巖石風化工程地質

1、第六章第六章 巖石風化工程地質研究巖石風化工程地質研究 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、定義n風 化：地表巖石和礦物在溫度、大氣、水溶液和生物等營力作用下，發(fā)生的物理和化學變化過程。n風化殼：表層不同深度的巖石，遭受風化程度的不同，形成不同成分和結構的多層殘積物，由其構成的復雜剖面稱為風化殼。 不同巖石，不同地區(qū)，風化殼有很大差別。其厚度很大差別，大則幾百米。 地殼表層保留的主要為現(xiàn)代時期形成的風化殼。當風化殼形成后，被后來的堆積物掩埋，被保留下來成為古風化殼。二、風化類型n物理風化物理風化：由于溫度變化、水的凍融、鹽類結晶、植物根劈等力的作用下，引起巖石的機械破碎，而不伴隨有化學成分和礦物成分明

2、顯變化的現(xiàn)象。 主要發(fā)生在干旱寒冷的地區(qū)，風化深度相對較小。n生物風化生物風化：生物新陳代謝產生有機質或機械破壞，如釋放大量有機物酸及CO2 ，加強水溶液溶解能力 。 n化學風化化學風化：巖石在水、氧及有機體等作用下所發(fā)生的一系列化學變化過程，引起巖石結構構造、礦物成分和化學成分的變化。 主要風化作用：氧化、溶解、水、水解、碳酸化和硫酸化 等作用。 多發(fā)生于溫暖潮濕的地方，風化深度可達百米以上。三、風化結果及工程意義n巖體結構構造發(fā)生變化巖體結構構造發(fā)生變化 巖體完整性遭受破壞，結構性喪失，空隙性增大，礦碎成塊石、碎石或土體。n巖石的礦物成分和化學成分發(fā)生變化巖石的礦物成分和化學成分發(fā)生變化

3、可溶礦物溶解流失，耐風化礦物殘留下來，形成穩(wěn)定性好的次生礦物：如綠泥石、絹云母、高嶺石、蒙脫石等。n巖體的工程地質性質發(fā)生變化巖體的工程地質性質發(fā)生變化 如：力學強度的降低 壓縮性變增大（由基巖粘土） 滲透性增強。次生礦物的抗水性降低、親水性增強，易崩解、膨脹、軟化?？傮w上：惡化了巖石的工程性質 在工程選址、巖土體穩(wěn)定、地基處理、災害防治、工程造價等方面都有重要意義?；A建基面處置、確定礦坑邊坡角、洞室圍巖支護、基坑開挖層支護、抗滑工程設置等都要考慮到風化問題。第二節(jié)第二節(jié) 影響巖石風化的因素影響巖石風化的因素一 氣候因素n溫度溫度 溫差大、冷熱變化頻率快有利于物理風化； 溫度變化對巖石在水中

4、的溶解度和化學反應速度、水溶液濃 度都有有較大影響，從而影響化學風化的速度。n降雨（濕度）降雨（濕度） 各種化學風化是水（CO2，O2）參與下完成的，運動的水質及礦物質運移，破壞化學平衡，促進反應不斷進行。水的加入使風化向多樣化、深度發(fā)展。二 巖性因素n礦物成分：抗風化能力礦物成分：抗風化能力n氧化物硅酸鹽碳酸鹽和硫化物n常見造巖礦物易溶解性順序：食鹽 、石膏、方解石、橄欖石、輝石、角閃石、滑石、蛇紋石、綠簾石、正長石、黑云母、白云母、石英。最穩(wěn)定的造巖礦物：石英n巖漿巖：酸性巖中性巖基性巖超基性巖 （花崗巖）（閃長巖、安山巖）（玄武巖）（橄欖巖）n變質巖：淺變質巖中等變質巖深變質巖n沉積巖：

5、抗風化能力大于巖漿巖、變質巖。化學風化較弱沉積巖是由前一旋迴的風化礦物組成，遭受二次風化后仍產生水化、水解、淋濾作用。風化厚度不大，但如粘土巖、頁巖等風化速度很快。n主要礦物蝕變趨勢主要礦物蝕變趨勢：斜長石：水解作用及脫鈣作用黑云母：水化脫鉀、氧化 水云母化輝石、角閃石：水解綠泥石蒙脫石白 云 母： 伊利石蒙脫石高嶺土石英： 硅酸石髓次生石英一般：石英、高嶺土、氧化鐵、鋁土礦通常是最終產物的組合。n化學成分化學成分n活動性強的元素：K、Na等，隨水流失。n活動性弱的元素：Fe、Al、Si等，殘留在原地。n含活動元素多者易于風化。同一種元素，所組成的化合物不同，巖石的抗風化能力也不同n結構特點結

6、構特點n單一礦物組成的巖石抗風化能力較強：單礦巖復礦巖n礦物成分相同：等粒結構不等粒結構，單粒結構巖石抗風化能力較強，細粒粗粒nSi質膠結Ca質膠結泥質膠結原因：導熱性不同、脹縮性不同、比表面積不同。堿性環(huán)境酸性環(huán)境絹云母綠泥石、蛭石蒙脫石高嶺石化蛭石綠泥石蒙脫石三 地質構造n地質結構面：斷層、層面、節(jié)理、沉積間斷面、侵入巖與圍巖接觸面等囊狀風化，差異風化，球形風化 夾層風化，槽狀風化四 地形 地形不同影響氣候及水文地質條件、光照、溫差條件，溝谷側向入侵作用，殘積物滯留條件。n高度n海拔高地區(qū)：以物理風化為主n海拔低地區(qū)：化學風化速度較快n坡度n陡坡地段：風化速度較大，風化殼較薄n緩坡地段：風

7、化速度較慢，風化殼較厚其它因素n地殼運動n強烈上升期：風化速度快，風化殼厚度不大n穩(wěn)定期：風化徹底，風化殼厚度大n人類活動 人工開挖基坑、邊坡、隧洞、砍伐森林等一 分帶的原則第三節(jié)第三節(jié) 風化巖的垂直分帶風化巖的垂直分帶n充分反映各風化帶巖石變化的客觀規(guī)律，反映各風化帶巖石所具有的不同特征；n分帶的標志應有代表性、明確，便于掌握；n將定性與定量結合起來；n分帶數(shù)目既不要過多，也不太少。一般采用 三分法、四分法、五分法n四分法：全風化帶、強風化帶、弱風化帶、微風化帶二 分帶的標志風化分帶巖石顏色礦物顏色巖體破碎特點物理力學性質聲速特性其它特點劇風化帶原巖完全變色，常呈黃褐、棕紅、紅色除石英外，其

8、余礦物多已變異，形成綠泥石、絹云母、蛭石、滑石、石膏、鹽類及粘土礦物等次生礦物呈土狀，或粘性土夾碎屑，結構已徹底改變，有時外觀保持原巖狀態(tài)強度很低，浸水能崩解，壓縮性能增大，手指可捏碎縱波聲速值低，聲速曲線擺動小錘擊聲啞，鍬鎬可挖動強風化帶大部分變色，巖快中心部分尚較新鮮除石英外大部分礦物均已變異，僅巖快中心變異較輕,次生礦物廣泛出現(xiàn)巖體強烈破碎，呈巖塊、巖屑、時夾粘性土物理力學性質不大均一，強度較低，巖塊單軸抗壓強度小于原巖的1/3，風化較深的巖塊手可壓碎縱波聲速值較低，聲速曲線擺動大錘擊聲啞，用鍬鎬開挖，偶須爆破弱風化帶巖體表面及裂隙表面大部分變色，斷口顏色仍較新鮮沿裂隙面礦物變異明顯，有

9、次生礦物出現(xiàn)巖體一般較好，原巖結構構造清晰，風化裂隙尚發(fā)育，時夾少量巖屑力學性質較原巖低，單軸抗壓強度為原巖的1/32/3縱波聲速值較高，聲速曲線擺動較大錘擊發(fā)聲不夠清脆，須爆破開挖微風化帶僅沿裂隙表面略有改變僅沿裂隙面有礦物輕微變異，并有鐵質，鈣質薄膜巖體完整性較好，風化裂隙少見與原巖相差無幾縱波聲速值高，聲速曲線擺動較小錘擊發(fā)聲清脆，須爆破開挖 巖石風化殼分帶及各帶基本特征巖石風化殼分帶及各帶基本特征n全風化帶：疏松、半疏松碎、塊石占95%。縱波速度5002000m/s，滲透系數(shù) 0.12.6m/d，結構松散，強度低。n強風化帶：疏松、半疏松巖石夾半堅硬巖石，疏松者占3070%，縱波速度2

10、0003000m/s，滲透系數(shù) 0.14m/d，抗壓強度20MPan弱風化：上部堅硬塊石夾半疏松碎屑，碎屑含20%，3070%結構面發(fā)育碎屑等幾十公分。RQD5090%，縱波速度30005000m/sn微風化：堅硬巖石，沿裂面風化，約1mm厚風化皮，RQD 9095%，縱波速度50006000m/s。三 分帶的方法 工程的初勘階段：以定性分帶為主 工程的詳勘階段：以定量分帶為主n 地質分析法地質分析法定性分析方法 通過巖石顏色、破碎程度、礦物成分的變化n指標定量法指標定量法（1）聲波測試法：巖石風化后，聲波速度變慢。據(jù)波速及波形變化確定風化層。全風化帶 縱波速10002000強風化帶 縱波速20003000弱風化帶 縱波速30005000微風化帶 縱波速500060003KKKKRwny式中：Kn=n1/n2孔隙率系數(shù) K= 1/ 2 吸水率系數(shù) KR=R1/R2 強度系數(shù)（單軸抗壓強度）按風化系數(shù)Ky大小分帶（2）風化系數(shù)法0 . 19 . 09 . 04 . 04 . 02 . 02 . 0微新鮮弱風化強風化全風化yyyyKKKK第四節(jié) 防治措施n風化厚度較小，施工條件簡單時，全部挖除n風化厚度較大，數(shù)十米以上時，處理措施視具體條件而定n一般工業(yè)民用建筑物，可選擇足夠強度的風化層作地基