化。因此,岩石力学强度降低、压缩性增加、渗透系数增加、水敏性增加等。
总之,风化后,岩石在工程建筑上的优良性质削弱了,不良性质增加了,使工程地质条件恶化。
4.1. 基本概念及研究意义
1. 根据岩石风化程度及其空间分布,选择最适宜于修建建筑物的位址,对各种工程建筑物进行合理布局;
2. 根据风化岩石的物理力学性质与建筑物类型、等级、荷载性质及大小的适应性,确定地基中需要挖除的风化岩石的厚度,即确定合理的建设基面高程;
3.根据岩石风化速度、风化程度及各风化带岩石的物理力学性质,确定基坑、路堑、船闸及露天矿采坑合理的稳定边坡角;
研究意义:
4.1. 基本概念及研究意义
4. 根据风化产物的特性(破碎程度、坚固性等)及场地工程地质条件,选择地下洞室施工开挖的设备和方法,确定对已风化岩石的处理措施;
5. 根据岩石风化速率、风化营力、风化作用类型及影响岩石风化的因素等,确定基坑、路堑保持开敞状态的安全期限,选择防止岩石风化的措施。
全风化、中风化石灰岩
全风化花岗岩
全风化、强风化砂泥岩互层
风化不均匀现象
4.2 .影响岩石风化的因素
一、气候
气候是控制风化营力的性质和强度的主要因素。反映气候特点的气象要素很多,其中对岩石风化影响较大的主要是温度和雨量。
1) 温差大,有利于物理风化:促使岩石热胀冷缩、刺激矿物溶解、生物新陈代谢。温度高有利于化学风化。
2) 雨量大,有利于化学风化及生物风化:加速元素迁移,利于生物繁殖。
岩石风化是多种因素综合作用的复杂过程。包括:气候、岩性、地质构造、地形,水文地质条件等因素。
4.2 .影响岩石风化的因素
二、岩性
岩石的抗风化能力与其形成环境、矿物成分及结构构造关系极为密切。
成岩环境与地表环境差异愈大,原岩风化变异愈强烈。
岩石的抗风化能力的大小,主要取决于组成岩石的矿物成分。
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