風(fēng)化作用的工程影響和防治措施

風(fēng)化作用的工程影響和防治措施風(fēng)化作用的工程影響和防治措施風(fēng)化作用的工程影響和防治措施xxx公司風(fēng)化作用的工程影響和防治措施文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設(shè)計，管理制度論述風(fēng)化作用的工程影響及其處理措施摘要風(fēng)化作用極其類型，影響風(fēng)化作用的因素，風(fēng)化作用的工程意義，巖石風(fēng)化的勘測，風(fēng)化作用的防治。關(guān)鍵字風(fēng)化作用類型影響因素勘測防治一、風(fēng)化作用風(fēng)化作用可以分為兩種。機械性或物理性的風(fēng)化作用包括因為大氣情況如熱力、水、冰及壓力吊致巖石及土壤的分解?；瘜W(xué)性的風(fēng)化作用包括與大氣化學(xué)物的直接反應(yīng)，或與生物產(chǎn)生的化學(xué)物反應(yīng)（生物性的風(fēng)化作用），最終令巖石、土壤及礦物分解。巖石分解后的物質(zhì)與有機物質(zhì)結(jié)合制成土壤。土壤的礦物成分取決于母質(zhì)，所以由一種巖石形成的土壤常常會缺乏一種或多種肥沃土壤所需的礦物質(zhì)，而由多種巖石混合形成的土壤（如冰川、風(fēng)成或沖積沉積物，常常會形成肥沃土壤。風(fēng)化作用的類型物理風(fēng)化物理或機械風(fēng)化造成巖石分解。機械風(fēng)化的主要過程為海蝕，海蝕把碎屑物及其他微粒的大小減少。但機械風(fēng)化與化學(xué)風(fēng)化環(huán)環(huán)相扣，如機械風(fēng)化造成的裂縫會增加進行化學(xué)風(fēng)化的表面面積。而化學(xué)風(fēng)化在裂縫造成的礦物亦會幫助巖石分解。A.熱膨脹熱膨脹或稱為洋蔥狀風(fēng)化剝離作用、日曬風(fēng)化或熱沖擊，通常在類似沙漠等有很大的每日溫差的地方。溫度在日間升高，在晚間則急劇下降；巖石在日間受熱膨脹，在晚間冷卻收縮。應(yīng)力通常都會施加在外層。此應(yīng)力令巖石外層以薄片狀態(tài)剝落。雖然此現(xiàn)象由溫差做成，但水汽的存在令熱膨脹的效果加強。B.凍融風(fēng)化這種風(fēng)化作用在溫度接近冰點的山區(qū)十分常見。霜會引起風(fēng)化，雖然其原因常被指為水在裂縫中結(jié)冰后膨脹而成，其實大多數(shù)都和此現(xiàn)象沒有關(guān)系。很久之前人類已經(jīng)知道濕潤的泥土在凍結(jié)時，在未凍結(jié)的地方的水會經(jīng)由薄層在增長中的底冰中收集，因而引起膨脹或凍脹。同樣的現(xiàn)象亦發(fā)生在巖石的細孔中。她們會因為吸收鄰近的液態(tài)水而不斷增大。冰晶的增長引致巖石弱化，最后分裂。在礦物表面、冰及水之間的分子間作用力維持一層不結(jié)冰的薄層，用作運送水份及在底冰累積時造成礦物表面間壓力?；瘜W(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化包含巖石成分的改變，常常引致其形態(tài)的崩潰。這種風(fēng)化會在一段期間反復(fù)發(fā)生A.溶解作用：礦物在水中溶解的過程.B.水化作用：礦物與水相結(jié)合.C.水解作用：礦物與水相遇，引起礦物分解并形成新礦物.D.氧化作用：二價鐵氧化成三價鐵。使許多礦物和巖石表面染成紅褐色.E.碳酸化作用：溶于水中的CO?形成HCO3﹣和CO32﹣，它們能奪取鹽類礦物中的K,Na,Ca等金屬離子，結(jié)合成易溶的碳酸鹽而隨水遷移，使原有礦物分解。生物風(fēng)化有部分動植物能夠釋放出酸性化學(xué)物而引起化學(xué)風(fēng)化。最常見的生物風(fēng)化引起的化學(xué)風(fēng)化形式為釋放螯合物化學(xué)物，亦為酸的一種。此化學(xué)物由植物釋放，用作分解其底下土壤的鋁、鐵成分。土壤中植物的殘骸可以形成有機酸，溶于水后造成化學(xué)風(fēng)化。螯合物的過度釋放會影響附近巖石與土壤，及可能引致灰化土的形成。二、影響風(fēng)化作用的因素1.氣候因素：影象風(fēng)化作用的氣候因素主要指降水量與溫度。降水量豐富且水循環(huán)快的地區(qū)有利于化學(xué)風(fēng)化的進行；而溫度則影象化學(xué)反應(yīng)的速度，水中游離氧的含量和水的離解度隨溫度增高而加大，水中CO2含量雖隨溫度增高而減少，但溫度增高十度，反應(yīng)速度卻加快一倍，因此，氧化作用和水溶液的作用都隨溫度增高而加快，有利于化學(xué)風(fēng)化作用的進行。而且，氣候控制著數(shù)量和類型，它們對風(fēng)化作用產(chǎn)生各不相同的影象。

地球氣候的分帶性決定了風(fēng)化作用速度及其產(chǎn)物類型的分帶性。

2.地形因素：在相對高程很大的中低緯度山區(qū)，可以看到不同高程上有不同的氣候帶因而有不同類型的風(fēng)化作用。

地形陡緩的不同，風(fēng)化作用也不同。陡坡地下水位低，植被稀少，物理風(fēng)化相對強烈，產(chǎn)物不易保留，未風(fēng)化巖石不斷暴露接收風(fēng)化；緩坡平地化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化相對強烈，礦物分解徹底，風(fēng)化產(chǎn)物殘留原地，母巖被覆蓋，不利于物理風(fēng)化，最后形成大量粘土和殘余礦床。

坡向也有影象，中低緯度陽坡晝夜溫差大，冰凍風(fēng)化比陰坡強烈，以至陽坡比陰坡更凹凸不平。

3.地質(zhì)因素：主要有巖石的礦物成分、巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造和構(gòu)造運動的影響。三、風(fēng)化作用的工程意義巖石受風(fēng)化作用，改變了物理化學(xué)性質(zhì)，其變化的情況隨著風(fēng)化程度的輕重而不同。如巖石的裂縫度、孔隙度、透水性、親水性、脹縮性和可塑性等都隨風(fēng)化程度加深而增加，巖石的抗壓和抗剪強度等都隨風(fēng)化程度加深而降低，風(fēng)化殼成分的不均勻性、產(chǎn)狀和厚度的不規(guī)則性都隨風(fēng)化程度加深而增大。所以，巖石風(fēng)化程度愈深的地區(qū)，工程建筑物的地基承載力愈低，巖石的邊坡愈不穩(wěn)定。風(fēng)化程度對工程設(shè)計和施工都有直接影響，如礦山建設(shè)、場址選擇、水庫壩基、大橋橋基和鐵路路基等地基開挖深度、澆灌基礎(chǔ)應(yīng)到達的深度和厚度、邊坡開挖的坡度以及防護或加固的方法等，都將隨巖石風(fēng)化程度的不同而異。因此，工程建設(shè)前必須對巖石的風(fēng)化程度、速度、深度和分布情況進行調(diào)查和研究。四、巖石風(fēng)化的勘測在工程上，巖石風(fēng)化的情況可通過兩個方面來表述，一個是巖石的風(fēng)化程度，另一個是巖石層的風(fēng)化深度或稱風(fēng)化巖層的厚度。1、巖石的風(fēng)化程度巖石風(fēng)化以后，其物理力學(xué)性質(zhì)將發(fā)生不同程度改變或變化，這種變化的大小取決于風(fēng)化程度的強弱。風(fēng)化程度不同，巖石的物理力學(xué)性質(zhì)改變大小也不同。路塹邊坡的坡度、橋基的埋深、隧道襯砌的厚度及施工方法的選擇、山區(qū)公路邊坡的表面防護等，都與巖石風(fēng)化程度密切相關(guān)。因此，巖土工程要求，對巖石風(fēng)化的情況不能僅限于對風(fēng)化現(xiàn)象的一般描述，必須結(jié)合以下各項情況對其風(fēng)化程度進行分級評價。(1)巖石顏色的變化巖石中礦物成分的變化首先反映到顏色上。未經(jīng)風(fēng)化的巖石色澤鮮艷，風(fēng)化愈重，顏色愈暗淡。野外觀察時要注意表面和內(nèi)部顏色的比較；要注意區(qū)分干燥時和潮濕時巖石色調(diào)的不同，以間接確定其風(fēng)化程度。(2)巖石礦物成分的變化巖石礦物成分的變化直接關(guān)系著巖石的風(fēng)化程度。要特別注意巖石中那些易于風(fēng)化的各種礦物成分的變化，例如花崗巖中的黑云母、長石，風(fēng)化程度愈重，這些不穩(wěn)定的礦物就愈充分的變?yōu)榇紊V物。某些沉積巖風(fēng)化后的成分改變不顯著，但風(fēng)化較重的巖石常有次生石膏和含水氧化鐵出現(xiàn)。(3)巖石的破碎程度巖石的破碎程度是巖石風(fēng)化程度分級中最重要標志之一。巖石風(fēng)化破碎是由于巖石中產(chǎn)生大量風(fēng)化裂隙所致，因此要著重觀察風(fēng)化裂隙的長度、寬度、密度、形狀及裂隙中的次生充填物情況。以直接判定巖石的風(fēng)化程度強弱。(4)巖石物理力學(xué)性質(zhì)的改變巖石風(fēng)化程度愈重，其堅硬程度便愈低，整體性愈差，力學(xué)性質(zhì)也就愈差。野外觀察時，可以用手錘敲擊，小刀刻劃，或用手折斷等簡易辦法進行試驗，根據(jù)需要，必要時也可做野外原地壓縮或剪切試驗。2、巖石的風(fēng)化深度由于巖石的風(fēng)化作用一般是自地表面逐漸向巖體內(nèi)部進行的，因此愈靠近地表，風(fēng)化作用就愈強烈，巖石的風(fēng)化程度也愈嚴重；愈向巖石內(nèi)部，巖石風(fēng)化得愈輕微，最后過渡到未經(jīng)風(fēng)化的新鮮巖石。在相同的外部自然條件下，同樣種類的巖石風(fēng)化層厚度愈大，其風(fēng)化程度也就愈嚴重。但是因為巖石隨趨向內(nèi)部深淺的這種風(fēng)化程度變化是逐漸的、連續(xù)的，所以風(fēng)化深度的下限也不十分明顯。對于比較重要的工程建筑，把地面以下風(fēng)化極嚴重、風(fēng)化嚴重、風(fēng)化頗重和風(fēng)化輕微四個帶的總和作為巖石的風(fēng)化深度，而對于地基及圍巖要求不太高的一般工程建筑物則只包括前三個帶，而把風(fēng)化輕微帶不算在風(fēng)化深度之內(nèi)。當?shù)孛嬗^測不能確定風(fēng)化深度和整個風(fēng)化帶情況、而工程建筑又需要把地表以下的巖層的全部風(fēng)化情況弄清楚時，就必須進行勘探或物探工作。根據(jù)實踐經(jīng)驗，物理風(fēng)化為主的地區(qū)，風(fēng)化深度一般不超過10m或15m；而以化學(xué)風(fēng)化為主的地區(qū)，巖石的風(fēng)化深度則可以達到數(shù)十米，甚至100余米。在工程上，往往會根據(jù)具體工程特點和需要，并根據(jù)巖石的風(fēng)化情況來對其進行一定的加固或處理，以提高巖石的完整性和強度。這類處理方法主要有：水泥灌漿、粘土灌漿、瀝青灌漿、硅化法等。在邊坡工程中最常采用的是坡面防護。五、風(fēng)化作用的防治為制定防治巖石風(fēng)化的正確措施，首先必須查明建筑場地影響巖石風(fēng)化的主要地質(zhì)營力、風(fēng)化作用的類型、巖石風(fēng)化速度、風(fēng)化先殼垂直分帶及其空間分布、各風(fēng)化帶巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，同時必須了解建筑物的類型、規(guī)模及其對地質(zhì)體的要求。防治巖石風(fēng)化的措施一般包括兩個方面:一是對已風(fēng)化產(chǎn)物的含理利用與處理；二是防止巖石進一步風(fēng)化?，F(xiàn)簡要介紹如下：1、對風(fēng)化巖石的處理措施當風(fēng)化殼厚度較小(如數(shù)米之內(nèi))，施工條件簡單時，可將風(fēng)化巖石全部挖除，使重型建筑物基礎(chǔ)砌置在穩(wěn)妥可靠的新鮮基巖上。當風(fēng)化殼厚度較大，如10余米、幾十米以上時，處理措施應(yīng)視具體條件而定。對于荷載不大，對地基要求不高的建筑物，如一般工業(yè)民用建筑物，強風(fēng)化帶甚至劇風(fēng)化帶亦能滿足要求時，根本不用挖除，必須選擇合理的基礎(chǔ)砌置深度。對于重型建筑物，特別是重型水工建筑物，對地基巖體穩(wěn)定要求較高，其挖除深度應(yīng)視建筑物類型、規(guī)模及風(fēng)化巖石的物理力學(xué)性質(zhì)而定，需要挖除的只是那些物理力學(xué)性質(zhì)變得足以威脅到建筑物穩(wěn)定的風(fēng)化巖石。如我國三峽水利樞紐，大壩選在強度較高的前震旦系結(jié)晶巖上，根據(jù)巨型大壩的要求，經(jīng)多年反復(fù)研究，在弱風(fēng)化帶內(nèi)部以聲波縱速為4000m／s為界分為上下兩帶，弱風(fēng)化帶上帶及其以上的劇、強風(fēng)化帶需要挖除，將大壩基礎(chǔ)砌置于弱風(fēng)化帶下帶的頂部。當風(fēng)化殼厚度雖較大，但經(jīng)處理后在經(jīng)濟上和效果上反比挖除合理時，則不必挖除。如地基強度不能滿足要求，可用錨桿或水泥灌漿加固，以加強地基巖體的完整性和堅固性。若為水工建筑物地基防滲重求，則可用水泥、瀝青。粘土等材料進行防滲帷幕灌漿處理。當?shù)鼗嬖谀覡铒L(fēng)化，且其深度不大時，在可能條件下可將其挖除。當囊狀風(fēng)化深度較大時，應(yīng)視具體條件或用混凝土蓋板跨越，或進行加固處理。開鑿于劇強風(fēng)化帶中的邊坡和地下洞室，應(yīng)進行支擋、加固、防排水等措施，以保證施工及應(yīng)用期間邊坡巖體及洞室圍巖的穩(wěn)定性。2預(yù)防巖石風(fēng)化的措施大部分巖石經(jīng)風(fēng)化后，改變了原巖的物理力學(xué)性質(zhì)，形成巨厚的風(fēng)化殼。這是在地質(zhì)歷史時期發(fā)生的結(jié)果，其速度一般較慢，在工程使用期限內(nèi)不致顯著降低巖體的穩(wěn)定性。但是有的巖石，如粘土巖及含粘土質(zhì)的巖石風(fēng)化速度較快，它們一旦出露，經(jīng)數(shù)日甚至數(shù)分鐘就開始出現(xiàn)風(fēng)化裂隙，經(jīng)數(shù)年甚至數(shù)月原巖性質(zhì)就會發(fā)生顯著變異。對于施工前能滿足建筑物要求，但在工程使用期限內(nèi)因風(fēng)化而不能滿足建筑物要求的巖石，甚至在施工開挖過程中易于風(fēng)化的巖石，必須采取預(yù)防巖石風(fēng)化的措施。預(yù)防巖石風(fēng)化的基本指導(dǎo)思想是:通過人工處理后，使風(fēng)化營力與被保護巖石隔離，以使巖石免遭繼續(xù)風(fēng)化；降低風(fēng)化營力的強度，以減慢巖石的風(fēng)化速度。例如為防止因溫度變化而引起的物理風(fēng)化，可在被保護巖石表面用粘性土或砂土鋪蓋，其厚度應(yīng)超過該地區(qū)年溫度影響深度5－10cm。一般說用亞粘土作鋪蓋材料時效果較好，它既可防止氣溫變化的影響，又因其滲透性微弱可防止氣液的侵入。若是防止水和空氣侵入巖體，可用水泥、瀝青、粘土等材料涂抹被保護巖石的表面，或用灌漿充填巖石空隙。在國外曾采用各種化學(xué)材料浸透巖石，使之充填巖石空隙，或在空隙壁形成保護薄膜，