理论教育 地表岩石的风化作用及其机理分析

地表岩石的风化作用及其机理分析

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:风化作用在地表最为明显,往深处则逐渐消失。物理风化作用物理风化作用是指岩石破碎成各种大小的碎屑而成分不发生变化的机械破坏作用。昼夜及季节的温度变化是物理风化作用的主要因素。1)水化作用水化作用是水和某种矿物结合,这种作用可使岩石因体积膨胀而招致破坏。3)碳酸盐化作用碳酸盐化作用指岩石在二氧化碳和水的作用下形成碳酸盐化合物。在自然界中,各种岩石风化作用不是单独进行的,而是互相联系并同时存在。

地表岩石的风化作用及其机理分析

地表或接近地表的岩石在大气、水和生物活动等因素影响下,发生物理的和化学的变化,致使岩体崩解、剥落、破碎,变成松散的碎屑性物质,这种作用称为风化作用(weathering)。风化作用在地表最为明显,往深处则逐渐消失。风化后的岩石改变了原有的物理力学性能,使强度大大降低,变形增加,直接影响作为建筑物地基的工程特性。风化作用使岩石产生裂隙,破坏岩石的整体性,影响地基边坡的稳定性,这种作用还破坏地势高低的基本形态。

根据风化作用的性质及其影响因素,岩石的风化可分为物理风化(physical weathering)、化学风化(chemical weathering)和生物风化(biological weathering)作用等3种类型。

(1)物理风化作用

物理风化作用是指岩石破碎成各种大小的碎屑而成分不发生变化的机械破坏作用。

昼夜及季节的温度变化是物理风化作用的主要因素。一方面,岩石是不良导体,白天温度升高,岩石表面受热膨胀,但内部尚处于较冷状态;夜间温度下降,表面冷却收缩,而内部余热未散,仍处于膨胀状态。由于内外胀缩不一致,岩石的外层与内层之间便产生裂隙,逐渐相互脱离,最后变成岩屑。另一方面,岩石大多数是由多种矿物组成的,各种矿物的膨胀系数不同,当温度变化时,矿物之间因膨胀不一而失去联结,岩体便崩解成松散的矿物或岩屑。水在岩石裂隙中楔入、冻胀,也促使岩石崩解。

(2)化学风化作用

化学风化作用是指岩石在水和各种水溶液的作用下所引起的破坏作用。这种作用不仅使岩石在块体大小上发生变化,更重要的是使岩石成分发生变化。化学风化作用有水化作用(hydration)、氧化作用(oxidition)、碳酸盐化作用(carbonatination)及溶解作用(dissolution)等。

1)水化作用

水化作用是水和某种矿物结合,这种作用可使岩石因体积膨胀而招致破坏。例如:

2)氧化作用

这种作用是氧和水的联合作用,对氧化亚铁、硫化物、碳酸盐类矿物表现比较突出。例如:(www.daowen.com)

黄铁矿风化后产生的硫酸对混凝土起腐蚀破坏作用。

3)碳酸盐化作用

碳酸盐化作用指岩石在二氧化碳和水的作用下形成碳酸盐化合物。例如:

正长石碳酸盐化作用后,碳酸钾被水溶解带走,剩下的是疏松的高岭土石英混在一起。

4)溶解作用

自然界的水能直接溶解岩石使岩石破坏,例如:

碳酸钙变成重碳酸钙后,被水溶解带走,结果石灰岩便形成溶洞(solution cave)。

(3)生物风化作用

生物风化作用是指岩石由生物活动所引起的破坏作用。这种破坏作用包括机械的作用(例如,植物的根在岩石裂缝中生长,像楔子一样劈裂岩石)和化学作用(例如,生物新陈代谢所析出的碳酸、硝酸及有机酸等对岩石的破坏作用)两种。应该指出,人类的工程活动对岩石的风化也产生一定的影响。例如:基槽(foundation ditch)或边坡(slope)的开挖使岩石的新鲜面暴露,爆破使岩石在一定的深度内产生裂隙,这些都对岩石的风化起促进作用。工业废水中的化学物质也对岩石起破坏作用。

在自然界中,各种岩石风化作用不是单独进行的,而是互相联系并同时存在。在不同地区有主次之分而已,岩石的矿物成分是影响岩石风化的决定因素。分析常见原生矿物对化学风化的相对稳定性,结果表明:最稳定的,如石英、白云母;稳定的,如正长石、方解石白云石;稍稳定的,如角闪石、辉石;不稳定的,如斜长石、黑云母、黄铁矿。因此,一般深色岩石的风化快于浅色岩石,含有较多不稳定矿物的岩石较易风化。另外,多种矿物的岩石,其风化一般快于单矿物的岩石。

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