----> 根据岩石物理力学性质和建筑物的类型
根据岩石物理力学性质和建筑物的类型
&&&&&&&&&&&&
&&&&第四章&&&&&&&&岩石风化工程地质&&&&&&&&第一节概述第二节影响岩石风化的因素第三节风化壳岩石的垂直分带第四节岩体风化速度的研究第五节防治岩石风化的措施&&&&&&&&第一节&&&&?&&&&&&&&概述&&&&&&&&一、风化和风化作用的概念&&&&风化：岩石在各种风化营力作用下，发生的物理和化学变化过程。风化壳：表层不同深度的岩石，遭受风化程度的不同，形成不同成分和结构的多层残积物，由其构成的复杂剖面称为风化壳。不同岩石，不同地区，风化壳有很大差别。其厚度很大差别，大则几百米。地壳表层保留的主要为现代时期形成的风化壳。当风化壳形成后，被后来的堆积物掩埋，被保留下来成为古风化壳。&&&&&&&&?&&&&&&&&?&&&&&&&&&&&&&&&&风化作用:地壳表层岩石在各种风化营力作用下所发生的一切物理和化学变化的地质作用称为风化作用。风化分为物理风化、化学风化和生物风化。风化作用的类型：物理风化:是指在气候和温度变化、岩石裂隙或空隙中水的冻溶或盐类结晶所产生的应力等作用下岩石在原地发生的机械崩解或作用或破碎过程。这种作用主要发生在地表，它使岩石裂开或崩解成大小不等的碎块，从比较完整坚硬的状态变为松散破碎的状态，在成分上并未发生显著的变化，它主要有以下方式：1）温度变化（特别是昼夜的温度）引起岩石矿物的热胀冷缩；2）冰劈作用；3）盐分结晶的撑裂和潮解作用。&&&&&&&&?&&&&&&&&?&&&&&&&&化学风化：是指在氧、水溶液及二氧化碳等作用下，所发生的一系列复杂化学变化，引起岩石的结构构造、矿物成分和化学成分发生变化的过程。其主要方式有：1）氧化作用：是大气和水中的游离氧与矿物化合生成氧化物的过程。2）溶解作用：是指矿物溶于水的过程。3）水化作用：有些矿物能够吸收一部分中性水分子参加到矿物晶格中去，形成新的含水矿物。称为水化作用。这种作用常使矿物体积膨胀，对周围岩石产生压力，促使岩石破坏。&&&&&&&&?&&&&&&&&?&&&&&&&&4）水解作用：矿物在溶于水的过程中，其自身离解出的离子与水中部分离解的和离子间的交换反应，称为水解。5）碳酸化作用：溶于水中的CO2形成CO-3和HCO-3，它们可以夺取盐类矿物中的一部分金属离子，结合成易溶的碳酸盐而随水迁移，使原来的矿物分解，这种变化称为碳酸化作用。在化学风化过程中，岩石和矿物不仅会破碎，还会被分解，矿物的内部结构受到破坏，直至形成在地表条件下稳定的新矿物，使岩石的化学成分和物理性质都发生显著变化。&&&&&&&&?&&&&&&&&?&&&&&&&&生物风化作用:是由于生物的生命过程中，直接和间接引起的岩石破坏作用。它也可分为二种类型，即生物物理风化和生物化学风化。前者如植物在生长过程中，深入岩石空隙的根系逐渐变粗、增长和加多，使岩石裂隙拓宽、加深和形成新裂隙，从而引起岩石破坏的根劈作用。后者则是通过生物的新陈代谢和生物遗体腐烂分解进行的。生物在新陈代谢过程中分泌出的各种物质以及生物死亡后分解成的腐殖质，都可以引起岩石的化学变化。上述三类风化作用及其风化方式都具有独立的意义。但是在许多情况下，它们相伴而生，并相互影响和促进，共同破坏着岩石。&&&&&&&&?&&&&&&&&由于各种风化营力的结合不同，常使某些地区以某一种风化为主。&&&&风化壳:是遭受风化的岩石圈表层。风化岩:是指岩石经风化后在结构、成分、性质等产生不同程度变异的岩石。残积土:岩石已完全风化成土而未经搬运的称为残积土&&&&&&&&?&&&&&&&&二、风化岩石的工程性状及工程意义&&&&岩石风化后，发生了一系列不同程度的变化，从而改变了岩石的工程特性，主要表现在：?岩石矿物成分和化学成分发生变化。原生矿物经受水解、水化、氧化等作用后，逐渐转化生成新的次生矿物，特别是粘土矿物，从而改变了岩石的性质。?结构构造的变化。岩石的完整性遭到破坏，风化破坏岩石颗粒间联接，扩大岩石原有裂隙，产生新的风化裂隙，降低结构面的粗糙程度，使岩石分裂成碎块，破坏岩体的完整性。整体状、块状、层状结构岩体变为碎裂结构岩体，甚至散体结构的土体。坚硬岩石可变为软弱岩石，甚至松散土。?岩石的工程性质恶化。如透水性增强，抗水性减弱，亲水性增加，强度和弹性模量降低，变形量增大等。总之，风化后的岩石在工程建筑上优良性质减弱了，不良性质则增加了，使工程地质条件恶化。&&&&&&&&总体上：恶化了岩石的工程性质.在工程选址、岩土体稳定、地基处理、灾害防治、工程造价等方面都有重要意义。基础建基面处置、确定矿坑边坡角、洞室围岩支护、基坑开挖层支护、抗滑工程设置等都要考虑到风化问题。&&&&&&&&三.岩石风化工程地质研究的目的&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&?&&&&&&&&根据岩石风化的程度及其空间分布，选择最适宜的建筑物的场址；根据岩石物理力学性质和建筑物的类型、等级等，根据工程要求，合理确定基岩的利用高程，确定地基中需挖除的风化岩石的厚度，减少岩石工程施工中的剥离量，以节省工程投资，加快施工进展；根据岩石风化程度、速度及性质，确定合理的斜坡稳定边坡角；根据岩石风化程度和特性及场地工程地质条件，选择地下洞室施工开挖的设备和方法，确定对已风化岩石的处理措施;根据岩石风化的速度、风化营力的大小和风化作用的类型等因素，确定基坑、路堑敞开时的安全期限，选择防止岩石风化的措施。&&&&&&&&为此，必须注意研究以下问题：1.加强不同气候带、不同地质地理地区，在不同风化营力作用下，风化壳的形成、分布规律及其区域工程地质特征的研究；2.加强风化岩体结构、构造的研究以及对物理力学性质的影响，特别要重视不同风化带岩石的微结构特征；&&&&3.风化软弱夹层的工程地质性质的研究；4.采用各种新技术、新方法研究岩石风化程度和风化带划分的定量评价指标；5.重视岩体风化速度的观测各预测。&&&&&&&&第二节影响岩石风化的因素&&&&岩石风化是多种因素综合作用的复杂过程，主要与气候、岩性、地质构造、地形地貌、水文地质等因素的不同影响有关.1.气候气候是控制风化性质和强度的主要因素。温度和降雨量是物理风化、化学风化和生物风化的基础，是风化过程和风化强度的推动力，其地带性导致风化壳分别的地带性。温度影响化学反应的速率，温度增高，岩石及矿物的风化作用加剧；降雨量控制着化学反应以及淋滤可溶性矿物所需的水分，水分增多，风化壳中粘粒含量增多。在潮湿的热带，风化强度约是温带的3倍，寒带的10倍（Bridges,E.M,1978）。所以在湿热地区一般以化学风化为主，风化深度较大；高寒地区气温低，干旱荒漠地区日照强烈且年降雨量小。这些地区的岩石多以物理风化为主，风化深度一般不大。&&&&&&&&2.岩性?软质岩石比硬质岩石更易风化。?岩石之成因及化学成分、结构和构造是影响岩石风化的重要因素，通常成岩环境与地表环境差异愈大，岩石抗风化能力愈弱，岩石中原来就是已风化搬运的物质，如沉积岩，抗风化能力较强；岩浆岩中从超基性岩、基性岩、中性岩到酸性岩，抗风化能力依次增加；变质岩中深变质岩比浅变质岩更易风化。?就岩石结构而言，岩石的颗粒愈细，粒度愈均匀，则抗风化能力愈高；斑晶、粗晶结构岩石的风化速度要比细晶、隐晶结构快。&&&&&&&&各大类岩石的风化特点如下：1.岩浆岩类：?这类岩石相对均匀和均质，造岩矿物呈无规则排列，岩石的风化作用从节理面向岩块中间发展。?随着风化作用的进行，裂隙间的岩块变得越来越圆，也越来越小，形成圆状或浑圆状的弧形石块，如蘑菇石，并逐渐变小甚至消失，?这类岩石是在高温或高温高压下形成的，形成后所处的环境较形成时有较大的变化。?因此其矿物成分多数容易遭受风化，同时产生体积、质量的变化，可溶性风化产物遭受淋滤。&&&&&&&&2.沉积岩类：?这类岩石一般呈层状，节理裂隙较少而具一定规律，风化作用一般垂直层面逐渐向下发展。岩石中的物质多数经过风化、搬运再沉积下来。?其环境条件与形成前没有太大变化。因此其矿物成分不容易改变，变化较大的一般是胶结物?风化剖面保存了原始沉积物的成层及成分基本相同的特点，体积和质量没有重大的改变。&&&&&&&&&&&&&&&&?&&&&&&&&?&&&&&&&&碳酸盐类：其岩石风化特点是在轻度的酸性水中发生溶解。岩石被水溶液从上向下溶解，可溶性物质带走而不溶物质遗留下来。由于岩石中不溶物质一般甚少，故很难形成残积土。因此这类岩石一般不具有垂直分带的风化剖面。而在地表出现石林、石芽或带溶隙溶沟的岩石。向下沿裂隙、节理或层面而形成溶槽、溶洞等，并堆积有松散的沉积物、石灰华等。因此这类岩石的风化剖面极其复杂且发育不完全。&&&&&&&&3.变质岩类：这类岩石可根据变质程度从低到高的不同，可从不均质到均质，矿物可有具有一定规律排列到不规则排列。变质又分正变质和副变质，所以其风化可具有岩浆岩或沉积岩的特点。&&&&&&&&主要矿物蚀变趋势：&&&&碱性环境&&&&&&&&斜长石：水解作用及脱钙作用&&&&酸性环境&&&&&&&&绢云母―绿泥石、蛭石―蒙脱石高岭石化蛭石绿泥石&&&&&&&&黑云母：水化脱钾、氧化→水云母化辉石、角闪石：水解→绿泥石→蒙脱石白云母：→伊利石→蒙脱石→高岭土&&&&&&&&蒙脱石&&&&&&&&一般：石英、高岭土、氧化铁、铝土矿通常是最终产物的组合。&&&&&&&&化学成分&&&&?&&&&&&&&&&&&活动性强的元素：K、Na等，随水流失。活动性弱的元素：Fe、Al、Si等，残留在原地。含活动元素多者易于风化。同一种元素，所组成的化合物不同，岩石的抗风化能力也不同&&&&单一矿物组成的岩石抗风化能力较强：单矿岩复矿岩矿物成分相同：等粒结构不等粒结构，单粒结构岩石抗风化能力较强，细粒粗粒Si质胶结Ca质胶结泥质胶结原因：导热性不同、胀缩性不同、比表面积不同。&&&&&&&&结构特点&&&&?&&&&&&&&?&&&&&&&&?&&&&?&&&&&&&&3.地质构造?断层、节理、层理、沉积间断面等均可以构成风化营力（水、气等）深入岩石内部的良好通道，加深和加速岩石风化。如在断裂的交汇处风化深度往往较大，即可形成所谓的风化囊（图）。在节理裂隙较发育的地方，岩石风化的深度一般比裂隙不发育的岩石要大。在褶皱核部或断层破碎带，因其裂隙发育，岩石风化深度亦往往较大。各种成因的软弱结构面构成了风化营力侵袭岩石的良好通道，促进风化加深。按产状风化形式可分为四类：面状风化，带状风化，囊状风化，夹层风化(见表)。?此外，地壳运动的特点控制着风化作用的总趋势。地壳相对稳定的地区，岩石与风化营力接触时间较长，风化较彻底，风化壳广泛分布，且厚度较大；地壳强烈上升的地区，侵蚀剥蚀明显，风化壳厚度不大；地壳下降地区，风化作用较弱。&&&&&&&&&&&&&&&&地质结构面：断层、层面、节理、沉积间断面、侵入岩与围岩接触面等&&&&?&&&&&&&&?&&&&&&&&?&&&&&&&&断层带（裂隙密集带）：囊状风化层理面：差异风化―崩塌等节理、裂缝面：球形风化&&&&&&&&
4.地形及排水条件&&&&&&&&地形条件对风化作用的进程和风化产物的积存起重要的控制作用，因而影响着岩石风化类型和速度以及风化岩的厚度。地形可使同一纬度的山地气候产生随高程不同的垂直分带现象，从而使不同高度的岩石存在不同类型的风化作用。向阳坡由于光照时间长，昼夜温差大，因而风化作用较阴坡强。&&&&&&&&地势的陡缓也有影响，陡峭地区，水加速流动，剥蚀较强，新鲜基岩易于暴露，故以物理风化为主，风化层厚度较小；平坦低洼地区排水条件差，深入岩石的水量较大，以化学风化和生物风化为主，有助于风化达到较深的深度。同时，可溶性成分就地保留于环境水中，妨碍了原岩的进一步破坏，并造成适宜于碱性降低的环境。因此理想的化学风化条件是地形稍有起伏的缓坡，这些地方径流速度不大，地表排水也不会受阻。&&&&&&&&第三节风化壳岩石的垂直分带&&&&一、分带的意义?在风化壳垂直剖面上，由于从上到下岩石风化程度不同，故其物理力学性质亦不同，因而对建筑物的适应能力也不一样。?对不同重要性和荷重的建筑物的地基，可根据风化壳厚度的大小及工程建筑物对地基的要求，确定对地基风化岩清除的深度，即确定合理的基建面高程。?对通过不同风化程度岩石的地下洞室，围岩的变形破坏方式及稳定性的评价方法，洞室的施工方法及处理措施等都是不同的。&&&&&&&&?&&&&&&&&?&&&&&&&&对天然斜坡，岩石的风化程度不同，其稳定坡高和坡角是不同的。在风化程度不同岩石中开挖边坡，特别是高边坡，从工程安全稳定性与经济性考虑，需要根据风化不同程度岩石的性质和厚度，设计合理的边坡角。总之，对由不同风化程度岩石组成的风化壳剖面进行分带以区别对待，对于建筑场地的选择、工程设计、施工和处理等都是非常必要的。&&&&&&&&二、分带的原因在风化剖面上，风化程度不同的岩石是逐渐过渡的，主要有以下原因：1.不同深度的岩石与风化营力接触时间不同：风化营力多是由表及里进行作用的，因此上部岩石总是与风化营力首先接触，然后逐渐与深度不同的岩石发生作用，而更深部的岩石可能尚未与风化营力接触而保持原岩状态。所以，风化壳上部岩石风化程度比下部深。2.风化营力的作用存在分带性：在温暖潮湿的气候条件下，硅酸盐的风化由始至终所受的化学作用依次为：水化、淋滤、水解、氧化。故在风化剖面上从上至下可分为：氧化带、水解带、淋滤带、水化带。&&&&&&&&3.矿物风化具有阶段性：一般地，原生矿物开始风化到最终产物不是直接完成的，而是经过一些中间阶段，形成一些过渡性矿物。如钾长石―绢云母―水云母―高岭石；辉石、角闪石―绿泥石―水绿泥石―蒙脱石―多水高岭石―高岭石；黑云母―蛭石―蒙脱石―高岭石。因此在整个风化剖面上，各带显示不同的矿物组合。所以在风化壳剖面上，由于岩石风化程度不同，通常存在着客观的地质分带，但各带是逐渐过渡的。&&&&&&&&三、分带的原则为工程建筑目的而进行的风化壳垂直分带应考虑以下原则：1.目前对于风化剖面的分带不统一，主要由于各地气候和岩石千差万别，且各自的侧重点又不相同，因此对于岩石风化剖面的分带应有一个统一的原则。2.要充分反映各风化带岩石变化规律及各带风化程度不同的岩石的具有的不同特性。3.分带标志视具体条件选择，应有代表性和明确性、尽量避免人为因素的影响。4.将定性与定量、宏观与微观研究结合起来，综合各种标志进行分带。5.分带数目要合适。既不要繁琐也不要过于简单，要考虑工程建筑的实际需要。在工程实际中，我国多采用四分法，从上到下风化程度有强到弱分别为：剧风化带、强风化带、弱风化带、微风化带。&&&&&&&&四、风化壳的结构正常的风化壳，自上而下为残积土、全风化、强风化、弱风化、微风化，再下为新鲜岩体。在某些条件下，也常出现风化壳的异常结构和特殊类型：1.风化夹层或夹层状风化沿层状岩体的层间挤压破碎带或软硬相间的软弱岩层形成的断层和节理密集带或变质岩的片理、板理等结构面形成风化程度高于完整岩体的现象，称为夹层状风化。&&&&&&&&根据长江三峡坝址经验，陡倾角（大于60度）风化夹层，一般都在弱、强风化带发育，少数沿断层、裂隙的风化夹层，亦可进入微风化带，但数量显著减少；而缓倾角（小于30度）风化夹层，绝大多数只发育于弱风化带上部及以上，故往往可作为选择建基面的控制条件。2.球状风化局限于全、强风化带，一般认为是由于岩体被不同方向裂隙切割成块体后，风化营力使岩块四周风化而残留球状块体的现象。&&&&?&&&&&&&&3.风化程度不同的带在垂直剖面上发生突变引起这种现象的主要原因是岩性的突变。如在构成风化风化的岩体中夹有抗风化能力显著较高的岩石，则岩体的风化程度至此突然减弱；当岩体中央有抗风化能力显著较低的岩石时，则岩体在垂直剖面上风化程度相同的带会重复出现。4.风化囊、当岩体中存在规模较大、延展较深的断层破碎带或断裂交汇带、不稳定矿物富集带、岩脉与断裂交叉带及地下水循环交替较强的局部裂隙发育时，常见此现象。这时风化的底部突然加深。&&&&&&&&五、分带的方法&&&&风化营力对岩石工程性质的降低是逐渐变化的，在一个正常而完整的风化壳中，由上而下由于风化程度的不同而出现分带，对风化岩体进行合理分带，对建筑场地的选择、工程的规划、设计和施工等都是十分必要的。工程的初勘阶段：以定性分带为主工程的详勘阶段：以定量分带为主?地质分
析法―定性分析方法：通过岩石颜色、破碎程度、矿物成分的变化?指标定量法&&&&&&&&1.定性分析法?此方法从风化岩石的地质特征和工程性质出发，用经验判断。具体根据风化岩的颜色、结构构造、矿物成分、水理性质及物理力学性质的变化等作为分带的标志。将风化程度从上到下可分为全风化带、强风化带、弱风化带、微风化带和未风化带不同的带，相应的风化岩石可分别定名为残积土、强风化岩石、弱风化岩石、微风化岩石和新鲜岩石(见表)。应当指出，这种分带是对保留完整的风化剖面而言的。实际上经常缺失上部某些带。&&&&&&&&分带的标志及其在各风化带的特征如下：1）颜色：风化程度不同的岩石，在外观上表现在颜色上的差异，一般都较原有的岩石的颜色变浅；在局部来看颜色的变化亦不同，有的仅仅沿岩石裂隙面而变化，有的仅部分岩体变化，而有的则全部岩体都发生变化。2）结构构造：风化程度不同的岩石，在外观上通常有结构构造上的差异。一般都改变原有的结构构造，风化程度越深，结构构造破坏得越严重，而风化轻微的岩石，结构构造基本未变。&&&&&&&&3）矿物成分：不同矿物的抗风化能力是不同的，当风化作用持续进行时，稳定的次稳定的矿物开始风化时，不稳定的矿物可能已面目全非了。即使是同一种矿物在不同风化阶段所形成的新矿物也不一样。化学风化在不同时期起主要作用的化学反应是不同的。因此在风化剖面的不同部位，具有不同的矿物组合。不同部位的矿物组合可作为风化壳垂直分带的标志。4）破碎程度：风化剖面上岩体的破碎程度反映了其风化程度。随着岩石风化程度的加深，完整坚硬的岩石逐渐变为块石、碎石、砂粒、粉粘粒。在风化剖面自上而下的不同部位，这些碎块或颗粒所占的比例不同，上部以粉粘粒为主，夹有砂粒和碎石；下部逐渐过渡到以块石为主夹碎石等。&&&&&&&&5）水理性质及物理力学性质：其变化综合反映了原岩矿物成分和结构构&&&&造等的变化，在风化壳剖面由上到下这些性质变化的趋势是：（1）空隙性和压缩性由大到小；（2）吸水性由强到弱；（3）声波速度由小到大；（4）强度由低到高等。6）钻探掘进及开挖中的技术特性：风化程度不同的岩石，其完整性和坚固性不同，因此勘探中的钻探方法、钻进速度、岩心采取率、掘进方法及难易是不同的，同时，施工中开挖的方法和进度亦各异。定性分析主要凭现场勘察人员的经验，故常带有任意性，往往造成不同的结果，特别是处于边缘类型的岩体，故好必须研究岩体的物理力学性质指标与风化程度之间的变化规律。&&&&&&&&表1岩石风化壳分带及各带基本特征&&&&风化分带剧风化带岩石颜色矿物颜色岩体破碎特点呈土状，或粘性土夹碎屑，结构已彻底改变，有时外观保持原岩状态物理力学性质声速特性其它特点&&&&&&&&除石英外，其余矿原岩完全物多已变异，形成变色，常绿泥石、绢云母、呈黄褐、蛭石、滑石、石膏、棕红、红盐类及粘土矿物等色次生矿物大部分变色，岩快中心部分尚较新鲜岩体表面及裂隙表面大部分变色，断口颜色仍较新鲜仅沿裂隙表面略有改变除石英外大部分矿物均已变异，仅岩快中心变异较轻,次生矿物广泛出现&&&&&&&&强度很低，浸水能崩解，压缩性能增大，手指可捏碎&&&&&&&&纵波声速值低，声速曲线摆动小&&&&&&&&锤击声哑，锹镐可挖动&&&&&&&&强风化带&&&&&&&&岩体强烈破碎，呈岩块、岩屑、时夹粘性土&&&&&&&&物理力学性质不大均一，强度较低，岩块单轴抗压强度小于原岩的1/3，风化较深的岩块手可压碎&&&&&&&&纵波声速值较低，声速曲线摆动大&&&&&&&&锤击声哑，用锹镐开挖，偶须爆破&&&&&&&&弱风化带&&&&&&&&沿裂隙面矿物变异明显，有次生矿物出现&&&&&&&&岩体一般较好，原岩结构构造力学性质较原岩低，清晰，风化裂单轴抗压强度为原岩的1/3－2/3隙尚发育，时夹少量岩屑岩体完整性较好，风化裂隙少见&&&&&&&&纵波声速值较高，声速曲线摆动较大&&&&&&&&锤击发声不够清脆，须爆破开挖&&&&&&&&微风化带&&&&&&&&仅沿裂隙面有矿物轻微变异，并有铁质，钙质薄膜&&&&&&&&与原岩相差无几&&&&&&&&纵波声速值高，声速曲线摆动较小&&&&&&&&锤击发声清脆，须爆破开挖&&&&&&&&表2岩石风化程度的划分（一）&&&&国家标准《工程岩体分级标准》GB50218―94&&&&风化程度未风化微风化特征结构构造未变，岩质新鲜。&&&&&&&&国家标准《建筑地基基础设计规范》GBJ7―89&&&&风化程度微风化特征岩质新鲜，表面微有风化迹象。&&&&&&&&结构构造、矿物色泽基本不变，部分裂隙面有铁锰质渲染。结构构造部分破坏，矿物色泽中等风化较明显变化，裂隙面出现风化矿物，存在风化夹层。1.结构、构造层理清晰；2.岩体被节理、裂隙分割成块状（20~50cm）,裂隙中充填少量风化物，锤击声脆。且不易击碎；3.用镐难挖掘，岩芯钻方可钻进。&&&&&&&&弱风化&&&&&&&&强风化&&&&&&&&结构构造大部分破坏，矿物色强风化泽明显变化，长石、云母等多风化成次生矿物。&&&&&&&&全风化&&&&&&&&结构构造全部破坏，矿物成分除石英外，大部分风化成土状。&&&&&&&&1.结构、构造和层理不甚清晰，矿物成分已显著变化；2.岩体被节理、裂隙分割成碎石状（2~20cm）,碎石用手可折断；3.用镐可挖掘，手摇钻不易钻进。&&&&&&&&表3岩石按风化程度分类[《岩土工程勘察规范（GB）]&&&&岩石类别风化程度野外特征指标(m/s)风化强度参考KVKj&&&&&&&&未风化岩质新鲜，未见风化痕迹&&&&&&&&5000&&&&&&&&微风化组织结构基本未变，仅节理面有铁锰质渲染或矿物略有变化，有少量风化裂隙硬质岩石中等风化组织结构部分破坏，矿物成分基本未变，仅沿节理面2000~出现次生矿物。风化裂隙发育。岩体被切割成cm的岩块。锤击声脆，且不易击碎，不能用镐挖掘，岩心钻方可钻进。&&&&&&&&0.9~1.00.8~0.9&&&&0.6~0.8&&&&&&&&0.9~1.00.8~0.9&&&&0.4~0.8&&&&&&&&1000~强风化组织结构已大部分破坏，矿物成分已显著变化。长石、云母已风化成次生矿物。裂隙很发育，岩体破碎。岩2000体被切割成2~20cm的岩块，可用手折断。用镐可挖掘，干钻不易钻进。&&&&&&&&0.4~0.6&&&&&&&&0.4&&&&&&&&全风化组织结构已基本破坏，矿物成分除石英外，大部分已500~100.2~000.4风化成土状，可用镐挖，干钻可钻进。残积土组织结构已全部破坏。矿物成分除石英外，大部分已500风化成土状，锹镐易挖，干钻可钻进。＜0.20.9~1.0&&&&&&&&表3岩石按风化程度分类（续）&&&&未风化微风化软中等风化岩质新鲜，未见风化痕迹＞.0组织结构基本未变，仅节理面有铁锰质渲染或矿物~40000.9略有变化，有少量风化裂隙组织结构部分破坏，矿物成分发生变化，节理面附~0.8近的矿物已风化成土状。风化裂隙发育。岩体被切3000割成20~50cm的岩块。锤击易碎，用镐难挖掘。岩心钻方可钻进。组织结构已大部分破坏，矿物成分已显著变化。含700~1500大量粘土质粘土矿物。风化裂隙很发育，岩体破碎。岩体被切割成碎块，干时可用手折断或捏碎，浸水或干湿交替时可较迅速地软化或崩解。用镐或锹可挖掘，干钻可钻进。组织结构已基本破坏。但尚可辨认并且有微弱残余300~700结构强度，可用镐挖，干钻可钻进。组织结构已全部破坏，矿物成分已全部改变并已风＜300化成土状，锹镐易挖，干钻易钻进，具可塑性。0.3~0.5&&&&&&&&质&&&&岩石&&&&&&&&0.8~0.90.3~0.8&&&&&&&&强风化&&&&&&&&＜0.3&&&&&&&&全风化&&&&&&&&0.1~0.3＜0.1&&&&&&&&残积土&&&&&&&&?&&&&&&&&表中Vpm为岩体纵波速度，Kv为风化岩纵波速度与新鲜岩石纵波速度平方之比，Kj为风化系数（风化岩石与新鲜岩石饱和单轴抗压强度之比。&&&&&&&&2.实测指标定量法此方法是在定性分析的基础上，用室内或现场测试的岩石力学性质单项或综合指标进行岩体风化程度分带。这是目前国内常用的一种方法。岩体随风化程度的加深，比重和密度减小；孔隙率、含水量、吸水量逐渐增大；岩体的抗压强度、弹性模量和变形模量都随风化程度的加深而降低。常有以下各种：1）风化系数（kw）：为风化岩石与新鲜岩石饱和单轴抗压强度之比。其值越小，说明风化岩石强度越低，风化越强烈。2）点荷载试验指标（Is(50)）：它反映了岩石的抗拉强度，它与抗压强度等指标有很好的对应关系。3）无侧限抗压强度（qu）：指风干样在无侧限压力条件下抵抗轴向压力的极限强度，其值越小,强度越小,岩石风华越强烈。4）标准贯入试验击数（N）：它说明了土体的阻抗能力，与土的粒度、软硬、松密、胶结情况有密切关系，能反映土的强度。&&&&&&&&5）回弹值是用回弹仪时对岩石测试的读数。回弹能力是弹性的一种表现，与岩石的强度有一定的关系，随岩石风化程度的加深，回弹能力减弱，回弹值越小。6）波的传播速度随介质密度的减小而降低，岩体在风化过程中，空隙率不断增加，传播弹性波的能力则逐渐降低。利用波速来估计岩体的风化程度，可用Ilive(1966)的表达式进行评价：Kw=(Vo-V)/Vo式中：Kw为风化系数，Vo为新鲜岩体波速，V为风化岩体波速，目前还常用压缩波（纵波）速度作为分带指标。&&&&&&&&7）物质成分纵合特征值任自民等（1998）根据主要原生矿物的蚀变程度及其化学成分的变化、次生矿物的类型和数量差别、风化产物的物理化学性质等综合特征值反映风化带的特点。8)岩体结构量化指标综合分带：聂德新等人提出主要选择可以表征岩体结构的一些易于获得的指标：岩石质量指标（RQD）、结构面间距、、体积节理数等作为风化分带的量化指标研究岩体风化的综合分带。&&&&&&&&3.数学计算定量划分法1).聚类分析法聚类分析法的数学模型较多，通过检验，斜交距离系数法较为适合岩体风化带的划分，它以斜交距离系数的大小作为样品之间聚类的标准，其数学模型如下：&&&&&&&&Djk(xji?xki)(xi1?xk1)ri1i?1j?1?其中：Djk表示第j个样品与第k个样品的斜交距离系数；Xji表示第j个样品的第i个变量值Ril表示第i个变量与第l个变量的相关系数。聚类时，以距离系数最小的两个样品并成一类，而新类与其他类的距离系数用其均值表示。&&&&mm&&&&&&&&1/2&&&&&&&&2).风化差异系数分析法?风化差异系数风化岩石对于该种新鲜岩石的单位指标的变化量称之为岩石或岩体的风化差异系数Kf=△K/K式中：△K为由于风化引起的某一工程地质试验指标的增量；K为新鲜岩石或岩体的试验指标。统计表明，岩石的空隙率、吸水率、抗压强度、点荷载抗拉强度、动弹性模量、岩体纵波速度等导出的风化差异系数具有很好的相关性。?分带标准国内外学者采用不同的试验方法进行大量试验，获得了风化岩分带界限。&&&&&&&&3).模糊聚类法由于风化岩的变化具有过渡性及界限模糊的特点，因而用模糊数学方法研究分带是行之有效的。设评价风化程度的试验指标共m种，每种试验共有n个试点，构成岩体风化评价论域U。通过计算，即可确定论域U上的模糊相似矩阵，即&&&&&&&&R?(rij)&&&&相似系数为&&&&2rijaikajk/(?aika2)1/2jkk?1k?1k?1mmm&&&&&&&&i,j=1,2,…,n&&&&&&&&综上所述，岩体风化分带需做好下列工作：?岩体风化分带的地质工作需确定不同地带风化程度的差别，还要查明影响岩体风化的主要因素及风化岩体在工程场地的分布特点、规律，确定不同风化程度岩体间的地质边界条件。?试验工作一般试验点的选择最好等距，随机取样。当试验条件不允许、样本较少时，应注意试点地质条件的代表性。试点间距主要根据工程对分带精度的要求，还要考虑提供试验方法的条件。?计算方法的选择当样本量大时，可采用动态方差分析法；当试验指标种类较多，特别岩石化学成分、容量等指标时，宜采用聚类分析法计算、用动态分析法校核。大多情况下，可采用动态方差分析法计算、模糊聚类分析法校核。&&&&&&&&第五节岩体风化速度&&&&某些抗风化能力很低，在建筑物施工或使用后不长期间内风化作用就能明显发展的岩体和具有文化艺术价值的建筑物或雕塑品的石料，研究其风化速度具有很重要的意义。一个完整的风化壳的形成往往需要百万年到千万年，速度是很缓慢的，但某些岩体的表面风化速度可以很快。例如，我国南方的一些红色粘土岩，在室外气温14~17°时，2h内产生裂隙，4~5h开始剥落；红色砂质粘土岩，在室外气温29~40°时，24h内产生裂隙，然后裂隙贯通开始剥落。某些钙质、泥质胶结的砂岩、粉砂岩以及一些泥灰岩、页岩、凝灰质岩石等风化速度也很快，抗风化能力低。为了在开挖基坑、边坡、地下洞室时控制施工速度，选择基坑开挖预留保护层的厚度，也需要预测它们的风化速度。&&&&&&&&第六节防治岩石风化的措施&&&&防治岩石风化的措施一般包括对已风化岩石的合理利用与处理和防止岩石进一步风化两个方面。一、对风化岩石的处理只有在进行详细调查研究后，才能提出切合实际的防止岩石风化的处理措施，并要进行设计计算。主要有以下处理措施：?挖除法：当风化壳厚度较小（数米内），施工条件简单时，可将风化岩石全部挖除，使重型建筑物基础置于稳定的新鲜基岩上；当风化厚度较大，如10余米~几十米以上时，处理措施视具体条件而定：对荷载不大，地基要求不高的建筑物，如一般工业民用建筑物，强风化带甚至剧风化带亦能满要求时，则不用挖除，只需选择合理的基础砌置深度；&&&&&&&&对重型建筑物，对地基岩体稳定性要求较高，其挖除深度应视建筑物类型、规模及风化岩石的物理力学性质而定，需要挖除的只是那些物理力学性质威胁到建筑物的风化岩石。?胶结灌浆法：当风化壳厚度虽较大，但经处理后在经济上和效果上反比挖除合理时，则不必挖除。如地基强度不能满足要求，可用锚杆或水泥灌浆加固；若为水工建筑物地基防渗，则可用水泥、沥青、粘土等材料进行防渗帷幕灌浆处理；?跨越法：当地基存在囊状风化，且其深度不大时，在可能条件下可将其挖除。当囊状风化深度较大时，应视具体条件用混凝土盖板跨越，或进行加固处理；?排水法：为减少具有侵蚀性的地表水和地下水对岩石中可溶性矿物的溶解，二适当采用某些排水措施。如在开凿剧、强风化带中的边坡或地下洞室，应进行防排水、支挡、加固等措施，以保证施工及应用期间边坡岩体及洞室围岩的稳定。?桩基础法：有覆盖层的风化岩上的房屋基础可采用桩基础等方法。在高层建筑物桩基工程中，桩基持力层一般要求选择到中风化岩。?抹面法：用水和空气不能透过的材料，如沥青、水泥、粘土等覆盖岩石?其它：风化边坡采用挡墙、锚杆注浆、抗滑桩等方法处理&&&&&&&&二、预防岩石风化的措施预防岩石风化的基本原则是：?一是通过人工处理后，使风化营力与被保护的岩石隔离，以避免岩石继续遭受风化；?二是降低风化营力的强度，以降低岩石的风化速度。如为防止因温度变化而引起的物理风化，可在被保护的岩石表面用粘性土或砂土铺盖，其厚度一般超过该地区年温度影响深度5~10cm。如防止水和空气的进入岩体，可用水泥、沥青、粘土等材料铺盖于被保护岩石的表面，或用灌浆充填岩石空隙或裂隙。&&&&&&&&?&&&&&&&&?&&&&&&&&有人采用各种化学材料浸透岩石，使之充填岩石空隙或在岩石表面和空隙壁形成保护膜，以防止风化营力与岩石直接接触。也有的人用化学材料中和风化营力，使其风化能力降低，但费用较高。当以风化速度较快的岩石作地基时，基坑开挖至设计高度后，必须立即浇注基础，回填封闭；有时基坑开挖未达到设计高度前，可根据岩石的风化速度，预留一定的岩石厚度，待浇注基础工作准备妥当后，再全面挖至设计高程，然后迅速回填封闭；或分段开挖，分段回填，这些措施均能达到防止岩石风化之目的。&&&&&&&&
分享给好友::
All Rights Reserved 图宝贝
本站声明：本站所转载之内容，无任何商业意图，如本网站转载稿件涉及版权、著作权等问题，请您来函与本站管理员取得联系,友情链接请加QQ,要求PR 或者 BR >=2（联系方式：QQ ）