第六章　不良地质现象的工程地质问题

第一节　风化作用

一、风化作用的意义

1.风化:位于地壳表面或接近于地面的岩石经受着风、电、大气降水和温度等大气营力以及生物活动等因素的影响，岩石会发生破碎或成分变化，这种变化的过程称为风化。

2.风化作用的结果:

●导致岩石的强度和稳定性降低，对工程建筑条件起着不良的影响;

●促进滑坡、崩塌等不良地质现象的形成和发展。

3.风化营力:引起风化作用发生的风化因素统称为风化营力。

二、风化作用类型

按风化营力的不同，风化作用可分为三大类型:

物理风化作用

化学风化作用

生物风化作用

(一)物理风化作用

物理风化作用:是指岩石在风化营力的影响下，产生一种单纯的机械破坏作用。

特点:破坏后岩石的化学成分不改变，只是岩石发生崩解、破碎、形成岩屑，岩石由坚硬变疏松。

引起岩石物理风化作用的因素:主要是温度变化和岩石裂隙中水分的冻结。

●温度变化是引起岩石物理风化作用的 最主要因素。

因为:

(1)由于温度的变化产生温差，温差可促使岩石膨胀和收缩交替地进行，久之则引起岩石破裂。

(2)岩石本身的某些性质，如岩石的颜色、矿物成分和矿物颗粒的大小等对于温度变化的感应程度是不同的。

●水的冻结在严寒地区和高山接近雪线地区经常发生。

当气温到0℃或以下时，在岩石裂隙中的水，就产生冰冻现象。水由液态变成固态时，体积膨胀约9％，对裂隙两壁产生很大的膨胀压力，起到楔子的作用，称为“冰劈”。

(二)化学风化作用

化学风化作用:是指岩石在水和各种水溶液的化学作用和有机体的生物化学作用下所引起的破坏过程。

特点:不仅破碎了岩石，而且改变了化学成分，产生了新的矿物，直到适应新的化学环境为止。

化学风化作用类型: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种矿物质的结合，在结合时，一定分量的水加入到物质的成分里，改变了矿物原有的分子式，引起体积膨胀，使岩石破坏。

如硬石膏()遇水后变成普通石膏()其体积膨胀60％，这对围岩产生巨大压力，使围岩胀裂。

●氧化作用

氧化作用常是在有水存在时发生的，在水溶液，低氧化合物、硫化物和有机化合物发生了氧化反映。

如:低价铁---氧化---变成高价铁。

黄铁矿()--氧化---硫酸亚铁( 和硫酸()，而硫酸有腐蚀作用。能溶蚀岩石中某些矿物，形成一些洞穴和斑点，致使岩石破坏。

●水解作用

水解作用是指矿物与水的成分起化学作用形成新的化合物。

如正长石()经水解后形成高岭土()、石英()和氢氧化钾()。

再如大气中和水中经常含有二氧化碳()，它与围岩矿物相互作用形成碳酸化合物，称其为碳酸盐化作用。

●溶解作用

溶解作用是指水直接溶解岩石矿物的作用，使岩石遭到破坏。

最容易溶解的是卤化盐类(岩盐、钾盐)，其次是硫酸盐(石膏、硬石膏)，再次是碳酸盐类(石灰岩、白云岩等)。

如:在石灰岩地区经常有溶洞、溶沟等岩溶现象，就是这种溶解作用造成的。

(三)生物风化作用

生物风化作用:岩石在动、植物及微生物影响下所起的破坏作用称为生物风化作用。

△生物的物理风化:

植物对于岩石的物理风化作用表现在根部楔入岩石裂隙中，而使岩石崩裂；

动物对于岩石的物理风化作用表现为穴居动物的掘土、穿凿等的破坏作用并促进岩石风化。

△生物的化学风化

表现为生物的新陈代谢，其遗体以及其产生的有机酸、碳酸、硝酸等的腐蚀作用，使岩石矿物分解和风化。造成岩石成分改变、性质软化和疏松。

三、岩石风化程度和风化带

(一)岩石风化程度

岩石风化的结果，使原来母岩性质改变，形成不同风化程度的风化岩。按岩石风化深浅和特征，可将岩石风化程度划分为五级。

(二)风化带

岩石的风化一般是由表及里呈带状分布。由地表往下风化作用的影响逐渐减弱以至消失。因此在风化剖面的不同深度上，岩石的物理力学性质有明显的差异。从岩石风化程度的深浅，在风化剖面上自下而上可分成四个风化带:微风化带、弱风化带、强风化带和全风化带。

△岩石风化带的界线，在工程建筑中是一项重要的工程地质资料。

△不同风化带的分界线，可作为岩基持力层、基坑开挖、挖方边坡坡度以及采取相应的加固措施的依据之一。

△要确切地划分风化界线尚无有效方法，通常只根据当地的地质条件并结合实践经验予以确定。

四、岩石风化的治理

岩石风化的治理方法可采用挖除和防治两种措施。

(一)挖除方法。这种措施是采取挖除一部分危及建筑物安全的风化厉害的岩层，挖除的深度是根据风化岩的风化程度、风化裂隙、风化岩的物理力学性质和工程要求等来确定。挖除风化岩石是一个困难而耗费时间的过程，因而宜少挖。

(二)防治方法。这种方法是采取制止风化作用继续发展，或采用人工方法加固风化岩的措施。

△覆盖防止风化营力入侵的材料，如沥青、水泥、粘土盖层等；

△灌注胶结和防水的材料，如水泥、沥青、水玻璃、粘土等浆液，使其起到封闭和胶结岩石裂隙的作用；

△整平地区，加强排水----防止风化。