動力工程地質五

專題二

風化作用

一、風化作用的意義

1.

風化：

位于地殼表面或接近于地面的巖石經(jīng)受著風、電、大氣降水和溫度等大氣營力以及生物活動等因素的影響，巖石會發(fā)生破碎或成分變化，這種變化的過程稱為風化。

2.風化作用的結果：

●導致巖石的強度和穩(wěn)定性降低，對工程建筑條件起著不良的影響;●促進滑坡、崩塌等不良地質現(xiàn)象的形成和發(fā)展。

3.

風化營力：引起風化作用發(fā)生的風化因素統(tǒng)稱為風化營力。

二、風化作用類型按風化營力的不同，風化作用可分為三大類型：

物理風化作用

化學風化作用

生物風化作用

（一）物理風化作用

物理風化作用：是指巖石在風化營力的影響下，產(chǎn)生一種單純的機械破壞作用。

特點：破壞后巖石的化學成分不改變，只是巖石發(fā)生崩解、破碎、形成巖屑，巖石由堅硬變疏松。

引起巖石物理風化作用的因素：主要是溫度變化和巖石裂隙中水分的凍結。

●溫度變化是引起巖石物理風化作用的最主要因素。因為：

（1）由于溫度的變化產(chǎn)生溫差，溫差可促使巖石膨脹和收縮交替地進行，久之則引起巖石破裂。

（2）巖石本身的某些性質，如巖石的顏色、礦物成分和礦物顆粒的大小等對于溫度變化的感應程度是不同的。

●水的凍結在嚴寒地區(qū)和高山接近雪線地區(qū)經(jīng)常發(fā)生。

當氣溫到0℃或以下時，在巖石裂隙中的水，就產(chǎn)生冰凍現(xiàn)象。水由液態(tài)變成固態(tài)時，體積膨脹約9％，對裂隙兩壁產(chǎn)生很大的膨脹壓力，起到楔子的作用，稱為“冰劈”。（二）化學風化作用

化學風化作用：是指巖石在水和各種水溶液的化學作用和有機體的生物化學作用下所引起的破壞過程。

特點：不僅破碎了巖石，而且改變了化學成分，產(chǎn)生了新的礦物，直到適應新的化學環(huán)境為止。

化學風化作用類型：水化作用、氧化作用、水解作用，以及溶解作用。

●水化作用

水化作用是水分和某種礦物質的結合，在結合時，一定分量的水加入到物質的成分里，改變了礦物原有的分子式，引起體積膨脹，使巖石破壞。如硬石膏（CaSO4）遇水后變成普通石膏（CaSO42H2O）其體積膨脹60％，這對圍巖產(chǎn)生巨大壓力，使圍巖脹裂。

●

氧化作用

氧化作用常是在有水存在時發(fā)生的，在水溶液，低氧化合物、硫化物和有機化合物發(fā)生了氧化反映。如：低價鐵---氧化---變成高價鐵。黃鐵礦（FeS2）--氧化---硫酸亞鐵（FeSO4和硫酸（H2SO4），而硫酸有腐蝕作用。能溶蝕巖石中某些礦物，形成一些洞穴和斑點，致使巖石破壞?！袼庾饔盟庾饔檬侵傅V礦物與水的成分分起化學作用形形成新的化合物物。如正長石（KAlSi3O8）經(jīng)水解后形成高高嶺土（A12O3·2SiO2·H2O）、石英（SiO2）和氫氧化鉀（KOH）。再如大氣中和水水中經(jīng)常含有二二氧化碳（CO2），它與圍巖礦物相相互作用形成碳碳酸化合物，稱稱其為碳酸鹽化化作用?！袢芙庾饔萌芙庾饔檬侵杆苯尤芙鈳r石石礦物的作用，，使巖石遭到破破壞。最容易溶解的是是鹵化鹽類（巖巖鹽、鉀鹽），，其次是硫酸鹽鹽（石膏、硬石石膏），再次是是碳酸鹽類（石石灰?guī)r、白云巖巖等）。如：在石灰?guī)r地地區(qū)經(jīng)常有溶洞洞、溶溝等巖溶溶現(xiàn)象，就是這這種溶解作用造造成的。（三）生物風化化作用生物風風化作作用：：巖石在在動、、植物物及微微生物物影響響下所所起的的破壞壞作用用稱為為生物物風化化作用用?！魃锏牡奈锢盹L風化：植物對對于巖巖石的的物理理風化化作用用表現(xiàn)現(xiàn)在根根部楔楔入巖巖石裂裂隙中中，而而使巖巖石崩崩裂；動物對對于巖巖石的的物理理風化化作用用表現(xiàn)現(xiàn)為穴穴居動動物的的掘土土、穿穿鑿等等的破破壞作作用并并促進進巖石石風化化?！魃锏牡幕瘜W風風化表現(xiàn)為為生物物的新新陳代代謝，，其遺遺體以以及其其產(chǎn)生生的有有機酸酸、碳碳酸、、硝酸酸等的的腐蝕蝕作用用，使使巖石石礦物物分解解和風風化。。造成成巖石石成分分改變變、性性質軟軟化和和疏松松。三、巖巖石風風化程程度和和風化化帶（一））巖石石風化化程度度巖石風風化的的結果果，使使原來來母巖巖性質質改變變，形形成不不同風風化程程度的的風化化巖。。按巖巖石風風化深深淺和和特征征，可可將巖巖石風化程程度劃分為為五級級。風化程程度巖巖石石結構構礦礦物成成分破破碎性性未風化化未未變未未變微風化化基基本本未變變基基本本未變變無無疏疏松物物質弱風化化部部分分破壞壞稍稍微微變質質有有松松散物物質強風化化大大部部分破破壞顯顯著著變化化疏疏松物物與堅堅硬體體混雜雜全風化化全全部部破壞壞風風化成成土狀狀不不含堅堅硬塊塊體（二））風化帶帶巖石的的風化化一般般是由由表及及里呈呈帶狀狀分布布。由由地表表往下下風化化作用用的影影響逐逐漸減減弱以以至消消失。。因此此在風風化剖剖面的的不同同深度度上，，巖石石的物物理力力學性性質有有明顯顯的差差異。。從巖巖石風風化程程度的的深淺淺，在在風化化剖面面上自自下而而上可可分成成四個個風化化帶：：微風化化帶、、弱風風化帶帶、強強風化化帶和全風化化帶?！鲙r石風風化帶帶的界界線，，在工工程建建筑中中是一一項重重要的的工程程地質質資料料?！鞑煌L風化帶帶的分分界線線，可可作為為巖基基持力力層、、基坑坑開挖挖、挖挖方邊邊坡坡坡度以以及采采取相相應的的加固固措施施的依依據(jù)之之一。?！饕_切切地劃劃分風風化界界線尚尚無有有效方方法，，通常常只根根據(jù)當當?shù)氐牡牡刭|質條件件并結結合實實踐經(jīng)經(jīng)驗予予以確確定。。四、巖巖石風風化的的治理理巖石風風化的的治理理方法法可采采用挖除和防治兩種措措施。（一））挖除除方法法。這種措措施是是采取取挖除除一部部分危危及建建筑物物安全全的風風化厲厲害的的巖層層，挖挖除的的深度度是根根據(jù)風風化巖巖的風風化程程度、、風化化裂隙隙、風風化巖巖的物物理力力學性性質和和工程程要求求等來來確定定。挖挖除風風化巖巖石是是一個個困難難而耗耗費時時間的的過程程，因因而宜宜少挖挖。（二））防治治方法法。這種方方法是是采取取制止止風化化作用用繼續(xù)續(xù)發(fā)展展，或或采用用人工工方法法加固固風化化巖的的措施施。△覆蓋防防止風風化營營力入入侵的的