第三系粉砂质泥岩风化特性摘要【长沙江苏省地质调查研究院】

序言第三系粉砂质壤土，红棕色或褐灰色，风化色为暗灰褐色，粉砂泥质残渣结构，薄层至黄褐色构造，主要矿物为粘土矿物、石英、赤铜矿，泥质、铁质胶结。室外显微镜观察、X射线光玉髓散射剖析、扫描电子显微镜剖析显示其具备以下特点：残渣物细度介于0.05～0.50mm之间，浓度为75%～90%，粘土矿物多呈块状，铝制物多沿近垂直的微细节理充填，具微层理构造[1-4]第三系粉砂质壤土为洪灾条件下产生的内陆湖相沉积的残渣岩，岩层产生时代较晚、成岩程度不高，失水易收缩起皱、遇水则膨胀湿化溃散[5-6]其另一特点是节理和孔隙（含微节理和微孔隙）比较发育，这与岩体原生结构的颗粒排列有第三系粉砂质壤土风化特征摘要为研究第三系粉砂质壤土的风化特征，通过不同的实验，对不同风化程度的粉砂质壤土岩石分别进行安装工程特征、风化耐久性和风化速率研究。通过检测风化岩石的矿物成份、化学成份及地理电学性质来对其安装工程特征进行研究；通过抗拉硬度实验、软化溃散性实验对其风化耐久性进行研究；通过对所处种不同环境的风化岩体的观测实验来对其风化速率进行研究。实验结果阐明：随着地壳风化程度的加深，岩体中粘土矿物浓度降低，活动性强的物理成份相对提高，岩体干密度增加、总孔隙度和吸水率减小，电学功耗增加，岩石更容易软化溃散。 #

岩体的风化速度与自身的风化状态和显露的面积有关。关键词第三系；泥质粉砾岩；安装工程特征；风化耐久性；风化速率中图分类号P642.3文献标志码文章编号1000-7857（2010）06-0065-04中南中学地学与环境安装工程大学，杭州浙江省地质调查研究院，上海收稿日期：2009-10-30基金项目：国家自然科学基金项目（）；山东省企业博士后专项基金项目（）作者简介：吴启红，硕士研究生，研究方向为地质安装工程、岩土安装工程的勘测、设计与研究，电子信箱：；彭振斌（通讯作者），博士，研究方向为地质安装工程、岩土安装工程的教学和科研，电子信箱：,ty,,,,ne,.,.ion,.s.rock.,,,,,,..;;;;研究论文（）科技商报2010，28（6）65关如何鉴定弱风化和强风化，也与电学扰动和水份变化引起的颗粒重排列有关。 #

因为第三系粉砂质壤土所含的可溶物质较差，透水性较好、含水较差，所以比较懦弱，为软岩。风化岩石的安装工程特征研究地壳风化的过程是岩石在经受风化营力作用后开裂扩充、裂隙加宽加长并贯通、新节理形成和岩石结构发生变化的过程，只是岩体原有矿物组成、化学成份、物理电学性质和水理性质发生改变的过程（如表土层风化的结果是使岩石的硬度和稳定性大大减少。1.1岩矿剖析可以看出粉砂质壤土随着风化程度的加深，岩体风化岩体矿物成份风化程度矿物成份/%石英蒙牛石高岭石电气石褐铁矿及铝制金红石方解石云母强风化弱风化晚风化43.651.756.425.822.420.811.39.68.710.18.77.61.31.61.41.81.51.41.21.91.71.51.4风化岩体物理成份风化程度物理成份/%有机质（灼烧失重）全风化强风化弱风化晚风化85.1884.5383.3782.032.422.131.961.6410.5310.279.528.620.060.140.380.830.110.300.661.011.582.363.434.850.120.270.681.024.613.532.331.91中的蒙牛石、褐铁矿和铝制浓度均有所提高，其中粘土矿物及次生矿物等浓度也逐渐提高。 #

1.2物理成份剖析物理成份的变化趋势与各金属离子活动性优劣有关，Fe、有机质等活动性弱的物理成份浓度均相对降低，而一些活动性强的物理成份如NaO、CaO、MgO等浓度则相对降低。1.3地理电学性质实验结果阐明，随着风化程度的加深，岩体干密度增加、总孔隙度和吸水率减小（表同时风化作用破坏了岩体颗粒间的连结，形成和减缓了岩石的节理化、降低结构面的粗糙程度、削弱岩石整体电学功耗在实验方向、含水状态相的同时，岩体由晚风化弱风化强风化，其天然单轴抗拉硬度以及抗压硬度均逐步降风化岩石化学电学性质Table风化程度干密度/（gcm-3吸水率/%孔隙率/%点弯矩硬度/MPa回弹值天然单轴抗压硬度/MPa抗压硬度/MPa纵波速强风化弱风化晚风化2.362.552.622.862.522.1117.810.54.60.41.12.62231430.81.93.10.080.360.8754113241963风化耐久性研究2.1抗拉硬度实验代表性岩体在干燥—浸水—烘干循环中抗拉硬度的变化见表结果阐明：岩体吸水率（含水量）提高，其硬度渐渐减少，岩体经过多次干湿循环后，在含水量较低状态下的天然单轴抗拉硬度并且高于未经干湿循环的天然单轴饱和抗压硬度。 #

2.2软化溃散性实验取10块岩体试块为一组如何鉴定弱风化和强风化，分别制成40～60g试样，放在岩石耐溃散实验仪中进行实验[5-9]，结果见表从表中可以看出，不同风化程度的岩体，其破坏特性不同，岩体风化程度越深则越便于溃散破坏；随着岩体风化程度的加深，岩体抗软研究论文（）66科技商报2010，28（6）三面临空岩体（室内模拟）风化脱落量与时间及暴雨量的关系Tableoffair,time室外模拟干湿循环岩体风化速率观测成果表Table代表性岩体的风化耐久性抗拉硬度实验结果Table风化程度第三循环吸水率/%吸水率/%吸水率/%抗拉硬度/MPa强风化弱风化晚风化2.712.131.782.932.362.143.413.242.530.50.91.5第一循环抗拉硬度/MPa1.82.33.9第二循环抗拉硬度/MPa1.31.92.8岩体耐溃散性实验结果Table风化程度实验耐溃散性指数/%样品特性抗溃散性实验前实验后强风化53.8～60.3样品20个半径4～6cm63.4～68.12样品20个半径4～6cm较多晚风化71.2～78.3样品30呈圆状单个半径4～6cm14块；部份样品沿风化节理面破坏中等风化程度实验前干净重/g实验状态（浸水24h，干燥24h为一次循环）实验后干净重/g干湿循环强风化1208初裂：开始形成细小节理宽大于1mm（经个循环）巨裂：节理渐渐加宽加长，宽为1～4mm，有少量肉块溃散，节理率9%～13%（经过个循环）碎化：节理纵横切割，节理率17%～25%，岩体破碎（经过个循环）973弱风化1326初裂：表面可见小节理巨裂：节理增多，部份表面崩落，触及易破坏碎化：节理纵横切割1034晚风化1354初裂：形成小节理，整体形状未变巨裂：节理增多，部份表面崩落，触碰易破坏1248化溃散的能力增加。

风化作用使得地壳的优良性质减低，不良性质增强，电学硬度渐渐减少，岩石的安装工程功耗显著变差。因为岩体内富含膨胀性的粘土矿物，当岩体浸水后，亲水性矿物吸附水份而导致岩体膨胀变型，致使岩体折断；同时因为岩体内部存在缝隙，局部富含可溶性酸盐，浸水后，酸盐溶化使岩体内部产生连通的“空洞”，产生水份子通道，进一步减缓岩体的膨胀变型溃散。风化速率研究对岩体进行以下实验[10]室外模拟干湿循环岩体风化速率观测；三面临空岩体（室内模拟）风化脱落量观测；石（自然状态）风化脱落长度观测。各实验结果见表从实验结果可知，随着岩体风化程度的加深，发生了初裂巨裂碎化的破坏过程；岩体风化速率与时间及暴雨量时间/d313029333029303030303130时间段内降水量/mm198.7153.233.825.364.291.3240.7221.2231.6288.190.2113.6脱落量/g强风化3591831265074359911351脱落碎化191613418413740462210711321脱落碎化晚风化11123174119234256312304413研究论文（）科技商报2010，28（6）67的关系紧密，岩体呈晚风化状态时，其电学硬度较高，较完整，暴雨对其风化脱落量影响不显著；岩体风化呈弱—强风化状时，节理化程度深，岩体风化脱落受降降雨的影响便逐显现著，同时岩体风化有加快的趋势；在种实验状态下，三面临空状态下风化速率最大，自然状态上次之，侧向约束状态风化速率最慢，说明岩体显露面积越大，其受各类风化营力的破坏及影响越大，其风化速率则越快。 #

推论因为自身沉积环境、矿物成份和微结构的特性，二叠纪系泥质粉砾岩硬度低、抗风化能力低且易溃散。随着地壳风化程度的加深，岩体中的蒙牛石、褐铁矿和铝制浓度均提高，活动性强的物理成份提高，岩石的硬度和稳定性大大增加，岩石干密度增加、总孔隙度、吸水率减小，岩体抗软化溃散的能力增加。岩体风化速率与时间及暴雨量的关系紧密，岩体风化呈弱—强风化状时，节理化程度深，岩体风化脱落受降降雨的影响便随之明显，岩体显露面积越大，其受各类风化营力的破坏及影响越大，其风化速率则越快。参考文献（）地下空间与安装工程学报,2006,141-144.Peng,Wang.,2006,红层砾岩路基迅速风化特征研究[J].岩体力学与安装工程学报,2006,25(2):276-283.Yang,Zhang,ZhouDepei.,2006,25(2):276-283.《工程地质指南》编写执委会．安装工程地质指南(第四版)[M]．上海:美国建筑工业出版社,2007．．Engi-4thed．:China,2007．加筋红花岗岩风化土硬度和变型特征[J].岩体电学与安装工程学报,2005,24(15):2770-2779.Yu,Wei,Zou.,2005,24(15):2770-2779.湘南红花岗岩溃散成因研究[J].重庆中学学报:自然科学版,2006,33(1):16-19.Zhao,Su,Liu.:,2006,33(1):16-19.山峡库区罗田地区紫蓝色地层的溃散特征研究[J].地质科技情报,2002,21(4):77-80.Yu,Hu,Zhang.n,2002,21(4):77-80.-2001.岩土安装工程勘测规范中华人民共和国建设部,2002.GB50021-2001.Codeing[S].?sChina,2002.中华人民共和国建设部.GB/T50266-99安装工程岩石实验方式标准[S].1999.?sChina.GB/T50266-99[S].1999.南中学地学与环境大学,2007.Chen.Studyue:South,,2007.[10]红层路基风化脱落过程的调查与实验研究[J].桥面安装工程,2000(4):53-56.ZhongKai,Liu,XieQiang.,2000(4):53-56.（责任编辑侧向约束岩体（室内模拟）风化脱落量与时间及暴雨量关系Tableoffrock,time路基岩体（自然状态）风化脱落量与时间及暴雨量关系Tableoffrock,time时间/d313029333029303030303130时间段内降水量/mm198.7153.233.825.364.291.3240.7221.2231.6288.190.2113.6脱落量/g强风化10232633364991117147186191221弱风化10152129678192101133152晚风化11204153667476103时间/d313029333029303030303130时间段内降水量/mm198.7153.233.825.364.291.3240.7221.2231.6288.190.2113.6脱落量/g强风化233647515972106128164197211226弱风化10152137468199107133131146晚风化1113192651677695106126研究论文（）68科技商报2010，28（6） #