工程地質(zhì)(風化作用部分)

以太陽的輻射能和日月的引力能為主要能源，在地表或地表附近進行的地質(zhì)作用稱為外力地質(zhì)作用。表現(xiàn)為風化作用、地表水流、湖泊、海洋、風及冰川地質(zhì)作用等形式。由這些地質(zhì)作用在第四紀形成的各種堆積物叫做第四紀沉積物。指200萬年以來的第四紀中沉積而成的沉積層，其沉積歷史不長，所以仍是未硬結的松散沉積物，即通常所說的“土”。

現(xiàn)在人類的大部分建筑物都是建在第四紀松散沉積物上。

第4章外力地質(zhì)作用及其第四紀沉積物在不同外動力地質(zhì)作用條件或環(huán)境中形成的產(chǎn)物，其性質(zhì)（組成、密度、結構、構造、強度、變形特性、水理性質(zhì)）差異很大。第四紀松散沉積物包括：殘積物、坡積物、沖、洪積物、湖泊沉積物、海洋沉積物、沙漠沉積物、冰川沉積物。第四紀沉積層主要成因類型及特征成因類型堆積方式及條件堆積物特征殘積物巖石經(jīng)風化作用而殘留在原地的碎屑堆積物碎屑物從地表向深處由細變粗，其成分與母巖相關，一般不具層理，碎塊呈棱角狀，土質(zhì)不均，具有較大孔隙，厚度在山丘頂部較薄，低洼處較厚坡積物風化碎屑物由雨水或融雪水沿斜坡搬運及由重力作用堆積在斜坡上或坡腳處而成碎屑物從上往下逐漸變細，分選性差，層理不明顯，厚度變化較大，厚度在斜坡角陡處較薄，坡腳地段較厚洪積物由暫時性洪流將山區(qū)或高地的大量風化碎屑物攜帶至溝口或平緩地帶堆積而成顆粒具有一定的分選性，但往往大小混雜，碎塊多呈亞棱角狀，洪積扇頂部顆粒較粗，層理紊亂，呈交錯狀，透鏡體及夾層較多，邊緣處顆粒細，層理清楚沖積物由長期的地表水流搬運，在河流階地、沖積平原、三角洲地帶堆積而成顆粒在河流上游較粗，向下游逐漸變細，分選性及磨圓度均較好，層理清楚，除牛軛湖及某些河床相沉積外厚度較穩(wěn)定淤積物在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，并伴有生物化學作用而成顆粒以粉粒、黏粒為主，且含有一定數(shù)量的有機質(zhì)或鹽類，一般土質(zhì)松軟，有時為淤泥質(zhì)黏性土、粉土與粉砂互層，具清晰的薄層理冰水沉積和冰磧物由冰川或冰川融化的冰水進行搬運堆積而成顆粒以巨大塊石、碎石、砂、粉土、黏性土混合組成，一般分選性極差，無層理，但為冰水沉積時，常具斜層理，顆粒呈棱角狀，巨大塊石上常有冰川擦痕風積物在干旱氣候條件下，碎屑物被風吹揚，降落堆積而成顆粒主要由粉?；蛏傲＝M成，土質(zhì)均勻，質(zhì)純，孔隙大，結構松散港口工程中常見的幾種成因類型的土及其特征（1）港口工程中常見的幾種成因類型的土及其特征（2）常見第四紀松散堆積物成因類型及符號4.1.1風化作用的類型4.1.2風化作用的影響因素4.1.3

巖石（體）風化程度的劃分4.1.5殘積層（物）4.1風化作用與殘積物ch6-8

人們通常用“?？菔癄€不變心”來表示對愛情的忠貞，實際上海會枯，石也會爛。引起石爛的原因就是——風化作用風化后的物質(zhì)在重力和水等因素作用下，容易順坡向下運動，形成——坡地重力地貌Photographfrom:風化作用4.1.1風化作用的類型

分布在地表或地表附近的巖石，經(jīng)受太陽輻射、大氣、水溶液及生物等因素的侵襲，逐漸破碎、松散或礦物成分發(fā)生化學變化，甚至生成新的礦物的現(xiàn)象，稱為巖石的風化作用。巖石風化后物理力學性質(zhì)發(fā)生顯著變化，力學強度明顯降低。各種工程建筑所遇到的巖石，絕大多數(shù)是經(jīng)受過不同風化程度的巖石。根據(jù)風化作用的性質(zhì)及其影響因素，可分為物理風化、化學風化和生物風化作用等三種類型。風化作用的基本類型及特征表風化作用方式

物理風化（脹縮交替）溫差、冰劈、鹽類結晶與潮解等

化學風化（化學反應）溶解、氧化、水化、水解和碳酸化

生物風化（生命活動）生物物理和生物化學過程1.物理風化作用物理風化是指巖石受風化因素侵襲后，只產(chǎn)生單純的機械性破壞，而不發(fā)生化學成分變化的風化作用。引起物理風化的主要因素是溫度變化和水的凍脹等。另外，水溶液中鹽類物質(zhì)的集聚結晶也可產(chǎn)生類似的情況。物理風化作用的結果，最初是使巖石產(chǎn)生大小不等、方向無序的裂隙，裂隙繼續(xù)發(fā)展、增多，最后可形成大小不等的巖屑堆積。物理風化作用的產(chǎn)物熱力風化物理風化物理風化花崗巖層狀剝落物理風化的一種形式

——卸荷層列層狀裂隙花崗巖機械風化及冰楔球狀風化的形成球狀風化球狀風化的形成階段

化學風化是指在氧、水溶液等風化因素侵襲下，巖石中的礦物成分發(fā)生化學變化，改變或破壞巖石的性狀并可形成次生礦物的作用過程?；瘜W風化的作用方式有：氧化、溶解、水化、水解及碳酸化等多種。

（1）氧化作用指礦物與空氣或水中的游離氧發(fā)生化學反應，使低價元素轉變?yōu)楦邇r元素，使原礦物破壞并形成一些新的礦物。在巖石中最易氧化的是含有低價鐵的硅酸鹽類礦物和硫化物，如橄欖石、輝石、角閃石、黑云母及黃鐵礦等。

2.化學風化4FeS2(黃鐵礦)+19O2+mH2O2Fe2O3.nH2O+8H2SO4（2）溶解作用指水溶液溶解巖石的某些易溶成分，使其松軟、破碎、崩解的過程。例如方解石在水中由于CO2的影響而加速溶解，并在石灰?guī)r等巖石中形成洞穴。CaCO3(方解石)+H2O+CO2Ca(HCO3)2（3）水化作用是指礦物吸收一定數(shù)量的水分子而變成新的含水礦物。如硬石膏（CaSO4）吸水變?yōu)槭啵–aSO4·2H2O），同時體積膨脹30%。Fe2O3(赤鐵礦）+nH2OFe2O3nH2O（褐鐵礦）（4）水解和碳酸化作用

水解作用是指水離解出的OH-離子與礦物離解出的陽離子，如Na+、K+等，結合形成帶OH-新礦物的過程。碳酸化作用是指當CO2溶解于水中時，形成CO32-和HCO3-離子，它們與礦物中的陽離子（K+、Na+、Ca2+等）結合形成易溶于水的碳酸鹽或碳酸氫鹽的過程。在自然界，水中或多或少都溶解有CO2，所以水解作用和碳酸化作用常常是同時發(fā)生的。

水解作用:水中H和OH﹣離子置換礦物在水中離解出的離子的作用。如4K[AlSi3O8](鉀長石)+6H2OAl4[Si4O10](OH)8(高嶺石)+8SiO2(蛋白石膠體)+4K(OH)(溶液)硅酸鹽類的造巖礦物風化過程：鉀長石→絹云母→水云母→高嶺石。輝石、角閃石→綠泥石→水綠泥石→蒙脫石→多水高嶺石→高嶺石。黑云母→蛭石→蒙脫石→高嶺石。白云母→水云母→貝得石→蒙脫石→多水高嶺石→高嶺石。石英(部分)→硅酸→石髓→次生石英。在適宜的氣候條件下，高嶺石進一步分解成鋁土礦和石髓等，而輝石、角閃石、黑云母還分解成褐鐵礦和針鐵礦等。化學風化化學風化現(xiàn)象3.生物風化作用由生物的生命活動引起巖石的破壞過程稱生物風化作用。又可分為生物物理風化作用和生物化學風化作用，但生物化學風化作用更為普遍些。由生物活動導致巖石的機械破碎過程稱生物物理風化作用，常見的一種形式就是根劈作用。這種作用在植被茂盛、巖石裂隙發(fā)育的地區(qū)是非常常見的。由于生物活動引起巖石化學成分變化而使巖石破壞的過程稱生物化學風化作用。這種作用通常是通過生物在新陳代謝過程中分泌出的物質(zhì)和死亡之后腐爛分解出來的物質(zhì)對巖石起化學反應完成的。根劈生物化學風化－青苔風化黃山松生物風化黃山生物風化1生物風化華山生物風化2生物風化柬埔寨4.1.2風化作用的影響因素ch6-40

差異風化花崗巖奇峰怪石斷層和節(jié)理--粗雕“精雕細刻”

影響風化的主要因素硅酸鹽礦物穩(wěn)定性及球狀風化常見礦物的風化穩(wěn)定性抗化學風化的能力，主要取決于巖石中造巖礦物在地表風條化件下的化學穩(wěn)定性相對穩(wěn)定性

造巖礦物

很穩(wěn)定的

石英

粘土礦物

較穩(wěn)定的

白云母、正長石、酸性斜長石

不太穩(wěn)定的

角閃石、輝石、方解石、白云石

不穩(wěn)定的

黑云母、橄欖石、基性斜長石

不同礦物的抗風化能力硅酸鹽類的造巖礦物風化過程：鉀長石→絹云母→水云母→高嶺石。輝石、角閃石→綠泥石→水綠泥石→蒙脫石→多水高嶺石→高嶺石。黑云母→蛭石→蒙脫石→高嶺石。白云母→水云母→貝得石→蒙脫石→多水高嶺石→高嶺石。石英(部分)→硅酸→石髓→次生石英。在適宜的氣候條件下，高嶺石進一步分解成鋁土礦和石髓等，而輝石、角閃石、黑云母還分解成褐鐵礦和針鐵礦等。不同巖石抗風化能力比較差異風化囊狀風化4.1.3巖石（體）風化程度的劃分及其工程地質(zhì)性質(zhì)風化殼

地球表層巖石風化后，由殘留在原地基巖上的風化產(chǎn)物組成的殼層，稱為風化殼。內(nèi)蒙古碎屑風化殼現(xiàn)代風化殼剖面土壤層殘積層半風化層長江三峽的花崗巖風化殼風化殼剖面示意圖風化巖石與基巖《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001劃分出4種風化程度的巖石：全風化、強風化、中等風化和微風化。風化程度特征描述殘積土組織結構全部破壞，已風化成土狀，鍬鎬易挖掘，干鉆易鉆進，具可塑性。全風化結構基本破壞，但尚可辨認，有殘余結構強度，可用鎬挖，干鉆可鉆進。強風化結構大部分破壞，礦物成分顯著變化，風化裂隙很發(fā)育，巖體破碎，用鎬可挖，干鉆不易鉆進。中等風化結構部分破壞，沿節(jié)理面有次生礦物，風化裂隙發(fā)育，巖體被切割成巖塊。用鎬難挖，巖芯鉆方可鉆進。微風化結構基本未變，僅節(jié)理面有渲染或略有變色，有少量風化裂隙。未風化巖質(zhì)新鮮，偶見風化痕跡不同風化程度分類標準4.1.5殘積層（物）殘積層定義：

地表巖石經(jīng)過長期風化作用以后，改變了礦物成分、結構和構造，形成和原來巖石性質(zhì)不同的風化產(chǎn)物，其中除一部分易溶物質(zhì)被水溶解流失外，大部分物質(zhì)殘留在原地，這種物質(zhì)稱為殘積物，這種風化層稱為殘積層。特點：①巖石成分、礦物成分、化學成分和下伏基巖有密切的聯(lián)系；②是基巖風化破碎后留在原地的風化物質(zhì)，未經(jīng)搬運磨圓，未經(jīng)分選，不具層理；③殘積物經(jīng)長期風化，所形成粘土礦物，常粘附在石英砂的表面；④殘積物的結構等特征向下伏基巖逐漸過渡；⑤由上而下風化程度逐漸減弱，顆粒由細變粗。母巖性質(zhì)及邊坡對土的形成的影響殘積土及風積土殘積層的工程性質(zhì)工程地質(zhì)性質(zhì)疏松