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成因类型堆积方式及条件堆积物特征残积物岩石经风化作用而残留在原地的碎屑堆积物碎屑物从地表向深处由细变粗，其成分与母岩相关，一般不具层理，碎块呈棱角状，土质不均，具有较大孔隙，厚度在山丘顶部较薄，低洼处较厚坡积物风化碎屑物由雨水或融雪水沿斜坡搬运及由重力作用堆积在斜坡上或坡脚处而成碎屑物从上往下逐渐变细，分选性差，层理不明显，厚度变化较大，厚度在斜坡角陡处较薄，坡脚地段较厚洪积物由暂时性洪流将山区或高地的大量风化碎屑物携带至沟口或平缓地带堆积而成颗粒具有一定的分选性，但往往大小混杂，碎块多呈亚棱角状，洪积扇顶部颗粒较粗，层理紊乱，呈交错状，透镜体及夹层较多，边缘处颗粒细，层理清楚冲积物由长期的地表水流搬运，在河流阶地、冲积平原、三角洲地带堆积而成颗粒在河流上游较粗，向下游逐渐变细，分选性及磨圆度均较好，层理清楚，除牛轭湖及某些河床相沉积外厚度较稳定淤积物在静水或缓慢的流水环境中沉积，并伴有生物化学作用而成颗粒以粉粒、黏粒为主，且含有一定数量的有机质或盐类，一般土质松软，有时为淤泥质黏性土、粉土与粉砂互层，具清晰的薄层理冰水沉积和冰碛物由冰川或冰川融化的冰水进行搬运堆积而成颗粒以巨大块石、碎石、砂、粉土、黏性土混合组成，一般分选性极差，无层理，但为冰水沉积时，常具斜层理，颗粒呈棱角状，巨大块石上常有冰川擦痕风积物在干旱气候条件下，碎屑物被风吹扬，降落堆积而成颗粒主要由粉粒或砂粒组成，土质均匀，质纯，孔隙大，结构松散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（CaSO4·2H2O），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4K[AlSi3O8](钾长石)+6H2OAl4[Si4O10](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相对稳定性

造岩矿物

很稳定的

石英

粘土矿物

较稳定的

白云母、正长石、酸性斜长石

不太稳定的

角闪石、辉石、方解石、白云石

不稳定的

黑云母、橄榄石、基性斜长石

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。内蒙古碎屑风化壳现代风化壳剖面土壤层残积层半风化层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。风化程度特征描述残积土组织结构全部破坏，已风化成土状，锹镐易挖掘，干钻易钻进，具可塑性。全风化结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强度，可用镐挖，干钻可钻进。强风化结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙很发育，岩体破碎，用镐可挖，干钻不易钻进。中等风化结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风化裂隙发育，岩体被切割成岩块。用镐难挖，岩芯钻方可钻进。微风化结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变色，有少量风化裂隙。未风化岩质新鲜，偶见风化痕迹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：①岩石成分、矿物成分、化学成分和下伏基岩有密切的联系；②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；③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；④残积物的结构等特征向下伏基岩逐渐过渡；⑤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