工程地质第6讲：风化作用课件

1、ch6- 1 人们通常用“海枯石烂不变心”来表示对爱情的忠贞，实际上海会枯，石也会烂。引起石烂的原因就是风化作用 风化后的物质在重力和水等因素作用下，容易顺坡向下运动，形成坡地重力地貌第节 风化作用 花岗岩风化外貌-黄山云海（红楼梦顽石） 风化作用：岩石暴露地表后，经受太阳幅射热、大气、水及生物等作用使岩石结构逐渐破碎、疏松，或矿物成分发生次生变化，这一系列的变化过程，称风化作用。 经风化作用形成的岩石，称风化岩。风化作用与变质作用的异 同作用能源不同变质作用为内能风化作用为外能作用范围不同变质作用作用于整个地壳岩石圈层风化作用作用于地表附近很薄的一层作用环境不同风化作用是在常温常压的环境中作

2、用结果不同变质作用使得多数母岩在变质后力学性能有所提高风化作用总是使得岩石的力学性能降低变质作用是在高温高压的环境中相 同 之 处岩石的物理化学性质发生了变化一、风化作用类型1.物理风化作用 特点：机械破碎、无明显成分的改变 因素：气温变化、冰劈作用、盐类物质结晶膨胀。（1）气温变化引起的物理风化-热胀冷缩风化作用的强弱主要取决于：气温变化的速度和幅度。（2）冰劈作用温度0,液态水结冰膨胀，体积增加1/11，产生96MPa的巨大压力。（3）盐类结晶与崩解干旱与半干旱地区结晶析出，其体积膨胀，岩石胀裂。如明矾结晶析出时，体积增加0.5%，压力可达4MPa。盐类结晶造成的干裂（科罗拉多，美国） 实

3、例： 黄铁矿氧化成褐铁矿FeS2+7O2+2H2O2FeSO4+2H2SO4 12FeSO4+3O2+6H2O4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3 2Fe2(SO4)3+9H2O2Fe2O3.3H2O+6H2SO4 结果：形成洞穴和斑点，岩石松散破碎，并产生一些新矿物。 岩石中有较多的黄铁矿，不宜用作建筑材料。2.化学风化作用 （1）氧化作用：氧化带（2）溶解作用： 如硬石膏变成石膏，体积膨胀60。 （4）碳酸化作用：（3）水化作用：CaSO4 CaSO4.H2O硬石膏 石膏H2O结果：硬度 ，抵抗风化作用能力 。矿物体积碳酸钾、二氧化硅及粘土矿物（高岭石）正长石碳酸化作用3.生物风化作用生

4、物物理风化： 植物根劈作用：植物根长大时周围岩石产生巨大压力，达1.5MPa。 动物如田鼠、蚂蚁、蚯蚓等不停地挖洞掘穴，使岩石破碎，土粒变细。 温带地区每公顷土地有30万条蚯蚓，每年能翻动30吨土壤，使之变松。 人类活动，如爆破。苏州天平山花岗岩根劈 生物化学风化：通过生物新陈代谢和死亡后遗体腐烂分解进行。 肥料 有机酸 腐植质：形成一种暗黑色的胶状物质，称腐植质。 各类风化作用彼此相互紧密联系。地壳上的各种岩石、矿物在经上述风化后，形成包括腐植质、矿物质、水和空气的松散物质叫土壤。二、影响岩石风化作用的因素内在因素矿物成分成分越单一，抗风化能力越强浅色矿物抗风化能力强于暗色矿物含Fe、Mg多

5、的矿物较含Al、Si多的矿物抗风化能力弱结构粗 粒 结 构不等粒结构晶 质 结 构的抗风化能力较细 粒 结 构等 粒 结 构非晶质结构低构造：具定向构造的抗风化能力弱岩石类型酸 性 岩中 性 岩浅变质岩沉 积 岩抗风化能力较基 性 岩超 基 性 岩深 变 质 岩岩浆岩、变质岩强外在因素地质构造环 境褶皱核部节理裂隙发育带侵入岩接触带风化强烈地形地貌断 层 带Detail of Weathering Along Joint (Photo Duncan Heron) West Virginia Turnpike Weathering Along a Joint (Photo ? Duncan He

6、ron) West Virginia Turnpike 地形高差很大的山区，风化的深度和强度一般 大于平缓地区地形坡度大的部位风化层的厚度薄于坡度较平 缓的部位湿热地区化学风化强烈,干燥地区物理风化强烈 在相同的风化条件下，由不同的矿物组成的岩块或由不同岩性组成的岩层，常常表现程度不等的风化速度，因而在表面形成凸凹不平的现象，称差异风化现象。球形风化：岩石被风化成球形、椭球形。 其发育条件是： A：岩石具厚层或块状构造； B：岩石发育几组交叉节理（三组以上）； C：岩石难以溶解； D：岩石主要为等粒结构。三.风化作用对工程的影响 1.风化作用产物残积层（风化壳）工程地质性质大大恶劣于风化前。在

7、工程上是一软弱层，是一切工程建设都十分重视的。 2.风化作用对工程影响(1)风化作用，是其他外力地质作用的前提，它将促成滑坡、崩塌、碎落、泥石流、水土流失等不良的地质现象。(2)路桥是线性分布的地表活动，出露于地表，不可能避开风化对其影响.(3)风化的产物会给工程带来影响，同时工程建成后，也要考虑风化对建筑物的影响。 3.岩石风化的工程地质问题包括风化程度、风化深度与风化速度。（1）风化程度及分级(带):直接决定岩石工程性质变坏程度.确定风化程度四个方面：颜色矿物成分破碎程度力学性质 （2）风化深度 地表下风化作用所能够影响的深度。 准确定出风化深度是很困难的：从地表风化严重向地下未风化带是个连续逐渐的变化过程。 确定：重要工程，把地表以下至风化轻微带作为风化深度； 一般工程，则把地表以下至风化颇重（中等风化）带作为风化深度。 资料：物理风化为主地区一般1030m，最厚达60m；化学风化为主地区一般为3050m，最厚可达100m以上。（3）风化速度风化速度快，必须具备两个条件： 一是岩石性质及地质构造有利于风化； 二是自然条件有利于风化。 意义：改变其中一个条件，使其不利于风化，则风化速度降低。为此，防止风化措施应针对这方面进行考虑。4.防治风化作用措施 （1）提高岩石的完整性和