岩石风化程度判断
岩石风化程度判断 1.岩石风化 1.1岩石风化概念
岩石在各种风化营力作用下发生的物理和化学变化的过程称为岩石风化。
岩石风化是岩石在太阳辐射、大气、水和生物作用下出现破碎、疏松及矿物成分
次生变化的现象。
1.2岩石风化的常用分带标志及其原则
常用分带标志主要有颜色、岩体破碎程度、矿物成分的变化、水理性质及
物理力学性质的变化、钻探掘进及开挖中的技术特性。
具体原则包括
1要充分反映各风化带岩石变化的客观规律反映各带岩石因风化程度不
同所具有的不同特性
2分带标志视具体条件选择应既有代表性又明确便于掌握尽量避
免人为因素的影响
3将定性与定量研究、宏观与微观研究结合起来综合各种标志进行分带
4分带数目要考虑工程建筑的实际需要既不要过于繁琐分级过多也
不要过于简略致使同一带内的岩石特性差异过大。 2.岩石风化程度和各种性质变化 岩石风化程度的划分及工程特性研究对于大型水利水电工程、高层建筑、
道路桥梁等工程建基面的选择以及地基基础设计施工方案的确定起着关键性作
用对评价围岩的稳定和边坡工程亦具有重要意义。
影响岩石风化的因素有很多其中最主要的有气候、岩性、地质构造、地形
地貌和一些其他的因素。岩石的风化往往不是单因子作用的结果而是由多种因
素所共同控制的。
目前岩石风化程度划分多采用工程地质定性评价方法从岩石颜色、次生
矿物的发生、节理裂隙发育情况、机械破碎程度、风化深度、以及岩石的物理、
力学和水理性质变化等方面综合分析确定。关于岩石风化程度的定量评价目前
常采用的是对岩体工程地质性质比较敏感的一些物理力学性质指标通过室内或
现场测试岩石物理力学性质单项或综合指标进行风化程度分带。由于岩石类型的
千差万别影响岩石风化因素复杂各种岩石风化速度和风化后形态的变化也各
异。因此很难建立岩石风化程度划分的统一、定量的标准。岩石风化程度划分
应当采用定性描述和定量指标相结合的方法两者互为印证以积累利用定量指标
划分岩石风化程度的经验。
2.1颜色的改变
风化前岩石断面颜色鲜艳有光泽。而经过风化后的岩石。微风化仅沿裂
隙面颜色略有变色弱风化岩体表面及裂隙面大部分变色但断口颜色仍保持
新鲜岩石特点强风化大部分变色惟有岩块的中心部分尚保持原有颜色全
风化原岩颜色已完全改变光泽消失。
2.2岩石物理、力学
和水理性质的变化
物理力学性质微风化物理性质几乎不变力学强度略有减弱弱风化
力学性质较原岩低单轴抗压强度为原岩的1/3—1/2强风化变形量小承载
强度低物理力学性质显著降低岩块单轴抗压强度小于原岩的1/3全风化
浸水能崩解压缩性能增大手可捏碎。
水理性质从全风化—强风化—弱风化—微风化—未风化的原岩空隙性由
大到小吸水性由强到弱。
2.3次生矿物的发生
微风化仅沿裂隙面有矿物轻微变异弱风化沿裂隙面矿物变异明显有
次生矿物出现强风化除石英外大部分矿物均已变异仅岩块中心变异较轻
次生矿物广泛出现全风化除石英外其于矿物多已变异形成次生矿物。
2.4节理裂隙发育情况
微风化组织结构未变除构造节理外一般风化裂隙不易察觉弱风化
组织结构大部分完好但风化裂隙发育裂隙面风化剧烈强风化外观具有原
岩组织结构但裂隙发育岩体呈块石状岩块上裂纹密布疏松易碎全风化
组织结构已完全破坏呈松散状或仅外观保持原岩状态用手可折断捏碎。
2.5机械破碎程度
微风化岩体完整性较好风化裂隙少见弱风化岩体一般完好原岩结
构构造清晰风化裂隙尚发育时夹少量岩屑强风化岩体强烈破碎呈岩块
岩屑时夹粘性土全风化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。
2.6风化深度
由于岩石风化作用一般是自地表面逐渐向岩体内部进行的因此愈靠近地
表风化作用就愈强烈岩石风化程度也愈严重愈向岩石内部岩石风化得愈
轻微最后过渡到未经风化的新鲜岩石在相同的外部自然条件下同样种类的
岩石风化层厚度愈大其风化程度也就愈严重。
2.7岩性影响分析
大多数沉积岩是由前一旋回的风化产物组成的在其成岩过程中可能只受到
较轻微的变质和改造它的形成环境比岩浆岩、变质岩更接近地表。一般说沉积
岩的抗风化能力比岩浆岩及变质岩高最终的化学变化较小。但是沉积岩的风化
问题比较复杂其主要矿物是前一旋回的风化次生矿物如粘土矿物、绿泥石、
石英及钙-镁碳酸盐。这些矿物颗粒大都极细比表面积大因表面效应较强
易遭水化、水解及淋滤作用以恢复它们对新环境的平衡关系。实践证明:沉积
岩中的粘土岩页岩、粉砂质粘土岩、粘土质粉砂岩等风化厚度虽不大但风化
速度却很快。
组成地壳的岩石是极为复杂的为工程建筑进行的风化
作用的研究应以岩
浆岩、变质岩(深的)、粘土质类岩石为主。在研究岩石风化速度时尤应以粘土
质类岩石(粘土岩、页岩、粉砂质粘土岩及各种泥质胶结的砂岩)为主。
组成岩石的化学成分对抗风化能力也有很太影响岩石中含K、Na、Li、Cl
等元素较多者因其化学活动性较强经化学风化后易脱离母岩随水流失。岩石
中Fe、Al、Si、Ti等元素的化学稳定性较好经化学风化后易残留原地。即使
同一元素其所组成的化合物不同时岩石的抗风化能力也不同如方解石中的
含Ca化合物易风化解体而斜长石中的含Ca化合物却比较稳定。
岩石的抗风化能力不仅决定于其矿物成分和化学成分的活泼性同时也决定
于岩石的结构。单矿岩(如石英岩)的颜色、导热性较均一在外界因素作用下胀
缩性基本一致不易形成过大的应力而引起岩石的破坏故其抗风化能力较强
而复矿岩的成分复杂矿物的导热性、胀缩性各不相同易形成过大的应力而引
起岩石的破坏故其抗风化能力较弱。
当矿物成分相同时等粒结构岩石比不等粒结构岩石的抗风化能力强原因
是等粒结构岩石的胀缩性比不等粒结构岩石的胀缩性均一所致。
细粒结晶结构岩石受温度变化的影响较小颗粒比表面积大连结力较强
晶粒间的空隙较小水、气等风化营力难以通过其抗风化能力比成分相近的粗
粒结构岩石强。
成分相近的碎屑沉积岩的抗风化能力与胶结物性质有关泥、钙质胶结者比
硅质胶结的岩石抗风化能力弱。
自然界岩石的矿物成分、化学成分和结构构造十分复杂其抗风化能力各不
相同。当抗风化能力不同的岩石呈相间分布时就会形成风化深度不等的差异风
化 3.对岩石风化的预防及处理 3.1预防措施
大部分岩石经风化后改变了原岩的物理力学性质形成巨厚的风化壳。这
是在地质历史时期发生的结果其速度一般较慢在工程使用期限内不致显著降
低岩体的稳定性。但是有的岩石如粘土岩及含粘土质的岩石风化速度较快它
们一旦出露经数日甚至数分钟就开始出现风化裂隙经数年甚至数月原岩性质
就会发生显著变异。对于施工前能满足建筑物要求但在工程使用期限内因风化
而不能满足建筑物要求的岩石甚至在施工开挖过程中易于风化的岩石必须采
取预防岩石风化的措施。
预防岩石风化的基本指导思想是:通过人工处理后使风化营力与被保护岩
石隔离以使岩石免遭继续风化降低风化营力的强度以减慢岩石的风化速度。
例如为防止因温度变化而
引起的物理风化可在被保护岩石表面用粘性土或砂土
铺盖其厚度应超过该地区年温度影响深度510cm。一般说用亚粘土作铺盖材
料时效果较好它既可防止气温变化的影响又因其渗透性微弱可防止气液的侵
入。若是防止水和空气侵入岩体可用水泥、沥青、粘土等材料涂抹被保护岩石
的表面或用灌浆充填岩石空隙。
在国外曾采用各种化学材料浸透岩石使之充填岩石空隙或在空隙壁形成
保护薄膜以防止风化营力与岩石直接接触。有的采用化学材料中和风化营力
使其风化能力降低。这些方法由于费用昂贵技术又较复杂目前我国尚未普及
推广。
当以风化速度较快的岩石作地基时基坑开挖至设计高程后须立即浇注基
础回填闭。有时基坑开挖未达设计高程前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段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的目的。
3.2处理措施
当风化壳厚度较小(如数米之内)施工条件简单时可将风化岩石全部挖除
使重型建筑物基础砌置在稳妥可靠的新鲜基岩上。
当风化壳厚度较大如10余米、几十米以上时处理措施应视具体条件而
定。对于荷载不大对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足要求时根本不用挖除必须选择合理的基础砌置深度。
对于重型建筑物特别是重型水工建筑物对地基岩体稳定要求较高其挖除深
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
物理力学性质变得足以威胁到建筑物稳定的风化岩石。如我国三峡水利枢纽大
坝选在强度较高的前震旦系结晶岩上根据巨型大坝的要求经多年反复研究
在弱风化带内部以声波纵速为4000ms为界分为上下两带弱风化带上带及其
以上的剧、强风化带需要挖除将大坝基础砌置于弱风化带下带的顶部。
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以加强地基岩体
的完整性和坚固性。若为水工建筑物地基防渗重求则可用水泥、沥青。粘土等
材料进行防渗帷幕灌浆处理。
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或用混凝土盖板跨越或进行加固处理。
开凿于剧强风化带中的边坡和地下洞室应进行支挡、加固、防排水
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性。