公路工程地质(风化与地表流水地质作用).ppt

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1、第三章、风化与地表流水第三章、风化与地表流水 地质作用地质作用第一节第一节 风化作用风化作用第二节第二节 暂时性流水地质作用暂时性流水地质作用第三节第三节 河流地质作用河流地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用教学目的教学目的：1.了解风化作用的概念了解风化作用的概念,风化作用的基本类型及表现形式。风化作用的基本类型及表现形式。2.熟悉岩石风化程度的分级；熟悉岩石风化程度的分级；3.了解坡面细流及山洪急流的地质作用了解坡面细流及山洪急流的地质作用 掌握河流地质作用；掌握河流地质作用；本章重点本章重

2、点:岩石风化带的分级；坡面细流和山洪急流的地质作用对公路工岩石风化带的分级；坡面细流和山洪急流的地质作用对公路工程的影响；河流地质作用的表现形式及特点。程的影响；河流地质作用的表现形式及特点。本章难点本章难点:河流地质作用的表现形式及特点河流地质作用的表现形式及特点第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第一节第一节 风化作用风化作用 土的形成经历了漫长的地质历史过程。裸露于地表的岩石在温度和湿度土的形成经历了漫长的地质历史过程。裸露于地表的岩石在温度和湿度不断发生变化的过程中反复产生不均匀的膨胀和收缩，并

3、在此过程中产不断发生变化的过程中反复产生不均匀的膨胀和收缩，并在此过程中产生了大量的裂隙。裂隙的产生为大气水和植物根系进入岩体内部提供了生了大量的裂隙。裂隙的产生为大气水和植物根系进入岩体内部提供了可能。进入岩体裂隙的大气水或凝结水在气温进一步下降时结冰膨胀，可能。进入岩体裂隙的大气水或凝结水在气温进一步下降时结冰膨胀，加之植物根系的生长、发育，劈裂作用使裂隙进一步扩展，并最终使原加之植物根系的生长、发育，劈裂作用使裂隙进一步扩展，并最终使原来完整的岩石崩解、碎裂。风、霜、雨、雪的侵蚀和重力作用使已经变来完整的岩石崩解、碎裂。风、霜、雨、雪的侵蚀和重力作用使已经变得十分破碎的表面岩石剥离，上述

4、作用进一步向内部岩体中发展。得十分破碎的表面岩石剥离，上述作用进一步向内部岩体中发展。被剥离的岩石碎块、岩屑等在雨、雪水流、风力等的夹带下向别处搬运，被剥离的岩石碎块、岩屑等在雨、雪水流、风力等的夹带下向别处搬运，并在地壳相对下降的地方堆积起来。在搬运过程中，土颗粒进一步破碎并在地壳相对下降的地方堆积起来。在搬运过程中，土颗粒进一步破碎分散，并使其中较大的颗粒变得浑圆光滑。与此同时，空气中的二氧化分散，并使其中较大的颗粒变得浑圆光滑。与此同时，空气中的二氧化碳、氧气、二氧化流及地表水和地下水还会在与岩石及岩石颗粒的直接碳、氧气、二氧化流及地表水和地下水还会在与岩石及岩石颗粒的直接接触过程中发生

5、一系列的化学反应，从而生成新的矿物。上述作用会使接触过程中发生一系列的化学反应，从而生成新的矿物。上述作用会使已经破碎的岩石颗粒变得更加细小甚至非常细小。以上就是岩石风化成已经破碎的岩石颗粒变得更加细小甚至非常细小。以上就是岩石风化成土的过程。土的过程。我们将裸露于地壳表面的基岩或裂隙面附近的岩石在各种外力地质作用我们将裸露于地壳表面的基岩或裂隙面附近的岩石在各种外力地质作用下产生的崩解、碎裂和变质通称为下产生的崩解、碎裂和变质通称为岩石的风化岩石的风化；将被风化的岩石在风、；将被风化的岩石在风、雨及重力等的作用下从岩石母体上剥落成为破碎状的岩石块体或者岩屑雨及重力等的作用下从岩石母体上剥落成

6、为破碎状的岩石块体或者岩屑的过程称之为的过程称之为剥蚀剥蚀。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用一、风化作用的类型：一、风化作用的类型：风风化化促促使使岩岩石石的的状状态态或或性性质质发发生生了了改改变变，并并形形成成了了一一种种与与原原来来岩岩石石的的形形态态、结结构构、构构造造、物物质质成成分分等等不不完完全全相相同同甚甚至至可以说完全不同的新物质。可以说完全不同的新物质。岩岩石石风风化化后后，其其物物质质状状态态、物物理理力力学学性性质质和和化化学学性性质质等等均均发发生生了了剧剧烈烈的的变变化化

7、。很很多多情情况况下下，风风化化能能使使岩岩石石破破碎碎，形形成成细细小小颗颗粒粒的的次次生生粘粘土土矿矿物物高高岭岭石石、蒙蒙脱脱石石及及伊伊利利石石等等，改改变变了了岩岩石石的的矿矿物物成成分分。同同时时，在在风风化化带带中中常常有有可可溶溶盐盐的的富富集集，如如碳碳酸酸钙钙及及石石膏膏。由由于于岩岩石石风风化化后后，节节理理、裂裂隙隙发发育育，使使岩岩石石整整体体性性降降低低，孔孔隙隙度度增增加加，抗抗剪剪、抗抗压压强强度度降降低低，透透水水性性增增大大，这这为为地地下下水水活活动动创创造造了了条条件件。地地下下水水的的渗渗入入，又又促促进进岩岩石石进进一一步步风风化化。如如有有些些岩岩

8、石石直直接接暴暴露露在在大大气气中中一一、二二天天就就开开始始风风化化崩崩解解。岩岩石石不不同同，其其在在相相同同条条件件下下的的风风化化情情况况不不同同，岩岩石石相相同同，风风化化作作用用性性质质不不同同、经经受受的的风风化化程程度度不不同同、沉积环境不同，其生成物的性质也不尽相同。沉积环境不同，其生成物的性质也不尽相同。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用 显显然然，一一般般情情况况下下不不宜宜将将建建筑筑物物设设置置在在风风化化严严重重的的岩岩层层上上，但但是是工工程程中中又又往往往往不不可可能能

9、完完全全避避开开风风化化岩岩层层。如如隧隧道道进进出出口口地地段段的的岩岩层层，大大多多有有不不同同程程度度的的风风化化，施施工工中中如如不不注注意意加加强强支支护护，易易造造成成崩崩塌塌。对对有有些些易易风风化化的的岩岩层层，在在隧隧道道施施工工开开挖挖后后，要要及及时时作作支支护护，防防止止岩岩石石继继续续风风化化失失稳稳增增加加山山体体压压力力，否否则则会会引引起起坍坍塌塌。风风化化岩岩层层中中的的路路堑堑边边坡坡不不宜宜太太陡陡，同同时时还还要要采采取取防防护护措措施施。风风化化的的岩岩石石更更不不宜宜作作建建筑筑材材料料。因因此此，从从工工程程建建筑筑观观点点来来研研究究岩岩石石的的

10、风风化化特特性性、分分布布规规律律，对对选选择择建建筑筑物物的的合合理理位位置置，如如隧隧道道的的进进出出口口位位置置，路路堑堑边边坡坡坡坡度度，隧隧道道的的支支护护方方法法及及衬衬砌砌厚厚度度，大大型型建建筑筑物物的的地地基基承承载载力力和和开开挖挖深深度度以以及及合合理理的的选选择择施施工工方方法法等等有有着着重重要要的的意义。意义。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用 风化作用的实质是矿物、岩石在地表附近新的物理化学条风化作用的实质是矿物、岩石在地表附近新的物理化学条件下所产生的演化过程。如前所述

11、，自然界中不同的岩石，在件下所产生的演化过程。如前所述，自然界中不同的岩石，在不同的自然环境里其反应亦不同；在相同的自然环境条件下，不同的自然环境里其反应亦不同；在相同的自然环境条件下，岩石种类不同，其对环境变化的反应亦不同。因为各种岩石在岩石种类不同，其对环境变化的反应亦不同。因为各种岩石在生成时，各具有其特殊性。如岩浆岩是高温熔融的岩浆在地壳生成时，各具有其特殊性。如岩浆岩是高温熔融的岩浆在地壳中或地面上冷却凝固而成；沉积岩是地面上堆积起来的沉积物，中或地面上冷却凝固而成；沉积岩是地面上堆积起来的沉积物，经过脱水、压密、胶结及硬化而形成；而变质岩则是经高温高经过脱水、压密、胶结及硬化而形成

12、；而变质岩则是经高温高压以及活动性化学元素参与下形成的岩石。压以及活动性化学元素参与下形成的岩石。因此，当各种岩石由于地壳运动使其长期暴露在地表以后，因此，当各种岩石由于地壳运动使其长期暴露在地表以后，就改变了岩石原来的环境条件，使其处于一种新的物理化学条就改变了岩石原来的环境条件，使其处于一种新的物理化学条件中，岩石为了适应新的条件，在地表的温度和压力，大气、件中，岩石为了适应新的条件，在地表的温度和压力，大气、水、生物活动的长期作用下，改变了原来的性质，变成了新的水、生物活动的长期作用下，改变了原来的性质，变成了新的疏松物质，或物质成分发生了变化。疏松物质，或物质成分发生了变化。第三章、风

13、化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用 岩石遭受风化作用的时间愈长，岩石破坏得就愈严重。岩石遭受风化作用的时间愈长，岩石破坏得就愈严重。另外，从不同岩石的风化速度来看，有的岩石风化过程进另外，从不同岩石的风化速度来看，有的岩石风化过程进行得很缓慢，其风化特征只有经过长期暴露地表以后才能行得很缓慢，其风化特征只有经过长期暴露地表以后才能显示出来；而有的岩石则相反，如泥岩、页岩及某些片岩显示出来；而有的岩石则相反，如泥岩、页岩及某些片岩等，当基坑开挖后不久，很快就风化破碎，所以在施工中等，当基坑开挖后不久，很快就风化破

14、碎，所以在施工中必须采取相应的工程防护措施。根据岩石风化的自然因素必须采取相应的工程防护措施。根据岩石风化的自然因素和风化物质的性质，可将风化划分为和风化物质的性质，可将风化划分为物理风化物理风化（机械风化）（机械风化）、化学风化化学风化和和生物风化生物风化作用三种类型，其中生物风化可或作用三种类型，其中生物风化可或者归结为物理风化、或者归结为化学风化，即风化作用中者归结为物理风化、或者归结为化学风化，即风化作用中的两种最基本类型为的两种最基本类型为物理风化物理风化和和化学风化化学风化。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化

15、与地表流水的地质作用一）物理风化作用一）物理风化作用一一切切只只改改变变岩岩石石的的完完整整性性或或改改变变已已碎碎裂裂的的岩岩石石颗颗粒粒大大小小和和形形状状，而而未未能能产产生生新新矿矿物物的的风风化化作作用用（含含植植物物根根系系的的劈劈裂裂作作用用以以及及搬搬运运过程中的破碎、磨圆过程）称为过程中的破碎、磨圆过程）称为物理风化物理风化作用或作用或机械风化机械风化作用。作用。1、物理风化作用的类型、物理风化作用的类型通通过过对对物物理理风风化化的的进进一一步步研研究究可可以以得得到到，物物理理风风化化作作用用可可被被细细分分为为以以下下类型：类型：（1）温温度度应应力力引引起起的的胀胀缩

16、缩作作用用。位位于于我我国国西西北北的的大大青青山山、天天山山山山脉脉，其其山山体体表表面面多多覆覆盖盖有有一一定定厚厚度度的的碎碎裂裂岩岩石石块块体体和和岩岩屑屑物物质质，这这些些主主要要是是基基岩岩在在反反复复的的胀胀缩缩循循环环中中发发生生碎碎裂裂的的产产物物。考考古古工工作作者者在在我我国国山山西西峙峙峪峪发发现现了了距距今今23万万年年前前旧旧石石器器时时代代的的一一个个古古采采石石场场，在在没没有有其其它它工工具具的的情情况况下下，我我们们的的先先祖祖根根据据观观察察得得到到的的岩岩石石胀胀缩缩破破碎碎现现象象，用用火火烤烤、水水激激的的方方法法，使使岩岩石石碎碎裂裂，再再用用木木

17、棍棍撬撬下下，用用以以制制作作狩狩猎猎和和生生活活所所需需的的石石器器、工工具具。图图3-1示示意意了了温温度度作作用用下下岩岩石石的的崩崩解解过过程程；图图3-2所所示示为为暴暴露露于于地地表的山体岩石风化崩解情况。表的山体岩石风化崩解情况。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用图图3-1 3-1 温度作用引起的岩石崩解过程示意温度作用引起的岩石崩解过程示意 第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用 图图3-2 3-

18、2 山体表面岩石的崩解碎裂山体表面岩石的崩解碎裂 第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用图图3-3 3-3 冰晶体对岩石的劈裂破坏示意冰晶体对岩石的劈裂破坏示意 （2）裂裂隙隙中中的的冰冰以以及及其其他他结结晶晶体体产产生生的的膨膨胀胀应应力力引引起起的的劈劈裂裂作作用用（除除冰冰以以外外，硫硫酸酸钙钙结结晶晶体体也也有有很很强强的的膨膨胀胀作作用用）。一一旦旦岩岩石石中中出出现现了了细细微微裂裂隙隙，大大气气降降水水就就会会渗渗入入其其中中，水水分分的的进进入入或或者者会会在在低低温温时时形形成成冰冰楔

19、楔体体沿沿裂裂缝缝两两侧侧挤挤压压岩岩石石，或或者者与与岩岩石石中中的的某某些些物物质质反反应应形形成成结结晶晶膨膨胀胀体体挤挤压压岩岩石石，使使岩岩石石中中原原有有的的裂裂缝缝加加宽宽、增增长长，并并为为更更多多水水分分进进入入岩岩体体内内部部创造了条件，逐步使岩石风化崩解。创造了条件，逐步使岩石风化崩解。（3）岩岩体体因因卸卸荷荷而而引引起起的的膨膨胀胀崩崩解解。随随着着上上覆覆岩岩石石不不断断被被风风化化剥剥蚀蚀，原原来来处处于于地地层层深深处处的的岩岩体体距距地地表表面面愈愈来来愈愈近近，上上覆覆重重力力愈愈来来愈愈小小，在在重重力力卸卸荷荷作作用用下下，岩岩体体会会产产生生明明显显上

20、上弹弹（膨膨胀胀），严严重重时时就就会会产产生生卸卸荷荷裂裂隙。隙。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用图图3-4 3-4 树木根系对岩石的劈裂破坏示意树木根系对岩石的劈裂破坏示意 （4）树树木木生生长长过过程程中中的的根根劈劈作作用用。岩岩石石的的裂裂缝缝中中除除含含有有一一定定的的水水分分外外，还还会会充充填填入入一一定定量量的的尘尘土土，这这样样一一来来树树木木就就可可在在其其中中生生存存，随随着着树树木木的的成成长长，其其根根系系也也不不断断壮壮大大；更更加加之之岩岩石石表表层层裂裂隙隙中中的的

21、水水分分有有限限，为为了了获获取取树树木木生生长长所所需需的的更更充充足足的的水水分分，岩岩石石裂裂隙隙中中的的植植物物根根系系更更为为发发达达。植植物物根根系系的的生生长长壮壮大大必必然然挤挤压压岩岩石石裂裂缝缝，使使其其扩扩大大、增增密密，导导致致岩岩石石产产生生风风化化，并并为为风风化化向向岩岩石石内内部部发发展展创造了条件。创造了条件。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用（5）重重力力作作用用下下的的岩岩块块碎碎裂裂和和搬搬运运过过程程中中的的碰碰撞撞、磨磨圆圆。在在自自身身重重力力作作用用下下

22、，在在岩岩石石的的碎碎裂裂块块体体从从高高处处向向山山坡坡下下方方滚滚动动的的过过程程中中，在在风风力力及及流流水水搬搬运运岩岩石石碎碎裂裂块块体体的的过过程程中中，岩岩石石的的碎碎裂裂块块体体之之间间或或碎碎裂裂块块体体与与地地面面之之间间会会不不断断发发生生碰碰撞撞，碰碰撞过程中，岩石块体会变得浑圆起来并进一步破碎变小。撞过程中，岩石块体会变得浑圆起来并进一步破碎变小。（6）风风的的剥剥蚀蚀作作用用（同同时时为为进进一一步步的的风风化化创创造造了了条条件件）。季季节节风风的的作作用用是是干干旱旱和和半半干干旱旱地地区区地地表表岩岩石石风风化化不不可可忽忽视视的的一一个个因因素素。风风力力将

23、将崩崩裂裂的的岩岩石石碎碎块块从从母母岩岩上上剥剥离离，同同时时又又为为风风化进一步深入岩石深部创造了条件。化进一步深入岩石深部创造了条件。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用化化学学风风化化作作用用是是风风化化作作用用中中的的另另外外一一种种类类型型，这这类类风风化化作作用用的的结结果果不不仅仅仅仅改改变变了了原原有有岩岩石石的的连连续续性性和和完完整整性性，而而且且在在改改变变岩岩石石物物质状态的同时改变了岩石中原有的矿物成分。质状态的同时改变了岩石中原有的矿物成分。1、化学风化作用的概念、化学风化

24、作用的概念我我们们将将一一切切改改变变了了岩岩石石中中原原有有矿矿物物成成分分的的风风化化作作用用统统称称为为化化学学风风化化作作用用。生生物物生生长长中中的的新新陈陈代代谢谢、生生物物腐腐蚀蚀和和水水引引起起的的矿矿物物溶溶解解、再再结结晶晶、水水化化、水水解解以以及及大大气气引引起起的的氧氧化化、碳碳酸酸化化、硫硫酸酸化化等等，均均会会使使原原有有的的岩岩石石矿矿物物成成分分发发生生改改变变，并并产产生生新新矿矿物物，这这类类风风化化作作用用都都属属于于化化学学风风化化作作用用。即即化化学学风风化化是是质质变变风风化化、是是改改变变原原来来岩岩石石的的物质成分的风化作用。物质成分的风化作用

25、。2、化学风化作用的类型、化学风化作用的类型同同物物理理风风化化作作用用一一样样，化化学学风风化化作作用用也也可可被被细细分分为为若若干干类类型型，其中常见的有以下类型：其中常见的有以下类型：二）化学风化作用二）化学风化作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用1）水的作用水的作用 水水的的风风化化作作用用可可细细分分为为水水化化作作用用、水水解解作作用用、溶溶解解溶溶蚀蚀和和再再结结晶晶作作用。用。（1）水化作用）水化作用某某些些矿矿物物和和水水接接触触后后，水水分分子子便便能能够够进进入入矿矿物物的的

26、结结晶晶体体或或微微观观结结构构内内部部成成为为结结晶晶水水，水水分分子子的的进进入入不不仅仅改改变变了了原原有有矿矿物物的的结结构构形形态态并并增增加加了了物物质质成成分分，也也使使其其具具有有了了某某些些新新的的性性质质，即即原原矿矿物物在在水水的的作作用用下下改改变变成了新的矿物，水对矿物的这种作用称为水化作用。例如：成了新的矿物，水对矿物的这种作用称为水化作用。例如：（石膏遇水变成二水石膏）（芒硝）（2）水解作用：）水解作用：某某些些矿矿物物遇遇水水后后其其原原有有的的物物质质成成分分和和一一定定量量的的水水分分发发生生物物质质重重组组（和和水水分分子子发发生生了了化化学学反反应应），

27、生生成成新新物物质质，其其结结构构形形态态也也完完全全改改变变，水对矿物的这种作用称为水解作用。例如水对矿物的这种作用称为水解作用。例如：水解作用是硅酸盐类矿物最重要的一种化学风化方式。水解作用是硅酸盐类矿物最重要的一种化学风化方式。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用（3）溶解溶蚀和再结晶溶解溶蚀和再结晶 大大气气降降水水是是一一种种溶溶液液，常常含含有有等等酸酸性性物物质质，尤尤其其是是在在工工业业化化污污染染十十分分严严重重的的今今天天。当当大大气气降降水水从从岩岩石石的的表表面面特特别别是是岩岩

28、体体裂裂隙隙中中流流过过时时，岩岩石石中中的的一一部部分分物物质质成成分分溶溶于于水水中中和和水水流流一一起起流流走走，水水对对岩岩石石的的这这种种作作用用称称为为溶溶解解溶溶蚀蚀作作用用。在在自自然然界界中中经经常常可可以以见见到到岩岩体体中中发发育育有有很很宽宽的的水水溶溶裂裂缝缝、沟沟渠渠、洞洞穴穴等等各各种种空空洞洞，严严重重时时还还会会造造成成地地表表的的塌塌陷陷，这这种种现现象象就就是是岩岩溶溶现现象象，岩岩溶溶地地貌貌就就是是地地下下水水对对石石灰灰岩岩、白白云云岩岩等等可可溶溶性性岩岩石石地地层层长长期期溶溶解溶蚀的结果。地下水对石灰岩溶解作用的反应式如下：解溶蚀的结果。地下水

29、对石灰岩溶解作用的反应式如下：重重碳碳酸酸钙钙溶溶于于水水中中被被水水流流带带走走，并并最最终终在在石石灰灰岩岩地地层层中中形形成成溶溶洞洞。需要指出的是，岩盐、石膏比石灰岩和白云岩更易溶解。需要指出的是，岩盐、石膏比石灰岩和白云岩更易溶解。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用含含有有大大量量重重碳碳酸酸钙钙的的岩岩溶溶水水在在以以下下条条件件下下又又会会产产生生再再结晶：结晶：岩岩溶溶水水出出露露地地面面或或从从裂裂隙隙中中流流出出时时，由由于于压压力力降降低低，水水中中的的二二氧氧化化碳碳逸逸出出，

30、重重碳碳酸酸钙钙还还原原为为碳碳酸酸钙钙从从水中析出并再结晶。水中析出并再结晶。温温度度的的降降低低使使水水对对矿矿物物的的溶溶解解度度降降低低，导导致致部部分矿物析出并再结晶。分矿物析出并再结晶。水分的蒸发使矿物重新结晶出来。水分的蒸发使矿物重新结晶出来。不不同同溶溶液液的的混混合合使使水水中中的的部部分分矿矿物物质质沉沉淀淀析出。析出。图图3-5 3-5 形成于小三峡崖壁上的再结晶石芽形成于小三峡崖壁上的再结晶石芽 第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用2）气体的作用气体的作用气体对岩石的风化作用主要

31、有：气体对岩石的风化作用主要有：（1）氧化作用氧化作用:（黄铁矿）(硫酸亚铁)(硫酸)（2）碳酸化作用碳酸化作用:(正长石)（高岭石）（石英）（3）酸雨及硫酸化作用。酸雨及硫酸化作用。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用3生物的化学风化作用生物的化学风化作用 生生物物的的风风化化作作用用有有两两种种，一一种种是是生生长长在在岩岩石石裂裂隙隙中中的的植植物物根根系系的的膨膨大大对对岩岩石石的的劈劈裂裂作作用用，是是生生物物的的机机械械作作用用，属属物物理理风风化化的的范范畴畴，该该作作用用作作为为物物理理

32、风风化化的的一一种种类类型型在在前前面面已已经经作作了了介介绍绍。另另一一种种就就是是生生物物生生长长中中的的新新陈陈代代谢谢物物、腐腐蚀蚀物物、分分泌泌物物对对岩岩石石的的破破坏坏作作用用及及微微生生物物对对岩岩石石的的风风化化作作用用。这这些些显显然然属属于于化化学学风风化化作作用用的的范范畴畴，也可称其为生物化学风化作用或简称化学风化作用。也可称其为生物化学风化作用或简称化学风化作用。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用二、二、影响风化作用的因素影响风化作用的因素 1 1、岩石的矿物成分、岩石的矿

33、物成分岩岩石石化化学学风风化化的的本本质质是是岩岩石石中中各各种种矿矿物物成成分分的的变变质质，物物理理风风化化同同样样与与组组成成岩岩石石的的矿矿物物成成分分有有关关。按按风风化化的的难难易易程程度度，我我们们可可将将矿矿物物划划分分如如下：下：（1 1）稳定性矿物，如白云母、石英、石榴石等。稳定性矿物，如白云母、石英、石榴石等。（2 2）较稳定性矿物，例如：辉石、角闪石、黑云母、正长石等。较稳定性矿物，例如：辉石、角闪石、黑云母、正长石等。（3 3）不稳定性矿物，例如：斜长石、橄榄石等。不稳定性矿物，例如：斜长石、橄榄石等。岩石中的不稳定性矿物含量越高，抗风化能力越低。岩石中的不稳定性矿物

34、含量越高，抗风化能力越低。2 2、岩性、岩性岩岩性性包包括括岩岩石石的的结结构构与与构构造造、矿矿物物颗颗粒粒大大小小与与形形状状、孔孔隙隙率率、吸吸水水率率、坚坚固固性性等等物物理理力力学学性性质质。结结构构致致密密、岩岩性性坚坚固固、孔孔隙隙率率和和吸吸水水率率小小的的岩石其抗风化能力就好，反之就易风化。岩石其抗风化能力就好，反之就易风化。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用3 3、地质构造与岩体的结构性、地质构造与岩体的结构性地地质质构构造造对对岩岩体体的的结结构构性性有有很很大大的的影影响响，而

35、而岩岩体体的的结结构构性性（岩岩体体结结构构面面的的产产状状、交交汇汇切切割割情情况况、间间距距大大小小以以及及岩岩体体裂裂隙隙的的张张开开性性、充充填填情情况况、渗渗透透性性等等）又又对对岩岩体体的的抗抗风风化化能能力力有有很很大大影影响响。岩岩体体的的结结构构面面愈愈发发育育、裂裂细细愈愈大大、充充填填情情况况愈愈差差、渗渗透透性性愈好就愈易风化。愈好就愈易风化。4 4、气候状况与地表水、气候状况与地表水气气温温高高、雨雨量量充充足足、湿湿度度大大、植植物物生生长长茂茂盛盛的的我我国国南南方方地地区区以以化化学学风风化化为为主主，温温差差大大、雨雨量量少少、干干燥燥、植植被被差差、风风力力

36、作作用用强强烈的我国北方地区则以物理风化为主。烈的我国北方地区则以物理风化为主。5 5、地貌与地下水、地貌与地下水地地貌貌对对岩岩石石风风化化的的影影响响和和水水、风风、温温差差、地地势势以以及及基基岩岩埋埋藏藏条条件件等等多多重重因因素素有有关关。地地下下水水对对岩岩石石的的风风化化则则主主要要体体现现为为溶溶解解溶溶蚀和再结晶。蚀和再结晶。6 6、其它因素、其它因素：如人类的工程活动等。如人类的工程活动等。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用三、岩石风化的工程地质研究三、岩石风化的工程地质研究 在在

37、工工程程上上，岩岩石石风风化化的的情情况况可可通通过过两两个个方方面面来来表表述述，一一个个是是岩岩石石的的风风化化程程度度，另另一一个个是是岩岩石石层层的的风风化化深深度度或或称称风风化化岩岩层层的的厚度。厚度。一）岩石的风化程度一）岩石的风化程度 岩岩石石风风化化以以后后，其其物物理理力力学学性性质质将将发发生生不不同同程程度度改改变变或或变变化化，这这种种变变化化的的大大小小取取决决于于风风化化程程度度的的强强弱弱。风风化化程程度度不不同同，岩岩石石的的物物理理力力学学性性质质改改变变大大小小也也不不同同。路路堑堑边边坡坡的的坡坡度度、桥桥基基的的埋埋深深、隧隧道道衬衬砌砌的的厚厚度度及

38、及施施工工方方法法的的选选择择、山山区区公公路路边边坡坡的的表表面面防防护护等等，都都与与岩岩石石风风化化程程度度密密切切相相关关。因因此此，岩岩土土工工程程要要求求，对对岩岩石石风风化化的的情情况况不不能能仅仅限限于于对对风风化化现现象象的的一一般般描描述述，必必须结合以下各项情况对其风化程度进行分级评价。须结合以下各项情况对其风化程度进行分级评价。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用(1)岩石颜色的变化岩石颜色的变化岩岩石石中中矿矿物物成成分分的的变变化化首首先先反反映映到到颜颜色色上上。未未经经风

39、风化化的的岩岩石石色色泽泽鲜鲜艳艳，风风化化愈愈重重，颜颜色色愈愈暗暗淡淡。野野外外观观察察时时要要注注意意表表面面和和内内部部颜颜色色的的比比较较；要要注注意意区区分分干干燥燥时时和和潮潮湿湿时时岩岩石石色色调调的的不不同同，以以间间接接确确定定其其风风化程度。化程度。(2)岩石矿物成分的变化岩石矿物成分的变化岩岩石石矿矿物物成成分分的的变变化化直直接接关关系系着着岩岩石石的的风风化化程程度度。要要特特别别注注意意岩岩石石中中那那些些易易于于风风化化的的各各种种矿矿物物成成分分的的变变化化，例例如如花花岗岗岩岩中中的的黑黑云云母母、长长石石，风风化化程程度度愈愈重重，这这些些不不稳稳定定的的

40、矿矿物物就就愈愈充充分分的的变变为为次次生生矿矿物物。某某些些沉沉积积岩岩风风化化后后的的成成分分改改变变不不显显著著，但但风风化化较较重重的的岩岩石石常常有有次次生生石石膏和含水氧化铁出现。膏和含水氧化铁出现。(3)岩石的破碎程度岩石的破碎程度岩岩石石的的破破碎碎程程度度是是岩岩石石风风化化程程度度分分级级中中最最重重要要标标志志之之一一。岩岩石石风风化化破破碎碎是是由由于于岩岩石石中中产产生生大大量量风风化化裂裂隙隙所所致致，因因此此要要着着重重观观察察风风化化裂裂隙隙的的长长度度、宽宽度度、密密度度、形形状状及及裂裂隙隙中中的的次次生生充充填填物物情情况况。以以直直接接判判定岩石的风化程

41、度强弱。定岩石的风化程度强弱。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用(4)岩石物理力学性质的改变岩石物理力学性质的改变岩岩石石风风化化程程度度愈愈重重，其其坚坚硬硬程程度度便便愈愈低低，整整体体性性愈愈差差，力力学学性性质质也也就就愈愈差差。野野外外观观察察时时，可可以以用用手手锤锤敲敲击击，小小刀刀刻刻划划，或或用用手手折折断断等等简简易易办办法法进进行行试试验验，根根据据需需要要，必必要要时时也也可可做做野野外外原原地压缩或剪切试验。地压缩或剪切试验。根根据据上上述述几几个个方方面面的的情情况况，岩岩

42、土土工工程程勘勘察察规规范范（GB50021-2001）把把岩岩石石按按风风化化程程度度划划分分为为六六个个等等级级，具具体体划划分分情情况况见见表表3-1。二、岩石的风化深度二、岩石的风化深度由由于于岩岩石石的的风风化化作作用用一一般般是是自自地地表表面面逐逐渐渐向向岩岩体体内内部部进进行行的的，因因此此愈愈靠靠近近地地表表，风风化化作作用用就就愈愈强强烈烈，岩岩石石的的风风化化程程度度也也愈愈严严重重；愈愈向向岩岩石石内内部部，岩岩石石风风化化得得愈愈轻轻微微，最最后后过过渡渡到到未未经经风风化化的的新新鲜鲜岩岩石石。在在相相同同的的外外部部自自然然条条件件下下，同同样样种种类类的的岩岩石

43、石风风化化层厚度愈大，其风化程度也就愈严重。层厚度愈大，其风化程度也就愈严重。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用但但是是因因为为岩岩石石随随趋趋向向内内部部深深浅浅的的这这种种风风化化程程度度变变化化是是逐逐渐渐的的、连连续续的的，所所以以风风化化深深度度的的下下限限也也不不十十分分明明显显。对对于于比比较较重重要要的的工工程程建建筑筑，把把地地面面以以下下风风化化极极严严重重、风风化化严严重重、风风化化颇颇重重和和风风化化轻轻微微四四个个带带的的总总和和作作为为岩岩石石的的风风化化深深度度，而而对对

44、于于地地基基及及围围岩岩要要求求不不太太高高的的一一般般工工程程建建筑筑物物则则只只包包括括前前三三个个带带，而而把把风风化化轻轻微微带带不不算算在在风风化化深深度度之之内内。当当地地面面观观测测不不能能确确定定风风化化深深度度和和整整个个风风化化带带情情况况、而而工工程程建建筑筑又又需需要要把把地地表表以以下下的的岩岩层层的的全全部部风风化化情情况况弄弄清清楚楚时时，就就必必须须进进行勘探或物探工作。行勘探或物探工作。根根据据实实践践经经验验，物物理理风风化化为为主主的的地地区区，风风化化深深度度一一般般不不超超过过10m或或15m；而而以以化化学学风风化化为为主主的的地地区区，岩岩石石的的

45、风风化化深深度度则则可可以以达达到数十米，甚至到数十米，甚至100余米。余米。在在工工程程上上，往往往往会会根根据据具具体体工工程程特特点点和和需需要要，并并根根据据岩岩石石的的风风化化情情况况来来对对其其进进行行一一定定的的加加固固或或处处理理，以以提提高高岩岩石石的的完完整整性性和和强强度度。这这类类处处理理方方法法主主要要有有：水水泥泥灌灌浆浆、粘粘土土灌灌浆浆、沥沥青青灌灌浆浆、硅硅化化法法等等。在边坡工程中最常采用的是坡面防护。在边坡工程中最常采用的是坡面防护。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质

46、作用岩石按风化程度的分类岩石按风化程度的分类 表表3-13-1 风化程度风化程度野野 外外 特特 征征风化程度参数指标风化程度参数指标波波 速速 比比风化系数风化系数未未 风风 化化岩质新鲜，偶见风化痕迹岩质新鲜，偶见风化痕迹0.91.00.91.0微微 风风 化化结构基本未变，仅解理面有渲染或略有变色，有少量风化裂隙结构基本未变，仅解理面有渲染或略有变色，有少量风化裂隙0.80.90.80.9中中 等等风风 化化结结构构部部分分破破坏坏，沿沿节节理理面面有有次次生生矿矿物物，风风化化裂裂隙隙发发育育，岩岩体体被被切切割成岩块。用镐难以挖动，岩芯钻方可钻进割成岩块。用镐难以挖动，岩芯钻方可钻进

47、0.6.080.40.8强强 风风 化化结结构构大大部部分分破破坏坏，矿矿物物成成分分显显著著变变化化，风风化化裂裂隙隙很很发发育育，岩岩体体破破碎，用镐可以挖动，干钻不易钻进碎，用镐可以挖动，干钻不易钻进0.40.60.4全全 风风 化化结结构构基基本本破破坏坏，但但尚尚可可辨辨认认，有有残残余余结结构构强强度度，用用镐镐可可挖挖，干干钻钻可钻进可钻进0.20.4残残 积积 土土组组织织结结构构全全部部破破坏坏，已已风风化化成成土土状状，锹锹镐镐易易挖挖掘掘，干干钻钻易易钻钻进进，具可塑性具可塑性0.2第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地

48、质作用第三章、风化与地表流水的地质作用四、四、风化作用的工程危害及防护风化作用的工程危害及防护降低岩石强度降低岩石强度破坏岩石的完整性破坏岩石的完整性为地表水下渗和地下水的流通提供通道为地表水下渗和地下水的流通提供通道诱发不良地质现象诱发不良地质现象加覆盖层加覆盖层灌注胶结灌注胶结防水材料防水材料第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用五、残积层五、残积层岩石风化后产生的碎屑物质除被风和大气降岩石风化后产生的碎屑物质除被风和大气降水带走一部分外，其余都被残留在原地，这种残水带走一部分外，其余都被残留在原地，

49、这种残留在原地的碎屑物称为残积土。留在原地的碎屑物称为残积土。残积土的主要特征：分布、结构性、不均匀性等。残积土的主要特征：分布、结构性、不均匀性等。剥剥落落丘丘第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用温温度度作作用用风化壳风化壳风化作用风化作用风化深度风化深度第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第二节第二节 暂时性流水地质作用暂时性流水地质作用 一、概述一、概述地面流水有三类：地面流水有三类：片流片流（坡流、面流）

50、（坡流、面流）面状无槽面状无槽流水流水 1.1.暂时暂时性流水性流水线状有槽线状有槽流水流水 2.2.常年常年性流水性流水河流河流 洪流洪流 现代地貌现代地貌（高山峡（高山峡谷、广阔平原）主要是谷、广阔平原）主要是由由流水流水地质作用形成的，地质作用形成的，地面流水地面流水是是分布最广泛分布最广泛的地质外营力，是塑造的地质外营力，是塑造大地面貌的大地面貌的雕塑家雕塑家。第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用第三章、风化与地表流水的地质作用一、一、片流片流(坡面细流坡面细流)的地质作用的地质作用 1.1.片流的片流的洗刷洗刷作用作用 片流