工程地质风化作用部分

以太阳的辐射能和日月的引力能为主要能源，在地表或地表附近进行的地质作用称为外力地质作用。表现为风化作用、地表水流、湖泊、海洋、风及冰川地质作用等形式。由这些地质作用在第四纪形成的各种堆积物叫做第四纪沉积物。指200万年以来的第四纪中沉积而成的沉积层，其沉积历史不长，所以仍是未硬结的松散沉积物，即通常所说的“土”。现在人类的大部分建筑物都是建在第四纪松散沉积物上。,第4章外力地质作用及其第四纪沉积物,在不同外动力地质作用条件或环境中形成的产物，其性质（组成、密度、结构、构造、强度、变形特性、水理性质）差异很大。,第四纪松散沉积物包括：残积物、坡积物、冲、洪积物、湖泊沉积物、海洋沉积物、沙漠沉积物、冰川沉积物。,第四纪沉积层主要成因类型及特征,港口工程中常见的几种成因类型的土及其特征（1）,港口工程中常见的几种成因类型的土及其特征（2）,常见第四纪松散堆积物成因类型及符号,4.1.1风化作用的类型4.1.2风化作用的影响因素4.1.3岩石（体）风化程度的划分4.1.5残积层（物）,4.1风化作用与残积物,ch6-8,人们通常用“海枯石烂不变心”来表示对爱情的忠贞，实际上海会枯，石也会烂。引起石烂的原因就是风化作用风化后的物质在重力和水等因素作用下，容易顺坡向下运动，形成坡地重力地貌,Photographfrom:,风化作用,4.1.1风化作用的类型,分布在地表或地表附近的岩石，经受太阳辐射、大气、水溶液及生物等因素的侵袭，逐渐破碎、松散或矿物成分发生化学变化，甚至生成新的矿物的现象，称为岩石的风化作用。岩石风化后物理力学性质发生显著变化，力学强度明显降低。各种工程建筑所遇到的岩石，绝大多数是经受过不同风化程度的岩石。根据风化作用的性质及其影响因素，可分为物理风化、化学风化和生物风化作用等三种类型。,风化作用的基本类型及特征表,风化作用方式,物理风化（胀缩交替）温差、冰劈、盐类结晶与潮解等化学风化（化学反应）溶解、氧化、水化、水解和碳酸化生物风化（生命活动）生物物理和生物化学过程,1.物理风化作用物理风化是指岩石受风化因素侵袭后，只产生单纯的机械性破坏，而不发生化学成分变化的风化作用。引起物理风化的主要因素是温度变化和水的冻胀等。另外，水溶液中盐类物质的集聚结晶也可产生类似的情况。物理风化作用的结果，最初是使岩石产生大小不等、方向无序的裂隙，裂隙继续发展、增多，最后可形成大小不等的岩屑堆积。,物理风化作用的产物,热力风化,物理风化,物理风化,花岗岩层状剥落,物理风化的一种形式卸荷层列,层状裂隙,花岗岩机械风化及冰楔,球状风化的形成,球状风化,球状风化的形成阶段,化学风化是指在氧、水溶液等风化因素侵袭下，岩石中的矿物成分发生化学变化，改变或破坏岩石的性状并可形成次生矿物的作用过程。化学风化的作用方式有：氧化、溶解、水化、水解及碳酸化等多种。（1）氧化作用指矿物与空气或水中的游离氧发生化学反应，使低价元素转变为高价元素，使原矿物破坏并形成一些新的矿物。在岩石中最易氧化的是含有低价铁的硅酸盐类矿物和硫化物，如橄榄石、辉石、角闪石、黑云母及黄铁矿等。,2.化学风化,4FeS2(黄铁矿)+19O2+mH2O2Fe2O3.nH2O+8H2SO4,（2）溶解作用指水溶液溶解岩石的某些易溶成分，使其松软、破碎、崩解的过程。例如方解石在水中由于CO2的影响而加速溶解，并在石灰岩等岩石中形成洞穴。,CaCO3(方解石)+H2O+CO2Ca(HCO3)2,（3）水化作用是指矿物吸收一定数量的水分子而变成新的含水矿物。如硬石膏（CaSO4）吸水变为石膏（CaSO42H2O），同时体积膨胀30%。,Fe2O3(赤铁矿）+nH2OFe2O3nH2O（褐铁矿）,（4）水解和碳酸化作用水解作用是指水离解出的OH-离子与矿物离解出的阳离子，如Na+、K+等，结合形成带OH-新矿物的过程。碳酸化作用是指当CO2溶解于水中时，形成CO32-和HCO3-离子，它们与矿物中的阳离子（K+、Na+、Ca2+等）结合形成易溶于水的碳酸盐或碳酸氢盐的过程。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时发生的。,水解作用:水中H和OH离子置换矿物在水中离解出的离子的作用。如4KAlSi3O8(钾长石)+6H2OAl4Si4O10(OH)8(高岭石)+8SiO2(蛋白石胶体)+4K(OH)(溶液),硅酸盐类的造岩矿物风化过程：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。白云母水云母贝得石蒙脱石多水高岭石高岭石。石英(部分)硅酸石髓次生石英。在适宜的气候条件下，高岭石进一步分解成铝土矿和石髓等，而辉石、角闪石、黑云母还分解成褐铁矿和针铁矿等。,化学风化,化学风化现象,3.生物风化作用由生物的生命活动引起岩石的破坏过程称生物风化作用。又可分为生物物理风化作用和生物化学风化作用，但生物化学风化作用更为普遍些。由生物活动导致岩石的机械破碎过程称生物物理风化作用，常见的一种形式就是根劈作用。这种作用在植被茂盛、岩石裂隙发育的地区是非常常见的。由于生物活动引起岩石化学成分变化而使岩石破坏的过程称生物化学风化作用。这种作用通常是通过生物在新陈代谢过程中分泌出的物质和死亡之后腐烂分解出来的物质对岩石起化学反应完成的。,根劈,生物化学风化青苔风化,黄山松,生物风化,黄山,生物风化1,生物风化,华山,生物风化2,生物风化,柬埔寨,4.1.2风化作用的影响因素,ch6-40,差异风化,花岗岩奇峰怪石,断层和节理-粗雕,“精雕细刻”,影响风化的主要因素,硅酸盐矿物稳定性及球状风化,常见矿物的风化稳定性,抗化学风化的能力，主要取决于岩石中造岩矿物在地表风条化件下的化学稳定性,不同矿物的抗风化能力,硅酸盐类的造岩矿物风化过程：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。白云母水云母贝得石蒙脱石多水高岭石高岭石。石英(部分)硅酸石髓次生石英。在适宜的气候条件下，高岭石进一步分解成铝土矿和石髓等，而辉石、角闪石、黑云母还分解成褐铁矿和针铁矿等。,不同岩石抗风化能力比较,差异风化,囊状风化,4.1.3岩石（体）风化程度的划分及其工程地质性质,风化壳,地球表层岩石风化后，由残留在原地基岩上的风化产物组成的壳层，称为风化壳。,内蒙古碎屑风化壳,长江三峡的花岗岩风化壳,风化壳剖面示意图,风化岩石与基岩,岩土工程勘察规范GB50021-2001划分出4种风化程度的岩石：全风化、强风化、中等风化和微风化。,不同风化程度分类标准,4.1.5残积层（物）,残积层定义：地表岩石经过长期风化作用以后，改变了矿物成分、结构和构造，形成和原来岩石性质不同的风化产物，其中除一部分易溶物质被水溶解流失外，大部分物质残留在原地，这种物质称为残积物，这种风化层称为残积层。特点：岩石成分、矿物成分、化学成分和下伏基岩有密切的联系；是基岩风化破碎后留在原地的风化物质，未经搬运磨圆，未经分选，不具层理；残积物经长期风化，所形成粘土矿物，常粘附在石英砂的表面；残积物的结构等特征向下伏基岩逐渐过渡；由上而下风化程度逐渐减弱，颗粒由细变粗。,母岩性质及边坡对土的形成的影响,残积土及风积土,残积层的工程性质,工程地质性质疏松多孔，裂隙发育，厚度不均，作为建筑物地基时可能产生不均匀沉降，过量沉降甚至承载力不够而破坏。由于