关于岩石的风化(附图)

发表于2007-12-04     3783人浏览     3人跟帖     总热度:10  

地质学家把风化作用看得十分重要,认为风化作用是岩石在地表新的物理、化学条件下所产生的一切物理状态与化学成分变化的总称,它是一种在大气及生物的影响下使岩石在原地发生的破坏作用。风化作用是在各种营力的作用下进行的。主要的风化营力有:太阳热能、大气降水、地下水、水蒸气、冰,以及二氧化碳、氧和动植物有机体等。按作用性质把风化作用分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用三种类型。
  物理风化作用以温度变化为主要影响因素,是一种不改变或很少改变岩石化学成分的破坏作用。这种破坏只是使岩石由大块变成小块,由小块变成砂和细粉,最终成为岩土。化学风化作用是以水为主要影响因素,是一种通过化学反应来改变岩石化学成分的破坏作用。生物风化作用是在生物参与下的机械、化学破坏作用。
  风化作用总的结果主要是削弱破坏岩石颗粒间的联接,形成、扩大岩体裂隙,降低断面的粗糙程度,产生次生粘土矿物等,从而降低了岩体的强度和稳定性。
  1. 风化作用破坏岩石中矿物颗粒之间的联接
  我们知道,岩石是由矿物组成的,而组成岩石的各矿物颗粒的膨胀率往往不同,因此,在冬夏或昼夜气温变化时,岩石中的各种颗粒便会发生不均匀的膨胀和收缩,久而久之便会使岩石发生破碎;或者由于水的作用,溶蚀、水解岩石中的某些可溶物质,也将削弱或破坏矿物颗粒间的联结,使岩石破碎,大大降低岩石的力学强度,对建筑物十分不利。
  2. 风化作用能形成或加剧岩石的裂隙
  气温升降和岩石干湿变化,都会使岩石沿着已有的联结软弱部位(如未开裂的层理、片理、劈理,矿物颗粒的集合面,以及矿物解理面等),形成新的裂隙,即风化裂隙。或者对原有裂隙进一步增宽、加深、延展和扩大。这种岩石裂隙的生成或加剧主要是水的楔入和冻胀作用的结果。
  3. 风化作用降低岩石裂隙面的粗糙度
  岩石裂隙面上存在着许多大小、高低不同的“石齿”。通常,“石齿”愈大、愈高、愈多,其抗剪强度愈高;反之,其抗剪强度则较低。风化降低了“石齿”高度,或使其变小,变少,从而降低了岩石结构面的抗剪强度和其他工程地质性能。
  4. 风化作用分解岩石原有矿物而产生次生粘土矿物
  化学风化作用能使成分复杂的矿物(主要使原生的硅铝酸盐矿物)分解破坏,并产生次生粘土矿物。粘土矿物与水作用后,产生一系列复杂的物理化学变化,降低岩石的力学强度,改变岩石的物理性质和水理性质。
  风化作用对岩石的破坏,首先是从地表开始,逐渐向地壳内部深入。在正常情况下,愈接近地表的岩石,风化得愈剧烈,向深处便逐渐减弱,直至过渡到不受风化,这些岩石才是所谓的新鲜岩石。这样在地壳表层便形成了一个由风化岩石构成的层,一般称为风化壳。在整个风化壳的剖面上,岩石的风化程度是不同的,因而岩石的外部特征及其物理力学性质也不相同,适于建筑的性能也不一样。为了说明风化壳内部岩石风化程度的差异,特别是为了正确评价风化岩石是否适于作为建筑物地基,必需对风化壳进行分带。
  分带的标志有以下各项:
  1.风化岩石的颜色,不同风化程度的岩石其颜色是不同的;
  2.风化岩石矿物成分改变的程度,各种矿物抵抗风化的稳定性各不相同,含有不稳定矿物(如黑云母、黄铁矿、岩盐、碳酸盐和钠钾氯化盐等)的岩石较易风化;
  3.岩石结构构造的变化情况;
  4.风化裂隙的多少,开张程度,充填情况;
  5.岩石的碎裂程度;
  6.风化岩石的透水性;
  7.风化岩石的物理力学性质等。
  根据以上分带标志科学家们把风化壳由浅至深在纵向上划分为若干带:即剧风化带、强风化带、弱风化带和微风化带。值得注意的是,由于风化壳的形成过程受气候、地形、岩性和构造等各种因素的影响,有些地区的风化壳发育过程不一定完全,即垂直剖面上的四个带不一定齐全,可能缺少一个带或两个带。
  在工程地质学中对岩石风化进行研究,是为了解决下列实际问题:
  1. 根据岩石风化的深度及其分布情况,选择适于修建建筑物的地点;
  2. 确定重大建筑物的地基中需要挖除的岩土风化层的厚度;
  3. 根据岩石风化速度确定合理的边坡坡度,以及确定基坑、路堑保持开敞状态的安全期限;
  4. 确定防止岩石风化的措施。
  总之,风化作用会使原有坚硬而稳定的岩石变得软弱而易变,对建筑物十分不利,所以在工程地质学中,对岩土风化的研究确实是一个重要的课题。
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