工程地質(zhì)教案04

第四章風(fēng)化作用及特殊土第一節(jié)風(fēng)化作用一.風(fēng)化作用及分類風(fēng)化作用：在自然因素作用下使巖石受到機(jī)械破碎和成分改變的過程。

（一）物理風(fēng)化作用

1.氣溫變化

2.冰劈作用

3.鹽類結(jié)晶膨脹

（二）化學(xué)風(fēng)化作用

1．溶解作用

2．水化作用：巖石中某些礦物成分與水分子化合生成新的成分，產(chǎn)生膨脹，使巖石脹裂。

3．氧化作用：巖石中某些礦物與空氣或水中的氧化合后生成新的成分。

4．碳酸化作用：水中CO2從礦物中奪取鹽基，破壞原有巖石中的礦物，生成新的碳酸鹽。

5．還原作用（三）生物風(fēng)化作用（物理、化學(xué)）植物根系生長(zhǎng)、人類工程開挖、爆破、生物排泄物的腐蝕等

二.影響巖石風(fēng)化的內(nèi)部因素

（一）巖石性質(zhì)

1．成因

2．礦物成分：組成巖石的礦物種類：?jiǎn)蔚V巖＞復(fù)礦巖化學(xué)穩(wěn)定性：石英＞正長(zhǎng)石＞酸性斜長(zhǎng)石＞角閃石和輝石＞基性斜長(zhǎng)石、黑云母、黃鐵礦礦物顏色：深色礦物＜淺色礦物風(fēng)化慢。碎屑巖和粘土巖：主要取決于膠結(jié)物。

3．結(jié)構(gòu)和構(gòu)造結(jié)構(gòu)：均勻細(xì)粒的巖石比顆粒粗大或斑狀結(jié)構(gòu)的巖石抗風(fēng)化能力大。構(gòu)造：致密塊狀構(gòu)造的巖石抗風(fēng)化能力最強(qiáng)，而具有各向異性的層理、片理構(gòu)造的巖石易于風(fēng)化。薄層巖石較厚層巖石易于風(fēng)化。

（二）地質(zhì)構(gòu)造在褶曲軸部、斷層破碎帶、裂隙密集發(fā)育的巖石中，有利于風(fēng)化。

三．巖石風(fēng)化的工程地質(zhì)問題

（一）風(fēng)化程度

1．顏色變化

2．礦構(gòu)成分改變

3．破碎程度

4．力學(xué)性質(zhì)（強(qiáng)度）風(fēng)化程度分級(jí)：未風(fēng)化、微風(fēng)化、弱風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化

(二)風(fēng)化深度

風(fēng)化深度（風(fēng)化層厚度）：地表以下風(fēng)化作用所能影響的深度。重要工程：地表以下至風(fēng)化輕微帶；一般工程：地表以下至風(fēng)化頗重帶；物理風(fēng)化為主：一般10～30m，最厚60m；化學(xué)風(fēng)化為主：一般30～50m，最厚100m。（三）風(fēng)化速度

1．提高巖石的完整性和強(qiáng)度，改善巖石抗風(fēng)化能力。如水泥灌漿、粘土灌漿、瀝青灌漿及硅化法等。

2．預(yù)防巖石風(fēng)化，防止各種自然因素對(duì)巖石的侵襲。如用粘土漿、瀝青或水泥漿噴抹邊坡表面和地下洞室表面，封閉基坑底。

四．風(fēng)化作用的產(chǎn)物——?dú)埛e物

1．松散、破碎，成分與下伏基巖相關(guān)；

2．厚度與地形、降雨量及水中化學(xué)成分相關(guān)；

3．較大孔隙率、較高含水量，易沿基巖面滑動(dòng)；

4．成分復(fù)雜。第二節(jié)特殊土

土：由巖石在風(fēng)化作用下形成的碎屑物或殘留在原地或經(jīng)由不同的搬運(yùn)方式被搬運(yùn)到地表低洼處形成的沉積物。土的分類方法:①粒徑級(jí)配：碎石土、砂土、粉土及粘性土。②形成過程：殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、淤積、風(fēng)積土、冰漬土及冰水沉積土等。③工程性質(zhì)：一般土和特殊土（黃土、膨脹土、軟土、多年凍土、紅黏土、鹽漬土和填土等）一、黃土及其工程性質(zhì)(一)黃土的特征(典型黃土）

1．顏色：淡黃、褐黃或灰黃色，

2．粒度：以粉土粒(O.075-0.005mm)為主，約占60-70％；

3．成分：常含各種可溶鹽，富含碳酸鹽，主要是碳酸鈣；

4．結(jié)構(gòu)：疏松，孔隙多且大；（有肉眼可見的大孔及蟲孔、植物根孔等各種孔洞）；

5.構(gòu)造：無(wú)層理，有柱狀節(jié)理和垂直節(jié)理

6.具濕陷性

黃河中游的陜、甘、寧、陜西衛(wèi)視、河南等

（二）黃土的成因類型

1、風(fēng)積黃土

2、坡積黃土

3、殘積黃土

4、洪積黃土

5、沖積黃土(三)黃土的工程性質(zhì)1．粒度：粉粒約占60-70％，其次為砂粒和粘粒；2．黃土的天然含水量一般較低；3．易沖刷；4．黃土易于崩解；5．壓縮性中等；6.密度1.5-1.88g/cm37.抗剪強(qiáng)度中等8．黃土的濕陷性和黃土陷穴天然黃土在一定壓力作用下，受水浸濕后結(jié)構(gòu)遭到破壞發(fā)生突然下沉的現(xiàn)象，稱黃土濕陷。含水量＞25%或粘粒含量＞20%黃土?xí)r無(wú)濕陷性干密度＜1.5g/cm3時(shí)具濕陷性(四)黃土的工程地質(zhì)問題

黃土濕陷；黃土潛蝕和陷穴；黃土沖溝發(fā)展及黃土泥流；黃土路塹邊坡的沖刷、邊坡穩(wěn)定性等1.黃土的濕陷黃土濕陷又分在自重壓力下發(fā)生的自重濕陷和在外荷載作用下發(fā)生的非自重濕陷。非自重濕陷比較普遍。相對(duì)濕陷系數(shù)：

當(dāng)相對(duì)濕陷系數(shù)＞0.02時(shí)，為濕陷性黃土；

相對(duì)濕陷系＜0.02時(shí)，則為非濕陷性黃土。原因：①地表水下滲；②地下水位升黃土濕陷的防治措施：

①采用機(jī)械的或物理化學(xué)的方法提高黃土的強(qiáng)度，降低孔隙度，加強(qiáng)內(nèi)部聯(lián)結(jié)；②排除地表水和地下水的影響。

2．黃土陷穴黃土地區(qū)各種洞穴上覆土層突然塌陷，稱為黃土陷穴。原因：黃土濕陷和地下水的潛蝕作用在地下水流動(dòng)過程中，一方面溶解黃土中易溶鹽于水內(nèi)流失；另一方面，當(dāng)滲透水流的水力梯度很大，并有大孔存在于黃土中時(shí)，地下水作紊流運(yùn)動(dòng)，把黃土中粉土顆粒及部分粘土顆粒沖動(dòng)帶走，在土中造成空洞，這個(gè)過程稱潛蝕作用。防治措施：

①針對(duì)已查明的陷穴可采用開挖回境、夯實(shí)等方法，洞穴較小也可用灌注砂或水泥砂漿充填。②針對(duì)地下水要在工程建筑物附近作好地表排水工程，不許地表水流入建筑場(chǎng)地或滲入建筑物地下，以防止?jié)撐g作用繼續(xù)發(fā)展。三、膨脹土及其土程性質(zhì)膨脹土：主要是由強(qiáng)親水性粘土礦物成分——蒙脫石和伊利石組成的，具有膨脹結(jié)構(gòu)，以及多裂隙性、強(qiáng)脹縮性和強(qiáng)度衰減性的高塑性粘土。分布：各流域形成的平原、盆地、河谷階地，以及河間地塊和丘陵等地區(qū)。成因類型：大致可歸納為殘積、坡積、洪積、沖積、湖積及混合沉積等。(一)膨脹土的特征

1．顏色：灰白、棕、紅、黃、褐及黑色；

2．粒度：粘粒為主，粉粒其次，砂粒很少；

3．礦物成分：粘土礦物多為伊利石和蒙脫石為主；

4．結(jié)構(gòu)：以片狀或扁平狀粘土顆粒聚集形成，結(jié)構(gòu)緊密，孔隙比??；

5．強(qiáng)脹縮性：膨脹時(shí)產(chǎn)生膨脹壓力，收縮時(shí)形成收縮裂隙；長(zhǎng)期反復(fù)脹縮使土體強(qiáng)度產(chǎn)生衰減；6．各種大小成因的微孔隙、微裂隙非常發(fā)育；

7．早期生成的膨脹土具有超固結(jié)性。

（二）膨脹土的工程性質(zhì)

1．強(qiáng)親水性

2．多裂隙性

3．強(qiáng)脹縮性

4．強(qiáng)度衰減性

5．快速崩解性

6．弱抗風(fēng)化性（三）膨脹土的工程地質(zhì)問題

1．膨脹土地區(qū)的路基

邊坡變形和基床變形

由于膨脹土體抗剪強(qiáng)度的衰減及基床土承裁力的降低易造成邊坡溜塌、滑坡，路基長(zhǎng)期不均勻下沉、翻漿冒泥等病害，出現(xiàn)“逢塹必滑，無(wú)堤不塌”的現(xiàn)象。防護(hù)措施：

①

排水系統(tǒng)：天溝、邊坡平臺(tái)排水溝、側(cè)溝或坡腳排水溝、吊溝及支撐滲溝等；

②

坡面防護(hù)：植被防護(hù)、骨架護(hù)坡、片石護(hù)坡；

③支擋工程：擋土墻、抗滑樁等；

④對(duì)于路堤可采用換填土的方法；

⑤對(duì)于路基基床下沉或翻漿冒泥，可采取土質(zhì)改良，加固基床及排除基床水的措施。2．膨脹土地區(qū)的地基

地基承裁力、建筑物變形問題措施：①建筑物周圍的防水排水。②場(chǎng)地應(yīng)盡量選在地形平坦地段，避免挖填方改變土層自然埋藏條件。③基礎(chǔ)應(yīng)適當(dāng)加深。④換土、土墊層、樁基等。三、軟土及其工程性質(zhì)軟土：指天然含水量大、壓縮性高、承載力和抗剪強(qiáng)度很低的軟塑-流塑狀態(tài)的粘性土。如淤泥、淤泥質(zhì)土及其它高壓縮性飽和粘性土等。廣義的軟土也包括沼澤沉積的有機(jī)質(zhì)含量很高的泥炭質(zhì)土和泥炭。軟土是在靜水或緩慢流水環(huán)境中沉積、經(jīng)過一定的生物化學(xué)作用而形成的，以細(xì)顆粒為主的第四紀(jì)沉積物。（一）軟土的特征顏色：灰至灰黃、灰綠、灰黑色；有滑感，有的能染指；腐植質(zhì)含量高時(shí)有腐臭味；粒度：主要為粘粒及粉粒，粘粒含量達(dá)60-70％；成分：粘土礦物（伊利石和高嶺石）、有機(jī)質(zhì)和較大的碎屑礦物（長(zhǎng)石、石英、云母）。結(jié)構(gòu)：典型的海綿狀或稱蜂窩狀結(jié)構(gòu)。構(gòu)造：軟土具有層理構(gòu)造，垂直方向沉積有明顯分選性。（二）軟土的分布和成因類型

沿海地帶、內(nèi)陸湖盆、洼地及河流兩岸地區(qū)

1．沿海沉積型：多呈深灰色或灰綠色2．內(nèi)陸湖盆沉積型：多為灰藍(lán)至綠藍(lán)色，顏色較深。常含粉砂層、粘土層及透鏡體狀泥炭層。

3．河灘沉積型：一般呈帶狀分布于河流中、下游漫灘及階地上。巖層沉積交錯(cuò)復(fù)雜，透鏡體較多。

4．沼澤沉積型：顏色更深，多為黃褐、褐色至黑色。其主要成分為泥炭，機(jī)械沉積物和化學(xué)沉積物。(三)軟土的工程性質(zhì)

1．觸變性

2．低強(qiáng)度

3．流變性

4．高壓縮性

5．低透水性

6．不均勻性（四）軟土的工程地質(zhì)問題

1．軟土地基承載力很低，抗剪強(qiáng)度也很低，長(zhǎng)期強(qiáng)度更低，易剪切破壞。

2．壓縮性很高，沉降量大，常出現(xiàn)由于地基下沉引起基礎(chǔ)變形或開裂，直至建筑物不能使用。

3．含水量大，持水性強(qiáng)，透水性差，地基強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，沉降延續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)。

4．成分及結(jié)構(gòu)復(fù)雜，平面分布及垂直分布均具有不均勻性，易使建筑物產(chǎn)生不均勻沉降。

5．受