風(fēng)化作用的工程影響和防治措施

風(fēng)化作用的工程影響和防治措施風(fēng)化作用的工程影響和防治措施風(fēng)化作用的工程影響和防治措施xxx公司風(fēng)化作用的工程影響和防治措施文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度論述風(fēng)化作用的工程影響及其處理措施摘要風(fēng)化作用極其類型，影響風(fēng)化作用的因素，風(fēng)化作用的工程意義，巖石風(fēng)化的勘測(cè)，風(fēng)化作用的防治。關(guān)鍵字風(fēng)化作用類型影響因素勘測(cè)防治一、風(fēng)化作用風(fēng)化作用可以分為兩種。機(jī)械性或物理性的風(fēng)化作用包括因?yàn)榇髿馇闆r如熱力、水、冰及壓力吊致巖石及土壤的分解?；瘜W(xué)性的風(fēng)化作用包括與大氣化學(xué)物的直接反應(yīng)，或與生物產(chǎn)生的化學(xué)物反應(yīng)（生物性的風(fēng)化作用），最終令巖石、土壤及礦物分解。巖石分解后的物質(zhì)與有機(jī)物質(zhì)結(jié)合制成土壤。土壤的礦物成分取決于母質(zhì)，所以由一種巖石形成的土壤常常會(huì)缺乏一種或多種肥沃土壤所需的礦物質(zhì)，而由多種巖石混合形成的土壤（如冰川、風(fēng)成或沖積沉積物，常常會(huì)形成肥沃土壤。風(fēng)化作用的類型物理風(fēng)化物理或機(jī)械風(fēng)化造成巖石分解。機(jī)械風(fēng)化的主要過程為海蝕，海蝕把碎屑物及其他微粒的大小減少。但機(jī)械風(fēng)化與化學(xué)風(fēng)化環(huán)環(huán)相扣，如機(jī)械風(fēng)化造成的裂縫會(huì)增加進(jìn)行化學(xué)風(fēng)化的表面面積。而化學(xué)風(fēng)化在裂縫造成的礦物亦會(huì)幫助巖石分解。A.熱膨脹熱膨脹或稱為洋蔥狀風(fēng)化剝離作用、日曬風(fēng)化或熱沖擊，通常在類似沙漠等有很大的每日溫差的地方。溫度在日間升高，在晚間則急劇下降；巖石在日間受熱膨脹，在晚間冷卻收縮。應(yīng)力通常都會(huì)施加在外層。此應(yīng)力令巖石外層以薄片狀態(tài)剝落。雖然此現(xiàn)象由溫差做成，但水汽的存在令熱膨脹的效果加強(qiáng)。B.凍融風(fēng)化這種風(fēng)化作用在溫度接近冰點(diǎn)的山區(qū)十分常見。霜會(huì)引起風(fēng)化，雖然其原因常被指為水在裂縫中結(jié)冰后膨脹而成，其實(shí)大多數(shù)都和此現(xiàn)象沒有關(guān)系。很久之前人類已經(jīng)知道濕潤(rùn)的泥土在凍結(jié)時(shí)，在未凍結(jié)的地方的水會(huì)經(jīng)由薄層在增長(zhǎng)中的底冰中收集，因而引起膨脹或凍脹。同樣的現(xiàn)象亦發(fā)生在巖石的細(xì)孔中。她們會(huì)因?yàn)槲锗徑囊簯B(tài)水而不斷增大。冰晶的增長(zhǎng)引致巖石弱化，最后分裂。在礦物表面、冰及水之間的分子間作用力維持一層不結(jié)冰的薄層，用作運(yùn)送水份及在底冰累積時(shí)造成礦物表面間壓力?；瘜W(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化包含巖石成分的改變，常常引致其形態(tài)的崩潰。這種風(fēng)化會(huì)在一段期間反復(fù)發(fā)生A.溶解作用：礦物在水中溶解的過程.B.水化作用：礦物與水相結(jié)合.C.水解作用：礦物與水相遇，引起礦物分解并形成新礦物.D.氧化作用：二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵。使許多礦物和巖石表面染成紅褐色.E.碳酸化作用：溶于水中的CO?形成HCO3﹣和CO32﹣，它們能奪取鹽類礦物中的K,Na,Ca等金屬離子，結(jié)合成易溶的碳酸鹽而隨水遷移，使原有礦物分解。生物風(fēng)化有部分動(dòng)植物能夠釋放出酸性化學(xué)物而引起化學(xué)風(fēng)化。最常見的生物風(fēng)化引起的化學(xué)風(fēng)化形式為釋放螯合物化學(xué)物，亦為酸的一種。此化學(xué)物由植物釋放，用作分解其底下土壤的鋁、鐵成分。土壤中植物的殘骸可以形成有機(jī)酸，溶于水后造成化學(xué)風(fēng)化。螯合物的過度釋放會(huì)影響附近巖石與土壤，及可能引致灰化土的形成。二、影響風(fēng)化作用的因素1.氣候因素：影象風(fēng)化作用的氣候因素主要指降水量與溫度。降水量豐富且水循環(huán)快的地區(qū)有利于化學(xué)風(fēng)化的進(jìn)行；而溫度則影象化學(xué)反應(yīng)的速度，水中游離氧的含量和水的離解度隨溫度增高而加大，水中CO2含量雖隨溫度增高而減少，但溫度增高十度，反應(yīng)速度卻加快一倍，因此，氧化作用和水溶液的作用都隨溫度增高而加快，有利于化學(xué)風(fēng)化作用的進(jìn)行。而且，氣候控制著數(shù)量和類型，它們對(duì)風(fēng)化作用產(chǎn)生各不相同的影象。

地球氣候的分帶性決定了風(fēng)化作用速度及其產(chǎn)物類型的分帶性。

2.地形因素：在相對(duì)高程很大的中低緯度山區(qū)，可以看到不同高程上有不同的氣候帶因而有不同類型的風(fēng)化作用。

地形陡緩的不同，風(fēng)化作用也不同。陡坡地下水位低，植被稀少，物理風(fēng)化相對(duì)強(qiáng)烈，產(chǎn)物不易保留，未風(fēng)化巖石不斷暴露接收風(fēng)化；緩坡平地化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化相對(duì)強(qiáng)烈，礦物分解徹底，風(fēng)化產(chǎn)物殘留原地，母巖被覆蓋，不利于物理風(fēng)化，最后形成大量粘土和殘余礦床。

坡向也有影象，中低緯度陽坡晝夜溫差大，冰凍風(fēng)化比陰坡強(qiáng)烈，以至陽坡比陰坡更凹凸不平。

3.地質(zhì)因素：主要有巖石的礦物成分、巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響。三、風(fēng)化作用的工程意義巖石受風(fēng)化作用，改變了物理化學(xué)性質(zhì)，其變化的情況隨著風(fēng)化程度的輕重而不同。如巖石的裂縫度、孔隙度、透水性、親水性、脹縮性和可塑性等都隨風(fēng)化程度加深而增加，巖石的抗壓和抗剪強(qiáng)度等都隨風(fēng)化程度加深而降低，風(fēng)化殼成分的不均勻性、產(chǎn)狀和厚度的不規(guī)則性都隨風(fēng)化程度加深而增大。所以，巖石風(fēng)化程度愈深的地區(qū)，工程建筑物的地基承載力愈低，巖石的邊坡愈不穩(wěn)定。風(fēng)化程度對(duì)工程設(shè)計(jì)和施工都有直接影響，如礦山建設(shè)、場(chǎng)址選擇、水庫(kù)壩基、大橋橋基和鐵路路基等地基開挖深度、澆灌基礎(chǔ)應(yīng)到達(dá)的深度和厚度、邊坡開挖的坡度以及防護(hù)或加固的方法等，都將隨巖石風(fēng)化程度的不同而異。因此，工程建設(shè)前必須對(duì)巖石的風(fēng)化程度、速度、深度和分布情況進(jìn)行調(diào)查和研究。四、巖石風(fēng)化的勘測(cè)在工程上，巖石風(fēng)化的情況可通過兩個(gè)方面來表述，一個(gè)是巖石的風(fēng)化程度，另一個(gè)是巖石層的風(fēng)化深度或稱風(fēng)化巖層的厚度。1、巖石的風(fēng)化程度巖石風(fēng)化以后，其物理力學(xué)性質(zhì)將發(fā)生不同程度改變或變化，這種變化的大小取決于風(fēng)化程度的強(qiáng)弱。風(fēng)化程度不同，巖石的物理力學(xué)性質(zhì)改變大小也不同。路塹邊坡的坡度、橋基的埋深、隧道襯砌的厚度及施工方法的選擇、山區(qū)公路邊坡的表面防護(hù)等，都與巖石風(fēng)化程度密切相關(guān)。因此，巖土工程要求，對(duì)巖石風(fēng)化的情況不能僅限于對(duì)風(fēng)化現(xiàn)象的一般描述，必須結(jié)合以下各項(xiàng)情況對(duì)其風(fēng)化程度進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)。(1)巖石顏色的變化巖石中礦物成分的變化首先反映到顏色上。未經(jīng)風(fēng)化的巖石色澤鮮艷，風(fēng)化愈重，顏色愈暗淡。野外觀察時(shí)要注意表面和內(nèi)部顏色的比較；要注意區(qū)分干燥時(shí)和潮濕時(shí)巖石色調(diào)的不同，以間接確定其風(fēng)化程度。(2)巖石礦物成分的變化巖石礦物成分的變化直接關(guān)系著巖石的風(fēng)化程度。要特別注意巖石中那些易于風(fēng)化的各種礦物成分的變化，例如花崗巖中的黑云母、長(zhǎng)石，風(fēng)化程度愈重，這些不穩(wěn)定的礦物就愈充分的變?yōu)榇紊V物。某些沉積巖風(fēng)化后的成分改變不顯著，但風(fēng)化較重的巖石常有次生石膏和含水氧化鐵出現(xiàn)。(3)巖石的破碎程度巖石的破碎程度是巖石風(fēng)化程度分級(jí)中最重要標(biāo)志之一。巖石風(fēng)化破碎是由于巖石中產(chǎn)生大量風(fēng)化裂隙所致，因此要著重觀察風(fēng)化裂隙的長(zhǎng)度、寬度、密度、形狀及裂隙中的次生充填物情況。以直接判定巖石的風(fēng)化程度強(qiáng)弱。(4)巖石物理力學(xué)性質(zhì)的改變巖石風(fēng)化程度愈重，其堅(jiān)硬程度便愈低，整體性愈差，力學(xué)性質(zhì)也就愈差。野外觀察時(shí)，可以用手錘敲擊，小刀刻劃，或用手折斷等簡(jiǎn)易辦法進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)需要，必要時(shí)也可做野外原地壓縮或剪切試驗(yàn)。2、巖石的風(fēng)化深度由于巖石的風(fēng)化作用一般是自地表面逐漸向巖體內(nèi)部進(jìn)行的，因此愈靠近地表，風(fēng)化作用就愈強(qiáng)烈，巖石的風(fēng)化程度也愈嚴(yán)重；愈向巖石內(nèi)部，巖石風(fēng)化得愈輕微，最后過渡到未經(jīng)風(fēng)化的新鮮巖石。在相同的外部自然條件下，同樣種類的巖石風(fēng)化層厚度愈大，其風(fēng)化程度也就愈嚴(yán)重。但是因?yàn)閹r石隨趨向內(nèi)部深淺的這種風(fēng)化程度變化是逐漸的、連續(xù)的，所以風(fēng)化深度的下限也不十分明顯。對(duì)于比較重要的工程建筑，把地面以下風(fēng)化極嚴(yán)重、風(fēng)化嚴(yán)重、風(fēng)化頗重和風(fēng)化輕微四個(gè)帶的總和作為巖石的風(fēng)化深度，而對(duì)于地基及圍巖要求不太高的一般工程建筑物則只包括前三個(gè)帶，而把風(fēng)化輕微帶不算在風(fēng)化深度之內(nèi)。當(dāng)?shù)孛嬗^測(cè)不能確定風(fēng)化深度和整個(gè)風(fēng)化帶情況、而工程建筑又需要把地表以下的巖層的全部風(fēng)化情況弄清楚時(shí)，就必須進(jìn)行勘探或物探工作。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，物理風(fēng)化為主的地區(qū)，風(fēng)化深度一般不超過10m或15m；而以化學(xué)風(fēng)化為主的地區(qū)，巖石的風(fēng)化深度則可以達(dá)到數(shù)十米，甚至100余米。在工程上，往往會(huì)根據(jù)具體工程特點(diǎn)和需要，并根據(jù)巖石的風(fēng)化情況來對(duì)其進(jìn)行一定的加固或處理，以提高巖石的完整性和強(qiáng)度。這類處理方法主要有：水泥灌漿、粘土灌漿、瀝青灌漿、硅化法等。在邊坡工程中最常采用的是坡面防護(hù)。五、風(fēng)化作用的防治為制定防治巖石風(fēng)化的正確措施，首先必須查明建筑場(chǎng)地影響巖石風(fēng)化的主要地質(zhì)營(yíng)力、風(fēng)化作用的類型、巖石風(fēng)化速度、風(fēng)化先殼垂直分帶及其空間分布、各風(fēng)化帶巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，同時(shí)必須了解建筑物的類型、規(guī)模及其對(duì)地質(zhì)體的要求。防治巖石風(fēng)化的措施一般包括兩個(gè)方面:一是對(duì)已風(fēng)化產(chǎn)物的含理利用與處理；二是防止巖石進(jìn)一步風(fēng)化?，F(xiàn)簡(jiǎn)要介紹如下：1、對(duì)風(fēng)化巖石的處理措施當(dāng)風(fēng)化殼厚度較小(如數(shù)米之內(nèi))，施工條件簡(jiǎn)單時(shí)，可將風(fēng)化巖石全部挖除，使重型建筑物基礎(chǔ)砌置在穩(wěn)妥可靠的新鮮基巖上。當(dāng)風(fēng)化殼厚度較大，如10余米、幾十米以上時(shí)，處理措施應(yīng)視具體條件而定。對(duì)于荷載不大，對(duì)地基要求不高的建筑物，如一般工業(yè)民用建筑物，強(qiáng)風(fēng)化帶甚至劇風(fēng)化帶亦能滿足要求時(shí)，根本不用挖除，必須選擇合理的基礎(chǔ)砌置深度。對(duì)于重型建筑物，特別是重型水工建筑物，對(duì)地基巖體穩(wěn)定要求較高，其挖除深度應(yīng)視建筑物類型、規(guī)模及風(fēng)化巖石的物理力學(xué)性質(zhì)而定，需要挖除的只是那些物理力學(xué)性質(zhì)變得足以威脅到建筑物穩(wěn)定的風(fēng)化巖石。如我國(guó)三峽水利樞紐，大壩選在強(qiáng)度較高的前震旦系結(jié)晶巖上，根據(jù)巨型大壩的要求，經(jīng)多年反復(fù)研究，在弱風(fēng)化帶內(nèi)部以聲波縱速為4000m／s為界分為上下兩帶，弱風(fēng)化帶上帶及其以上的劇、強(qiáng)風(fēng)化帶需要挖除，將大壩基礎(chǔ)砌置于弱風(fēng)化帶下帶的頂部。當(dāng)風(fēng)化殼厚度雖較大，但經(jīng)處理后在經(jīng)濟(jì)上和效果上反比挖除合理時(shí)，則不必挖除。如地基強(qiáng)度不能滿足要求，可用錨桿或水泥灌漿加固，以加強(qiáng)地基巖體的完整性和堅(jiān)固性。若為水工建筑物地基防滲重求，則可用水泥、瀝青。粘土等材料進(jìn)行防滲帷幕灌漿處理。當(dāng)?shù)鼗嬖谀覡铒L(fēng)化，且其深度不大時(shí)，在可能條件下可將其挖除。當(dāng)囊狀風(fēng)化深度較大時(shí)，應(yīng)視具體條件或用混凝土蓋板跨越，或進(jìn)行加固處理。開鑿于劇強(qiáng)風(fēng)化帶中的邊坡和地下洞室，應(yīng)進(jìn)行支擋、加固、防排水等措施，以保證施工及應(yīng)用期間邊坡巖體及洞室圍巖的穩(wěn)定性。2預(yù)防巖石風(fēng)化的措施大部分巖石經(jīng)風(fēng)化后，改變了原巖的物理力學(xué)性質(zhì)，形成巨厚的風(fēng)化殼。這是在地質(zhì)歷史時(shí)期發(fā)生的結(jié)果，其速度一般較慢，在工程使用期限內(nèi)不致顯著降低巖體的穩(wěn)定性。但是有的巖石，如粘土巖及含粘土質(zhì)的巖石風(fēng)化速度較快，它們一旦出露，經(jīng)數(shù)日甚至數(shù)分鐘就開始出現(xiàn)風(fēng)化裂隙，經(jīng)數(shù)年甚至數(shù)月原巖性質(zhì)就會(huì)發(fā)生顯著變異。對(duì)于施工前能滿足建筑物要求，但在工程使用期限內(nèi)因風(fēng)化而不能滿足建筑物要求的巖石，甚至在施工開挖過程中易于風(fēng)化的巖石，必須采取預(yù)防巖石風(fēng)化的措施。預(yù)防巖石風(fēng)化的基本指導(dǎo)思想是:通過人工處理后，使風(fēng)化營(yíng)力與被保護(hù)巖石隔離，以使巖石免遭繼續(xù)風(fēng)化；降低風(fēng)化營(yíng)力的強(qiáng)度，以減慢巖石的風(fēng)化速度。例如為防止因溫度變化而引起的物理風(fēng)化，可在被保護(hù)巖石表面用粘性土或砂土鋪蓋，其厚度應(yīng)超過該地區(qū)年溫度影響深度5－10cm。一般說用亞粘土作鋪蓋材料時(shí)效果較好，它既可防止氣溫變化的影響，又因其滲透性微弱可防止氣液的侵入。若是防止水和空氣侵入巖體，可用水泥、瀝青、粘土等材料涂抹被保護(hù)巖石的表面，或用灌漿充填巖石空隙。在國(guó)外曾采用各種化學(xué)材料浸透巖石，使之充填巖石空隙，或在空隙壁形成保護(hù)薄膜，