工程地質(zhì)第6講：風(fēng)化作用課件

1、ch6- 1 人們通常用“?？菔癄€不變心”來表示對愛情的忠貞，實(shí)際上海會枯，石也會爛。引起石爛的原因就是風(fēng)化作用 風(fēng)化后的物質(zhì)在重力和水等因素作用下，容易順坡向下運(yùn)動(dòng)，形成坡地重力地貌第節(jié) 風(fēng)化作用 花崗巖風(fēng)化外貌-黃山云海（紅樓夢頑石） 風(fēng)化作用：巖石暴露地表后，經(jīng)受太陽幅射熱、大氣、水及生物等作用使巖石結(jié)構(gòu)逐漸破碎、疏松，或礦物成分發(fā)生次生變化，這一系列的變化過程，稱風(fēng)化作用。 經(jīng)風(fēng)化作用形成的巖石，稱風(fēng)化巖。風(fēng)化作用與變質(zhì)作用的異 同作用能源不同變質(zhì)作用為內(nèi)能風(fēng)化作用為外能作用范圍不同變質(zhì)作用作用于整個(gè)地殼巖石圈層風(fēng)化作用作用于地表附近很薄的一層作用環(huán)境不同風(fēng)化作用是在常溫常壓的環(huán)境中作

2、用結(jié)果不同變質(zhì)作用使得多數(shù)母巖在變質(zhì)后力學(xué)性能有所提高風(fēng)化作用總是使得巖石的力學(xué)性能降低變質(zhì)作用是在高溫高壓的環(huán)境中相 同 之 處巖石的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化一、風(fēng)化作用類型1.物理風(fēng)化作用 特點(diǎn)：機(jī)械破碎、無明顯成分的改變 因素：氣溫變化、冰劈作用、鹽類物質(zhì)結(jié)晶膨脹。（1）氣溫變化引起的物理風(fēng)化-熱脹冷縮風(fēng)化作用的強(qiáng)弱主要取決于：氣溫變化的速度和幅度。（2）冰劈作用溫度0,液態(tài)水結(jié)冰膨脹，體積增加1/11，產(chǎn)生96MPa的巨大壓力。（3）鹽類結(jié)晶與崩解干旱與半干旱地區(qū)結(jié)晶析出，其體積膨脹，巖石脹裂。如明礬結(jié)晶析出時(shí)，體積增加0.5%，壓力可達(dá)4MPa。鹽類結(jié)晶造成的干裂（科羅拉多，美國） 實(shí)

3、例： 黃鐵礦氧化成褐鐵礦FeS2+7O2+2H2O2FeSO4+2H2SO4 12FeSO4+3O2+6H2O4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3 2Fe2(SO4)3+9H2O2Fe2O3.3H2O+6H2SO4 結(jié)果：形成洞穴和斑點(diǎn)，巖石松散破碎，并產(chǎn)生一些新礦物。 巖石中有較多的黃鐵礦，不宜用作建筑材料。2.化學(xué)風(fēng)化作用 （1）氧化作用：氧化帶（2）溶解作用： 如硬石膏變成石膏，體積膨脹60。 （4）碳酸化作用：（3）水化作用：CaSO4 CaSO4.H2O硬石膏 石膏H2O結(jié)果：硬度 ，抵抗風(fēng)化作用能力 。礦物體積碳酸鉀、二氧化硅及粘土礦物（高嶺石）正長石碳酸化作用3.生物風(fēng)化作用生

4、物物理風(fēng)化： 植物根劈作用：植物根長大時(shí)周圍巖石產(chǎn)生巨大壓力，達(dá)1.5MPa。 動(dòng)物如田鼠、螞蟻、蚯蚓等不停地挖洞掘穴，使巖石破碎，土粒變細(xì)。 溫帶地區(qū)每公頃土地有30萬條蚯蚓，每年能翻動(dòng)30噸土壤，使之變松。 人類活動(dòng)，如爆破。蘇州天平山花崗巖根劈 生物化學(xué)風(fēng)化：通過生物新陳代謝和死亡后遺體腐爛分解進(jìn)行。 肥料 有機(jī)酸 腐植質(zhì)：形成一種暗黑色的膠狀物質(zhì)，稱腐植質(zhì)。 各類風(fēng)化作用彼此相互緊密聯(lián)系。地殼上的各種巖石、礦物在經(jīng)上述風(fēng)化后，形成包括腐植質(zhì)、礦物質(zhì)、水和空氣的松散物質(zhì)叫土壤。二、影響巖石風(fēng)化作用的因素內(nèi)在因素礦物成分成分越單一，抗風(fēng)化能力越強(qiáng)淺色礦物抗風(fēng)化能力強(qiáng)于暗色礦物含F(xiàn)e、Mg多

5、的礦物較含Al、Si多的礦物抗風(fēng)化能力弱結(jié)構(gòu)粗 粒 結(jié) 構(gòu)不等粒結(jié)構(gòu)晶 質(zhì) 結(jié) 構(gòu)的抗風(fēng)化能力較細(xì) 粒 結(jié) 構(gòu)等 粒 結(jié) 構(gòu)非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)低構(gòu)造：具定向構(gòu)造的抗風(fēng)化能力弱巖石類型酸 性 巖中 性 巖淺變質(zhì)巖沉 積 巖抗風(fēng)化能力較基 性 巖超 基 性 巖深 變 質(zhì) 巖巖漿巖、變質(zhì)巖強(qiáng)外在因素地質(zhì)構(gòu)造環(huán) 境褶皺核部節(jié)理裂隙發(fā)育帶侵入巖接觸帶風(fēng)化強(qiáng)烈地形地貌斷 層 帶Detail of Weathering Along Joint (Photo Duncan Heron) West Virginia Turnpike Weathering Along a Joint (Photo ? Duncan He

6、ron) West Virginia Turnpike 地形高差很大的山區(qū)，風(fēng)化的深度和強(qiáng)度一般 大于平緩地區(qū)地形坡度大的部位風(fēng)化層的厚度薄于坡度較平 緩的部位濕熱地區(qū)化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)烈,干燥地區(qū)物理風(fēng)化強(qiáng)烈 在相同的風(fēng)化條件下，由不同的礦物組成的巖塊或由不同巖性組成的巖層，常常表現(xiàn)程度不等的風(fēng)化速度，因而在表面形成凸凹不平的現(xiàn)象，稱差異風(fēng)化現(xiàn)象。球形風(fēng)化：巖石被風(fēng)化成球形、橢球形。 其發(fā)育條件是： A：巖石具厚層或塊狀構(gòu)造； B：巖石發(fā)育幾組交叉節(jié)理（三組以上）； C：巖石難以溶解； D：巖石主要為等粒結(jié)構(gòu)。三.風(fēng)化作用對工程的影響 1.風(fēng)化作用產(chǎn)物殘積層（風(fēng)化殼）工程地質(zhì)性質(zhì)大大惡劣于風(fēng)化前。在

7、工程上是一軟弱層，是一切工程建設(shè)都十分重視的。 2.風(fēng)化作用對工程影響(1)風(fēng)化作用，是其他外力地質(zhì)作用的前提，它將促成滑坡、崩塌、碎落、泥石流、水土流失等不良的地質(zhì)現(xiàn)象。(2)路橋是線性分布的地表活動(dòng)，出露于地表，不可能避開風(fēng)化對其影響.(3)風(fēng)化的產(chǎn)物會給工程帶來影響，同時(shí)工程建成后，也要考慮風(fēng)化對建筑物的影響。 3.巖石風(fēng)化的工程地質(zhì)問題包括風(fēng)化程度、風(fēng)化深度與風(fēng)化速度。（1）風(fēng)化程度及分級(帶):直接決定巖石工程性質(zhì)變壞程度.確定風(fēng)化程度四個(gè)方面：顏色礦物成分破碎程度力學(xué)性質(zhì) （2）風(fēng)化深度 地表下風(fēng)化作用所能夠影響的深度。 準(zhǔn)確定出風(fēng)化深度是很困難的：從地表風(fēng)化嚴(yán)重向地下未風(fēng)化帶是個(gè)連續(xù)逐漸的變化過程。 確定：重要工程，把地表以下至風(fēng)化輕微帶作為風(fēng)化深度； 一般工程，則把地表以下至風(fēng)化頗重（中等風(fēng)化）帶作為風(fēng)化深度。 資料：物理風(fēng)化為主地區(qū)一般1030m，最厚達(dá)60m；化學(xué)風(fēng)化為主地區(qū)一般為3050m，最厚可達(dá)100m以上。（3）風(fēng)化速度風(fēng)化速度快，必須具備兩個(gè)條件： 一是巖石性質(zhì)及地質(zhì)構(gòu)造有利于風(fēng)化； 二是自然條件有利于風(fēng)化。 意義：改變其中一個(gè)條件，使其不利于風(fēng)化，則風(fēng)化速度降低。為此，防止風(fēng)化措施應(yīng)針對這方面進(jìn)行考慮。4.防治風(fēng)化作用措施 （1）提高巖石的完整性和