工程地质教案04

第四章风化作用及特殊土第一节风化作用一.风化作用及分类风化作用：在自然因素作用下使岩石受到机械破碎和成分改变的过程。

（一）物理风化作用

1.气温变化

2.冰劈作用

3.盐类结晶膨胀

（二）化学风化作用

1．溶解作用

2．水化作用：岩石中某些矿物成分与水分子化合生成新的成分，产生膨胀，使岩石胀裂。

3．氧化作用：岩石中某些矿物与空气或水中的氧化合后生成新的成分。

4．碳酸化作用：水中CO2从矿物中夺取盐基，破坏原有岩石中的矿物，生成新的碳酸盐。

5．还原作用（三）生物风化作用（物理、化学）植物根系生长、人类工程开挖、爆破、生物排泄物的腐蚀等

二.影响岩石风化的内部因素

（一）岩石性质

1．成因

2．矿物成分：组成岩石的矿物种类：单矿岩＞复矿岩化学稳定性：石英＞正长石＞酸性斜长石＞角闪石和辉石＞基性斜长石、黑云母、黄铁矿矿物颜色：深色矿物＜浅色矿物风化慢。碎屑岩和粘土岩：主要取决于胶结物。

3．结构和构造结构：均匀细粒的岩石比颗粒粗大或斑状结构的岩石抗风化能力大。构造：致密块状构造的岩石抗风化能力最强，而具有各向异性的层理、片理构造的岩石易于风化。薄层岩石较厚层岩石易于风化。

（二）地质构造在褶曲轴部、断层破碎带、裂隙密集发育的岩石中，有利于风化。

三．岩石风化的工程地质问题

（一）风化程度

1．颜色变化

2．矿构成分改变

3．破碎程度

4．力学性质（强度）风化程度分级：未风化、微风化、弱风化、强风化、全风化

(二)风化深度

风化深度（风化层厚度）：地表以下风化作用所能影响的深度。重要工程：地表以下至风化轻微带；一般工程：地表以下至风化颇重带；物理风化为主：一般10～30m，最厚60m；化学风化为主：一般30～50m，最厚100m。（三）风化速度

1．提高岩石的完整性和强度，改善岩石抗风化能力。如水泥灌浆、粘土灌浆、沥青灌浆及硅化法等。

2．预防岩石风化，防止各种自然因素对岩石的侵袭。如用粘土浆、沥青或水泥浆喷抹边坡表面和地下洞室表面，封闭基坑底。

四．风化作用的产物——残积物

1．松散、破碎，成分与下伏基岩相关；

2．厚度与地形、降雨量及水中化学成分相关；

3．较大孔隙率、较高含水量，易沿基岩面滑动；

4．成分复杂。第二节特殊土

土：由岩石在风化作用下形成的碎屑物或残留在原地或经由不同的搬运方式被搬运到地表低洼处形成的沉积物。土的分类方法:①粒径级配：碎石土、砂土、粉土及粘性土。②形成过程：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积、风积土、冰渍土及冰水沉积土等。③工程性质：一般土和特殊土（黄土、膨胀土、软土、多年冻土、红黏土、盐渍土和填土等）一、黄土及其工程性质(一)黄土的特征(典型黄土）

1．颜色：淡黄、褐黄或灰黄色，

2．粒度：以粉土粒(O.075-0.005mm)为主，约占60-70％；

3．成分：常含各种可溶盐，富含碳酸盐，主要是碳酸钙；

4．结构：疏松，孔隙多且大；（有肉眼可见的大孔及虫孔、植物根孔等各种孔洞）；

5.构造：无层理，有柱状节理和垂直节理

6.具湿陷性

黄河中游的陕、甘、宁、陕西卫视、河南等

（二）黄土的成因类型

1、风积黄土

2、坡积黄土

3、残积黄土

4、洪积黄土

5、冲积黄土(三)黄土的工程性质1．粒度：粉粒约占60-70％，其次为砂粒和粘粒；2．黄土的天然含水量一般较低；3．易冲刷；4．黄土易于崩解；5．压缩性中等；6.密度1.5-1.88g/cm37.抗剪强度中等8．黄土的湿陷性和黄土陷穴天然黄土在一定压力作用下，受水浸湿后结构遭到破坏发生突然下沉的现象，称黄土湿陷。含水量＞25%或粘粒含量＞20%黄土时无湿陷性干密度＜1.5g/cm3时具湿陷性(四)黄土的工程地质问题

黄土湿陷；黄土潜蚀和陷穴；黄土冲沟发展及黄土泥流；黄土路堑边坡的冲刷、边坡稳定性等1.黄土的湿陷黄土湿陷又分在自重压力下发生的自重湿陷和在外荷载作用下发生的非自重湿陷。非自重湿陷比较普遍。相对湿陷系数：

当相对湿陷系数＞0.02时，为湿陷性黄土；

相对湿陷系＜0.02时，则为非湿陷性黄土。原因：①地表水下渗；②地下水位升黄土湿陷的防治措施：

①采用机械的或物理化学的方法提高黄土的强度，降低孔隙度，加强内部联结；②排除地表水和地下水的影响。

2．黄土陷穴黄土地区各种洞穴上覆土层突然塌陷，称为黄土陷穴。原因：黄土湿陷和地下水的潜蚀作用在地下水流动过程中，一方面溶解黄土中易溶盐于水内流失；另一方面，当渗透水流的水力梯度很大，并有大孔存在于黄土中时，地下水作紊流运动，把黄土中粉土颗粒及部分粘土颗粒冲动带走，在土中造成空洞，这个过程称潜蚀作用。防治措施：

①针对已查明的陷穴可采用开挖回境、夯实等方法，洞穴较小也可用灌注砂或水泥砂浆充填。②针对地下水要在工程建筑物附近作好地表排水工程，不许地表水流入建筑场地或渗入建筑物地下，以防止潜蚀作用继续发展。三、膨胀土及其土程性质膨胀土：主要是由强亲水性粘土矿物成分——蒙脱石和伊利石组成的，具有膨胀结构，以及多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘土。分布：各流域形成的平原、盆地、河谷阶地，以及河间地块和丘陵等地区。成因类型：大致可归纳为残积、坡积、洪积、冲积、湖积及混合沉积等。(一)膨胀土的特征

1．颜色：灰白、棕、红、黄、褐及黑色；

2．粒度：粘粒为主，粉粒其次，砂粒很少；

3．矿物成分：粘土矿物多为伊利石和蒙脱石为主；

4．结构：以片状或扁平状粘土颗粒聚集形成，结构紧密，孔隙比小；

5．强胀缩性：膨胀时产生膨胀压力，收缩时形成收缩裂隙；长期反复胀缩使土体强度产生衰减；6．各种大小成因的微孔隙、微裂隙非常发育；

7．早期生成的膨胀土具有超固结性。

（二）膨胀土的工程性质

1．强亲水性

2．多裂隙性

3．强胀缩性

4．强度衰减性

5．快速崩解性

6．弱抗风化性（三）膨胀土的工程地质问题

1．膨胀土地区的路基

边坡变形和基床变形

由于膨胀土体抗剪强度的衰减及基床土承裁力的降低易造成边坡溜塌、滑坡，路基长期不均匀下沉、翻浆冒泥等病害，出现“逢堑必滑，无堤不塌”的现象。防护措施：

①

排水系统：天沟、边坡平台排水沟、侧沟或坡脚排水沟、吊沟及支撑渗沟等；

②

坡面防护：植被防护、骨架护坡、片石护坡；

③支挡工程：挡土墙、抗滑桩等；

④对于路堤可采用换填土的方法；

⑤对于路基基床下沉或翻浆冒泥，可采取土质改良，加固基床及排除基床水的措施。2．膨胀土地区的地基

地基承裁力、建筑物变形问题措施：①建筑物周围的防水排水。②场地应尽量选在地形平坦地段，避免挖填方改变土层自然埋藏条件。③基础应适当加深。④换土、土垫层、桩基等。三、软土及其工程性质软土：指天然含水量大、压缩性高、承载力和抗剪强度很低的软塑-流塑状态的粘性土。如淤泥、淤泥质土及其它高压缩性饱和粘性土等。广义的软土也包括沼泽沉积的有机质含量很高的泥炭质土和泥炭。软土是在静水或缓慢流水环境中沉积、经过一定的生物化学作用而形成的，以细颗粒为主的第四纪沉积物。（一）软土的特征颜色：灰至灰黄、灰绿、灰黑色；有滑感，有的能染指；腐植质含量高时有腐臭味；粒度：主要为粘粒及粉粒，粘粒含量达60-70％；成分：粘土矿物（伊利石和高岭石）、有机质和较大的碎屑矿物（长石、石英、云母）。结构：典型的海绵状或称蜂窝状结构。构造：软土具有层理构造，垂直方向沉积有明显分选性。（二）软土的分布和成因类型

沿海地带、内陆湖盆、洼地及河流两岸地区

1．沿海沉积型：多呈深灰色或灰绿色2．内陆湖盆沉积型：多为灰蓝至绿蓝色，颜色较深。常含粉砂层、粘土层及透镜体状泥炭层。

3．河滩沉积型：一般呈带状分布于河流中、下游漫滩及阶地上。岩层沉积交错复杂，透镜体较多。

4．沼泽沉积型：颜色更深，多为黄褐、褐色至黑色。其主要成分为泥炭，机械沉积物和化学沉积物。(三)软土的工程性质

1．触变性

2．低强度

3．流变性

4．高压缩性

5．低透水性

6．不均匀性（四）软土的工程地质问题

1．软土地基承载力很低，抗剪强度也很低，长期强度更低，易剪切破坏。

2．压缩性很高，沉降量大，常出现由于地基下沉引起基础变形或开裂，直至建筑物不能使用。

3．含水量大，持水性强，透水性差，地基强度增长缓慢，沉降延续时间很长。

4．成分及结构复杂，平面分布及垂直分布均具有不均匀性，易使建筑物产生不均匀沉降。

5．受