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第6章 不良地质现象的工程地质问题 陈有亮 上海理工大学土木工程系 风化作用 (Weathering) 风化作用的定义 风化作用的类型 岩石风化程度的分级和风化带 岩石风化的治理 风化作用的定义 位于地壳表面或接近于地面的岩石经受着风、电、大气降水和温度等大气营力以及生物活动等因素的影响，岩石会发生破碎或成分变化，这种变化的过程称为风化。 引起风化作用的风化因素，称为风化营力。 风化作用导致岩石的强度和稳定性降低，对土木工程施工和工程建（构）筑物的正常运营有着一定的不良影响，甚至巨大的危害。 风化作用的分类 物理风化作用(Mechanical Weathering) 化学风化作用(Chemical Weathering) 生物风化作用(Biological Weathering) 物理风化作用 定义：岩石在风化营力的作用下，只发生机械崩解，不发生化学变化。 主要包括以下类型： 剥离作用：岩石是热的不良导体，在外界条件影响下，表面热胀冷缩变化很大，且往深部迅速减小，一般1米以下不受昼夜温差等因素 变化的影响，由于表层和内部变形不协调，会产生剥离作用。 物理风化作用 冰劈作用：在寒冷和高山地区，渗入岩石空隙中的水在温度低于0oC时会结冰，体积膨胀，从而产生冰劈作用。 结晶胀裂作用：岩石中含有的潮解性盐类，在夜间因吸收大气中的水分而潮解，变成溶液渗入岩石内部，并将沿途所遇到的盐类溶解；白天在烈日照晒下水分蒸发，盐类又结晶出来，结晶时体积增大，产生很大的膨胀压力。如此反复进行，使岩石裂隙增大而产生破坏，称为结晶胀裂作用。 化学风化作用 定义：地表岩石受H2O、O2、CO2以及各种酸类的影响，发生化学变化而使岩石破坏，并产生新矿物的过程，称为化学风化作用。化学风化作用有以下几种方式： 1溶解作用：水是一种溶液，常含有O2、CO2以及其它盐类，有一定的溶解能力。 2水解作用：矿物与水作用后形成含OH–的矿物，称水解作用。如正长石经水解变成高岭土。化学反应方程式见课本142页。 化学风化作用 3水化作用：有些能吸水的矿物，与水结合，形成含结晶水的矿物，并产生体积膨胀，引起岩石破坏。如硬石膏（CaSO4）遇水变成石膏(CaSO4 ·2H2O)。 4氧化作用：自然界中，低价氧化物、硫化物和有机化合物在水的参与下最易发生氧化作用。如低价铁被氧化成高价铁。黄铁矿（FeS2）经氧化可变成褐铁矿（Fe(OH)3 ） 化学风化作用 5 碳酸化作用：水中CO2形成弱碳酸，弱碳酸与岩石矿物发生碳酸化反应。 生物风化作用 生物物理风化作用：根劈作用、穴居作用。 生物化学风化作用：生物遗体及其产生的有机酸、碳酸、硝酸等的腐蚀作用，使岩石分解和风化。 岩石风化程度 未风化：岩石组织结构未变； 微风化：岩石组织结构基本未变，沿节理面有铁锰质渲染，矿物基本未变，无疏松物质； 弱风化：岩石组织结构部分破坏，裂隙面风化较重，矿物质稍微变质，沿节理面出现矿物风化，坚硬块体中夹杂松散物质； 强风化：岩石组织结构大部分破坏，矿物成分已显著变化，疏松物质与坚硬块体混杂； 全风化：岩石组织结构已全部破坏，矿物成分除石英外已风化成土状，基本不含坚硬块体。 风化带 岩石的风化一般是由表及里的，自上而下一般分为四个风化带：全风化带、强风化带、弱风化带、微风化带。 岩石风化带的界限是一项重要的地质资料，对于工程设计有重要价值，如持力层的选择等。 岩石风化的治理 挖除方法：困难、耗费时间 防治方法：（1）覆盖防止风化营力入侵的材料，如沥青、水泥、粘土盖层等；（2）灌注胶结和防水的材料，如水泥、沥青、水玻璃、粘土等浆液，使其起到封闭和胶结岩石裂隙的作用；（3）整平地区，加强排水；（4）通过探槽试验进一步确定保护措施。 河流地质作用 大气降水在汇水区域形成的水流顺地面的最大坡向流动，有片流、洪流和河流三种方式。 在地面汇合成网状薄水层顺自然坡均匀流动的水流，称为片流。当水流在刻出的沟槽中流动，逐渐汇成洪流。当水源补给充足，流水在冲沟中常年流动逐渐形成河流。 河流地质作用 河流是河谷中常年流动的水流。 河谷由谷底、河床、谷坡、坡缘及坡麓等要素构成（课本144页图6-3）。 河流地质作用 河流流水过程产生一定的动能。这些动能主要消耗于三个方面：（1）消耗于水的粘滞性、水的紊流、环流、波浪及涡流等；（2）消耗于侵蚀作用；（3）消耗于搬运作用。 河流的地质作用主要包括河流的侵蚀作用、河流的搬运作用以及河流的沉积作用。 河流的侵蚀作用 侵蚀方式：在可溶盐岩石分布地区，长期流水可对其产生溶蚀作用；水的冲击力可产生刻蚀作用；河水携带固体泥沙对河床产生磨蚀作用。 侵蚀方向：侧蚀和下蚀 河流向河床底部侵蚀，可形成急流和瀑布，并有溯源侵蚀倾向。 牛轭湖的形成过程 弯曲河床引起横向环流，横向环流引起河流