1.1.2风化作用的类型

《工程岩土》贵州交通职业技术学院

主讲：姜英风化作用的类型（一）风化作用概念风化作用是地表或接近地表的岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散堆积物的全过程。（二）风化作用的类型根据风化作用的因素和性质的不同，将其分为物理风化、化学风化和生物风化三大类型。风化作用的类型

1）物理风化在地表或接近地表条件下，岩石、矿物在原地发生机械破碎的过程叫做物理风化作用。引起物理风化作用的主要因素有热力风化、冰劈作用、盐类的结晶与潮解作用等。物理风化1、温差风化由于温度的变化，岩石反复膨胀和收缩，使岩石崩解的作用。原因：岩石的导热性差，在白天，岩石接受太阳辐射时，表层升温快，产生膨胀，而内部则升温很慢，基本上不产生膨胀，从而导致产生平行于岩石表面的微裂隙；夜间岩石表面降温快、收缩，而岩石内部降温慢，基本上不收缩，从而产生垂直于岩石表面的微裂隙。这样日久天长岩石就由表及里逐渐崩解破坏，结果使岩石层层剥落。1、温差风化图1岩石的层状剥落示意图1、温差风化2、冰劈（冰楔）作用孔隙中的水结冰膨胀撑裂岩石。原因：水结冰时，体积增加9%左右，所产生的压强可达2000kg/cm2。在寒冷地区，由于昼夜温度变化较大，石材内和外表的水分在石材的孔洞、缝隙、装饰缝、安装缝之间交替冻结—融化—再冻结—再融化，由于水与冰的膨胀与收缩反复进行，终造成石材表面和近表面的结构松动与裂隙，使石材碎裂。2、冰劈（冰楔）作用图2冰劈作用2、冰劈（冰楔）作用冰劈作用的原理和过程，昼夜温差的变化，在坚硬岩层中裂隙和孔隙中的水结冰体积增大，使岩石发生松动和崩解破碎，主要发生在气候寒冷的地区。2、冰劈（冰楔）作用图3在冰岛南部的一块岩石因冻融风化而分解2、冰劈（冰楔）作用3、盐类的结晶与潮解作用岩石裂隙中的盐类反复结晶、潮解，使岩石崩解。

原因：在干旱和半干旱气候带，充填在岩石裂隙中的含盐水溶液，因白天气温高，蒸发量大，使裂隙中的盐类过饱和结晶，结晶时体积膨胀，并对裂隙两壁产生一定的压力，使岩石产生新的微裂隙。夜间岩石裂隙中的盐晶从大气中吸收水分而潮解。盐水溶液又渗透到新裂隙中。如此反复结晶潮解，使岩石裂隙逐渐扩大，最终导致岩石崩解。3、盐类的结晶与潮解作用图4盐结晶作用引起的蜂窝状风化3、盐类的结晶与潮解作用岩石和矿物在大气，水及生物的相互作用下发生的化学成分和矿物组成的变化，称化学风化。化学风化作用2）化学风化作用引起化学风化作用的主要因素：溶解作用、水化作用、水解作用、碳酸化作用、氧化作用等。溶解作用的结果，使岩石中的易溶物质被逐渐溶解而随水流失，难溶的物质则残留于原地。岩石由于可溶物质的被溶解而致孔隙增加，削弱了颗粒间的结合力从而降低岩石的坚实程度，更易遭受物理风化作用而破碎。最容易溶解的矿物是卤化盐类（岩盐，钾盐），其次是硫酸盐类（石膏，硬石膏），再次是碳酸盐类（石灰岩，白云岩）。指岩石、矿物溶解于水的作用。1、溶解作用岩石在水里的溶解作用一般进行的十分缓慢，但是当水的温度升高以及压力增大时，水的溶解作用就比较活跃。特别是当水中含有侵蚀性的CO2而发生碳酸化作用时，水的溶解作用就会显著增强，如在石灰岩分布地区，由于这种溶解作用经常会产生溶洞、溶穴等岩溶现象。指岩石、矿物溶解于水的作用。1、溶解作用

图5石灰岩溶解作用：CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2石灰岩的主要成分是碳酸钙，在有水和二氧化碳时发生化学反应生成碳酸氢钙，后者可溶于水，使岩石破坏。1、溶解作用水化作用的结果产生了含水矿物。含水矿物的硬度一般低于无水矿物，同时由于在水化过程中结合了一定数量的水分子进人物质的成分之中，改变了原有矿物的成分，引起体积膨胀，对岩石也具有一定的破坏作用。指水分子与矿物化合生成含水矿物的化学作用。2、水化作用若岩层中含有硬石膏时，当石膏发生水化作用而体积膨胀，对围岩会产生很大的压力，促使岩层破碎。在隧道施工中，这种压力甚至能引起支撑倾斜、衬砌开裂，应当引起足够的注意。水化作用图6CaSO4

+2H2O→CaSO4·2H2O2、水化作用岩石中一些矿物溶于水后，与水中的H+和OH－离子发生化学反应，形成新的矿物，新矿物溶于水而被带走，使岩石遭到破坏。指矿物与水发生反应而分解的作用。3、水解作用水化作用图7在高倍的电子显微镜下，可以看到残余的长石被腐蚀并被粘土包裹。正长石经水解作用后，开始形成的K与水中OH离子结合，形成KOH随水流失，析出一部分SiO2可呈胶体溶液随水流失，或形成蛋白石（SiO2·nH2O）残留于原地；其余部分可形成难溶于水的高岭石而残留于原地。3、水解作用4.碳酸化作用碳酸化作用当水中溶有CO2时，水溶液中除H和(OH)离子外，还有CO3和HCO3离子，碱金属及碱土金属与之相遇会形成碳酸盐，这种作用称为碳酸化作用。这种现象在石灰岩地区最为常见。4.碳酸化作用碳酸化作用硅酸盐矿物经碳酸化作用其中碱金属变成碳酸盐随水流失，如花岗岩中的正长石受到长期碳酸化作用时，则发生如下反应：4K（AlSi3O8）+4H2O+2CO2→2K2CO3

+8SiO2+Al4（Si4O10）（OH）8

正长石高岭石5、氧化作用氧化作用矿物中的低价元素与大气中的游离氧化合变为高价元素的作用，称为氧化作用。5、氧化作用氧化作用氧化作用是地表极为普遍的一种自然现象。在湿润的情况下，氧化作用更为强烈。自然界中，有机化合物、低价氧化物、硫化物最容易遭受氧化作用。尤其是低价铁常被氧化成高价铁。例如常见的黄铁矿（FeS2）在含有游离氧的水中，经氧化作用形成褐铁矿（Fe2O3·nH2O），同时产生对岩石腐蚀性极强的硫酸，可使岩石中的某些矿物分解形成洞穴和斑点，致使岩石破坏。5、氧化作用2FeS2

+7O2

+2H2O→2FeSO4

+2H2SO4

黄铁矿硫酸亚铁12FeSO4

+3O2

+6H2O→4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3硫酸亚铁褐铁矿Fe2(SO4)3

+6H2O→2Fe(OH)3

+3H2SO4

褐铁矿硫酸5、氧化作用图8-1铁锈斑驳污渍图8-2铁矿氧化脱落3）生物风化作用岩石和矿物在生物影响下发生的物理和化学变化称生物风化作用。生物风化作用主要有两个方面：生物的机械破坏、生物的化学破坏。①生物的机械破坏植物根部在岩石裂隙中生长，迫使裂隙扩大，引起岩石崩解的过程称为根劈作用（物理风化）。人类的工程活动会大大加速对岩石的风化过程。3）生物风化作用②生物的化学破坏生物通过新陈代谢及其遗体腐烂后对岩石进行分解的过程，称为生物化学风化作用。植物和细菌在新陈代谢中常分泌出有机酸等溶液，一方面植物通过它们汲取岩石中的某些成分作为养分；另一方面这些酸类溶液使岩石受到腐蚀，从而改变岩石、矿物的性质、结构和成分。生物死亡后，其遗体逐渐腐烂分解，形成一种暗黑色的胶状物—腐殖质。腐殖质在自然条件下，能使硅酸盐分解而生成腐殖酸盐，易随水流失；腐殖酸还能使难溶的FeO,还原为易溶的FeO，加速某些矿物的分解。3）生物风化作用3）生物风化作用图9根劈作用3）生物风化作用图10地衣分泌的有机酸破坏岩石3）生物风化作用上述三种风化作用并不是孤立进行的，而是相互促进、彼此联系的。物理风化使得岩石破碎，从而增大了岩石与水溶液等的接触面，有利于化学风化的发生；化学风化降低了岩石强度，又促进物理风化的加强。在物理风化和化学风化中又有生物活动的因素。3）生物风化作用从地域性而言，只是在某种环境下，某种作用显得突出而已，如在炎热、潮湿的气候区以化学风化和生物风化为主；在温湿地区以化学风化为主；在寒冷、干旱地区以物理风化为主。岩石的风化是由