第四章岩石风化介绍精选课件PPT

第四章 岩石风化的工程地质研究
第一节 第二节 第三节 第四节
概述 影响岩石风化的因素 风化壳的垂直分带 防治岩石风化的措施
2021/3/2
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一、定义
风化：岩石在各种风化营力作用下，发生的物理 和化学变化过程。造成岩体风化的营力主要指太 阳能、地表与地下水、空气及生物等。
风化壳：遭受风化的岩石圈表层。它是原岩在一 定的地质历史时期各种因素综合作用的产物。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，由此构成了的复 杂风化壳剖面。不同岩石，不同地区，风化壳有 很大差别。其厚度很大差别，厚者可达几百米。 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。
矿物成分 化学成分 结构特征
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矿物成分
岩石抗风化能力的大小，主要决定于组成岩石的矿物成分。
在地表环境下，常见造岩矿物的抗风能力是不同的。一般情况下， 矿物在风化过程中的稳定性由大到小的顺序是:氧化物>硅酸盐>碳 酸盐和硫化物。当岩石中不稳定矿物含量较多时，其抗风化能力较 弱；相反，则其抗风化能力较强。最稳定的造岩矿物是石英
岩体渗透性增强；
次生矿物的抗水性降低、亲水性增强，易崩解、膨胀、软
化等。
总体上：恶化了岩体的工程地质性质
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四、研究意义及目的
由于风化作用使岩体矿物成分与化学成分产生变化，岩石的结构、构
造改变，完整性遭到破坏，恶化了岩体的工程性质。因此，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
各类岩石的抗风化能力由大到小的顺序如下：
岩浆岩：酸性岩（花岗岩）>中性岩（闪长岩、安山岩）>基性岩（玄武 岩）>超基性岩（橄榄岩）；
变质岩：抗风化能力主要取决于岩体结构，一般深变质岩>中等变质岩> 浅变质岩；
沉积岩：抗风化能力主要取决于岩体结构，风化厚度一般不大。
主要矿物的蚀变趋势为：
斜长石：在碱性环境下蚀变顺序为，绢云母→绿泥石、蛭石→蒙脱石； 在酸性环境下为高岭石化；
主要发生在干旱寒冷的地区，如我国西北的干旱寒 冷及高山寒冷地区，风化深度相对较小，一般小于 10m 。
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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。
其实质是原岩中较活泼的元素发生迁移，较稳定的元素残留 原地，原生矿物不断变异，与新环境相适应的次生矿物不断形 成的过程。
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三、风化结果
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，破碎成
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：
岩体力学强度与抗变形性能降低、压缩性增大等；
温度
温差大、冷热变化频率快ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ物理风化
温度高低：不仅直接影响岩石热胀冷缩和水的物理状态，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 应的速度都有很大的影响。
降雨（湿度）：为岩石化学风化提供了必需的水溶液，控制 着风化营力的性质和强度，影响风化作用类型及风化速度。
在降雨量小而蒸发量大的干旱地区，多为物理风化。
在潮湿多雨地区，则以化学风化为主，风化较强烈，风化速度较快， 风化深度大。
不同气候条件下风化作用的类型和强度、风化产物的性质 等均不相同。
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岩性因素
岩体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。当成岩环境与地表环境差异愈大时， 原岩风化变异愈强烈，即岩石的抗风化能力愈弱。
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二、风化类型
按照风化营力及其引起的岩石变异的方式不同，风 化作用一般分为物理风化、化学风化和生物风化三种。
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。
其结果既破坏了岩石的结构构造，降低了岩石的强 度，又为化学风化开了方便之门。
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。
一般情况下岩石风化的最终产物常表现为石英、高岭土、氧化
铁2021、/3/2铝土矿的组合。
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化学成分
活动性强的元素：K、Na等，经风化后，易脱离母岩随水溶 液流失
活动性弱的元素：Fe、Al、Si等，经风化后，易于停留在原 处
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，如方解石中的含钙化合物易风化，而斜长石中的含钙化 合物较稳定
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（因 为导热性、膨胀性较均一）
矿物成分相同：等粒结构>不等粒结构（胀缩性）
选择地下洞室施工开挖的设备及方法，确定对已风化岩石的处理措施
根据岩石风化速度、风化营力、风化作用类型及影响因素等，确定岩
基暴露的安全期限与预防风化的措施，如确定基坑、路堑保持开场状
202态1/3的/2 安全期限，选择防止岩石风化的措施等
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气候因素
气候是控制风化营力的性质及强度的主要因素。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 降雨量。
义。
根据岩石风化的程度及空间分布，选择最适于修建建筑的场址，进行
合理布局
根据风化岩石的物理力学性质及其与建筑物类型、等级、荷载性质及
大小的适应性，确定合理的建基面高程、确定持力层
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
各类开挖边坡的合理坡角；
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，
在风化过程中，化学反应的方式较复杂，有氧化、还原、水 化、水解、碳酸化、硫酸化、去碳等。以水化、溶解、水解和 氧化作用最为常见。
多发生于温暖潮湿的地方，风化深度可达百米以上。
生物风化：既有物理风化特点，又具有化学风化特征。
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 。