第二章 岩体风化

第一节 风化岩体的形成

一、岩石风化及其对岩石性质的影响

岩石是在一定的地质时期、一定的地质环境下的产物。当其在内、外力地质作用下而处于地壳表层时，便进入了与成岩条件下完全不同的新的物理、化学环境，即处于近常温、常压条件下，直接与大气圈、水圈、生物圈频繁接触的环境之中。为了适应这一新的环境，岩石便在结构、构造乃至在成分上随之变化。这种变化，主要表现在岩石逐渐破坏成疏松的块体、碎屑，以至形成与原来性质不同的土层。岩石的这种变化，就称风化。促成岩石风化的营力因素很多，主要是太阳热能、水、大气及生物有机体等。岩石风化是岩体在各种风化营力作用下，所发生的物理、化学变化过程。引起岩石风化的作用，称为风化作用。

在自然界，引起岩石风化的营力和影响因素的相互组合是极其复杂的，因而岩石的风化过程是一种十分复杂的动力地质过程。

风化作用是地壳表层普通存在的一种地质现象，它对岩体的工程地质有着巨大的影响。岩体风化后与原岩比较将产生一系列变化，从工程地质观点出发，这些变化主要表现在以下几个方面。

1.岩体的完整性遭到削弱和破坏

风化作用不仅扩大了岩体原有裂隙，同时产生新的风化裂隙，使岩体再次分割成更小的碎块、碎片，进而分裂成砂粒、粉粒，甚至粘粒。这种变化的实质是使岩石原有结晶连结削弱以致丧失，成为细粒分散状态，破坏岩体的完整性，使坚硬岩石转变为半坚硬岩石，甚至成为疏松土。

2.原岩的矿物成分发生变化

在化学风化过程中，岩石的原生矿物经受水解、水化、氧化等作用后，便逐渐为次生矿物所代替。如绿泥石、绢云母等鳞片状矿物，细分散的高岭石、蒙脱石、水云母等粘土矿物以及铁、铝、硅的氧化物。上述次生矿物不仅晶系特点、晶粒大小、结晶程度等均与原生矿物不同，而且还增加了水及有机质成分。随着风化程度的加深，这类矿物逐渐增加。

3.岩体的工程地质特性发生变化

由于岩石和岩体的成分、结构和构造的变化，岩体的工程地质性质也随之改变。而且是完整性愈好，强度愈高的岩石，经风化作用后，其工程地质特性的变化愈显著。这种变化主要表现在以下几方面。

（1）抗水性降低，亲水性增高。如膨胀性、崩解性、软化性、泥化性增强，并使坚硬岩石变成塑性泥土。

（2）力学强度降低，压缩性加大。岩石风化后，由于其完整性及坚固性遭到削弱或破坏，其力学强度降低，压缩性加大。

（3）空隙性增加，透水性增大。当岩石风化程度不太深时，空隙发育，其透水性成倍增加，但当岩石风化剧烈，粘土矿物较多时，透水性又趋于降低。

总之，风化作用对岩体的工程地质性质影响很大，从工程地质角度来看，由于岩体风化后，其优良性质削弱，不良性质增强，从而大大恶化工程地质条件。在实际工程建筑中，岩体风化所造成的危害是很大的。因此，对岩体风化的研究，是工程地质工作中的重要课题之一，并具有重要的理论和实践意义。

从工程地质角度研究岩体的风化，主要是阐明岩体的风化性质、程度和深度，并在垂直方向上划分出不同风化带，查明其工程地质特征，分析风化作用的主要因素，预测岩体性质的可能变化，确定岩体的风化速度，以便为工程处理和防护措施提供依据。

二、影响岩石风化的因素

岩石遭受风化，是地壳表层普遍存在的外力地质现象。但是，岩石的风化深度、程度、速度、风化壳的厚度及风化产物，在地壳表层又是极不均一的，不仅在不同的地区（如不同的气候带）有所不同，即使在同一地区内，甚至在某一工程建筑场地区的小范围内，不同地点也有明显差异。造成这一情况的原因，主要是风化作用发生发展条件与影响因素具有分带性和区域性的特点，造成了风化作用的分带性和区域性分布规律所致。在地壳表层的不同地点，形成风化的各种营力与影响因素，有着不同的组合关系，在其综合作用下，形成特有的风化现象和产物。所以，岩石的风化是一个十分复杂的过程，它是风化营力与影响因素综合作用的结果。下面从工程地质观点出发，简要介绍影响岩石风化的主要因素。

1.气候的影响

气候是主要的外在因素。气候对岩石风化的影响，主要表现在温度和水分的影响。温度的高低、温差变幅的大小、冷热更替的频率、降水量的多少、湿润程度等，对风化营力，风化作用类型，岩石风化深度、速度、程度，以及风化产物的特点，都有不同程度的影响。

温度的高低，不仅直接影响岩石热胀冷缩和水的物态，而且对矿物在水中的溶解度、生物的新陈代谢、各种水溶液的浓度和化学反应的速度都有很大影响。在高寒地区，气温很低，常年在0℃左右，地表大部分被冰雪覆盖，冻融作用盛行。

在昼夜温差及冷热更替频率较大的地区，有利于岩石物理风化作用的进行。

就水分而言，在降水量少而蒸发较大的地区，即使是易溶矿物，也因易达饱和状态而不能完全溶解，从而限制元素的迁移，影响岩石彻底风化。在干旱荒漠地区，还因日照很强，热力风化盛行。在潮湿地区，有利于各种化学风化作用的进行。同时，多雨地区，还有利于生物繁殖，从而加速岩石的生物风化作用。

从水热配置来看，在高寒及干旱地区，岩石物理风化强烈，化学风化微弱，风化产物为机械破碎的岩屑，很少出现次生的粘土矿物，风化深度一般在10m以内。在湿热地区，年降水量大于1000mm，气温高，植物繁茂，细菌活跃，故岩石化学风化十分强烈，元素随水流失严重，风化速度很快，岩石易彻底风化，可形成铁、铝氧化物及高岭土等次生矿物。岩石风化深度大，一般数十米，深者可达百米以上。

由上述可知，气候因素决定了风化营力的强度，风化作用的类型和岩石风化发育特点。

需要指出的是，气候具有明显的分带性，决定了风化作用也存在相应的分带性，而气候的分带性一般是就大区域而言的，相应风化作用的分带性也只有大区域意义。当然，微气候的影响也是存在的，如同一山地的不同部位，亦可显示风化的差异性。向阳山坡的光照时间较阴坡长，昼夜温差（日较差）较阴坡大，故风化作用强烈，风化层也较厚。但相对来说，这种差异是有限的。

2.岩性的影响

岩石的性质是影响风化的内在因素，其他外在因素的影响是通过岩性这个内在因素而起作用的。因此，它对风化过程和风化产物的特征都有很大影响。

在同一自然条件下，不同岩石风化的差异性，是由岩石的成因不同造成的。岩石的成因不同，反映原岩的形成环境、元素性质、结合方式、矿物种类，以及原岩的共生组合规律、岩石结构、构造等的不同。

岩石的风化作用，一般是在地壳表层的常温常压条件下进行的。因此，原岩的形成环境与地表环境差异愈大，原岩为适应新环境所发生的变化愈剧烈，其抗风化稳定性愈低；原岩形成时的环境与地表环境接近时，岩石抗风化能力就强，其变化就小。所以，沉积岩比岩浆岩及变质岩的抗风化能力强；岩浆岩中深成侵入岩又比喷出岩的抗风化能力低；浅变质岩比深变质岩抗风化能力强等。

岩石是由矿物组成的，不同的矿物因其晶体结构稳固性和元素交换能力不同而具有不同的抗风化能力，因此，岩石风化过程的实质，是各种矿物变异、转化的过程，也就是岩石中的原生矿物不断分解变化，新的次生矿物不断形成的过程。这个过程的长短，决定风化速度的快慢；过程进行得充分、彻底与否，决定岩石风化的程度。一般而言，单一矿物组成的岩石抗风化能力强；浅色矿物比深色矿物抗风化能力强；含硅、铝较多的矿物比含铁、镁较多的矿物抗风化能力强等。由此，可将矿物划分为：①稳定矿物，如石英、白云母、石榴子石等；②较稳定矿物，如角闪石、辉石、正长石、酸性斜长石等；③不稳定矿物，如黑云母、黄铁矿、橄榄石等。

岩石的结构构造，对岩石的风化也有明显的影响。当组成岩石的矿物成分相同时，粗粒和不等粒结构岩石易风化；全晶质结构岩石较隐晶质结构岩石易风化；具有定向结构的岩石比非定向结构岩石易风化。

岩性不同，风化产物的性质也不同。如灰岩、大理岩、白云岩、石膏，以及其他生物化学岩，易受化学风化，溶于水中的物质大部分流失，分散在这些岩石中的粘土等杂质，聚集成残积粘土层；页岩、千枚岩、板岩可直接风化成粘土层；砂岩、花岗岩、片麻岩可风化成砂土。

3.地质构造的影响

地质构造对岩体风化的影响，主要是在成岩过程、地壳运动及其他次生作用下，岩体内产生断层、节理、片理、劈理、片麻理、层理、沉积间断面、侵入体与围岩的接触面、岩浆岩的流面等，这些软弱结构面组成极为复杂的网络，为水及其他各种风化营力提供通道和活动场所，从而起对岩体加深和加速风化的有力作用。

成因不同的软弱结构面，其性质及在岩体中的空间分布是不均一的，因此，即使在岩性相同的条件下也会引起岩石风化作用的差异性。在自然界常见的向斜山及毗邻地区的背斜谷呈相间分布的情况，就是由于背斜核部节理裂隙发育，岩石的风化速度快、深度大，为其他外力地质作用（如地表水的冲刷）提供了有利条件，因此形成谷地。向斜地区则相反，因风化剥蚀作用较弱，反形成正地形。

在影响岩石风化的因素相同时，风化壳底界面起伏不大，并大致与地面起伏相吻合。而在裂隙密集带、断层破碎带、特别是不同方向的断层交汇处，其风化程度一般强烈且深度也大，从而引起风化壳底界面起伏显著。图2-1为三峡三斗坪地区岩浆岩断裂带中形成的囊状风化，断裂带弱风化带的下限要比围岩平均低20m，最深处相差80m，长度数十米到数百米不等。这样的地段，将严重影响边坡、坝基岩体及隧洞围岩的强度和稳定性。

另外，构造特点主要是岩体结构面还在一定程度上控制着风化的形成和风化产物的形式。节理发育的厚层砂岩、块状岩浆岩，如被3组以上软弱面相互切割成多棱角块体，风化营力沿软弱结构面发生作用，风化产物成块状。其棱角处最易风化破坏，形成大小不等的球状岩块，叫球状风化（图2-2）。被两组结构面切割的岩体，风化产物多呈柱状或针状。一组结构面较为发育的岩体，如片岩、板岩、页岩、千枚岩、中薄层砂岩等，风化产物多成片状或板状。

4.地形条件的影响

在不同地形条件（高度、坡度、切割程度等）下，岩石风化作用类型、风化速度、风化深度、风化壳厚度及空间分布有明显差异。

由于气候具有垂直分带性，因此，随着地面高程的不同，风化作用也有明显差异。这种现象在中低纬度地区表现明显。如这类地区的高山区，特别是雪线以上地区，以物理风化为主；而在海拔较低的地区，则以化学风化为主，且风化速度大，岩石风化变异较彻底。

坡度即地势陡缓对风化的影响，主要表现在虽然陡坡地区岩石风化速度较大，但因风化产物易被剥蚀冲刷，风化厚度一般较薄。而缓坡地区，由于地表水及地下水活动较缓慢，风化产物易保留于原地，风化层厚度较大，而且岩石易遭彻底风化而成粘土矿物。例如宽缓分水岭地区，若地下水埋藏较河谷地区深，其风化厚度往往较河谷地区大；丘陵和低山地区，风化层厚度比高差较大的陡峻山区大。

由于沟谷的切割，加强了风化营力对岩体的侧面侵入作用，从而加速了岩体风化，因此，沟谷切割深度及密度较大的地区，岩石风化速度及深度比沟谷不甚发育地区为大。

总之，地形地貌条件对风化壳的空间分布往往起控制作用。相同的地貌单元，风化壳的厚度大致相同，在不同的地貌单元上，风化壳的厚度各异（图2-3）。

此外，埋藏条件、地壳运动、水文地质条件等也影响风化作用的类型、强度及风化深度等。

地壳运动的特点常控制风化营力的强度。地壳长期处于相对稳定的地区，岩石风化作用较彻底，风化壳广泛分布，厚度也较大。地壳强烈上升地区，虽然风化速度较快，但在其他外力地质作用强烈剥蚀下，风化产物难以保存在原地。地壳下沉甚至没于海面以下的地区，风化作用十分微弱，往往为强烈的海蚀或海积作用所代替。

地下水的补给、径流、排泄条件，地下水的化学成分和埋藏条件等，直接影响风化速度及深度。地下水补给来源充足，游离氧和二氧化碳不断得到补充。岩石风化产物在径流排泄良好的条件下随水流失，促使化学风化不断地迅速进行，地下水位以上氧化作用强烈，因此，地下水埋藏较深的地区，风化壳的厚度亦较大。

从埋藏条件看，越靠近地表的岩体，风化得越剧烈，向深部则逐渐减弱，直至过渡到未受风化的新鲜岩石。并据此可将岩体划分出若干不同风化程度的带。

以上讨论仅限于某些特定条件下的一般分析，实际上影响风化营力与岩石的抗风化能力的种种因素的组合及相互影响是极其复杂的。因此，研究一个地区岩石风化特点时，应从实际出发，否则，很难作出正确的结论。

第二节 风化岩体的垂直分带

一、风化壳的概念

风化壳指的是遭受风化的地壳表层，它是各种风化营力和影响因素综合作用的结果。由于各种风化作用的营力和影响因素对岩体的侵蚀，首先是从地表开始，然后向地壳内部深入发展，因此愈靠近地表的岩石风化程度愈剧烈，向深处便逐渐减弱，直至过渡到不受风化因素影响的新鲜基岩。这样，风化壳就是具有一定厚度和结构的风化岩石层带，在这个层带内，岩石的风化程度随其与地表的距离不同而呈现差异。

风化壳的厚度指的是遭受风化的岩体自地表至新鲜基岩的垂直距离。它与岩石的风化深度、风化程度、风化速度是既有区别又有联系的不同概念。风化深度指的是遭受风化的岩体自地表至新鲜基岩的铅直距离。当地面近于水平时，风化厚度与风化深度相等；在地面起伏不平时，风化厚度小于风化深度。风化壳的厚度与风化速度也有密切关系。风化速度反映在风化营力作用下原岩变化破坏的快慢，一般而言，当风化速度较快时，在有利条件下，如山坡上的平台、侵蚀阶地面、山脊等较少受到冲刷的部位，风化壳的厚度较大；而在不利于保存风化产物的陡坡条件下，风化壳的厚度较小。当风化速度等于或小于其他外力地质作用的冲刷剥蚀速度时，风化壳厚度等于零。

在正常情况下，即岩性与构造比较均一的地区，外营力对岩体的作用又比较均衡时，风化作用随深度增加而逐渐衰减，岩石的风化程度也相应逐渐减弱，直至新鲜基岩。具有不同风化程度的岩石，其物理力学性质的变化是不同的，因此，适应建筑物的性能也就不同。风化壳上部，岩石的物理力学性质与原岩差别较大，常不能满足重型工程建筑的要求。风化壳的下部，岩石物理力学性质与原岩差别甚小。风化壳的中部，岩石的物理力学性质也发生了显著变化，能否满足建筑物的要求，视具体情况而定。以上是就风化壳正常结构而言，当出现风化壳异常结构时，则要作具体分析。

二、垂直分带的意义、原则和方法

1.分带的意义

风化作用削弱了岩体的物理力学性质。削弱的程度决定于岩体的风化程度。将风化岩体由地表向下，按风化程度不同划分为若干带，每一带内的岩石风化程度是基本相同的，岩石所表现的风化特征是相似的，而带与带之间则有比较明显的差异。这就是所谓的风化岩体的垂直分带。对风化岩体进行垂直分带，是风化岩体工程地质研究最主要的内容。

研究风化壳内的风化程度特征及垂直分带，研究各带岩体工程地质性质，确定物理力学性质指标，对于选择岩体的利用高程（建基面），确定边坡及围岩开挖方案和采取防护措施等均有重要意义。因为分带以后，就便于区别对待。这是因为，虽然风化岩石与新鲜岩石相比，其工程地质性质已经改变，强度和稳定性有所降低，但并非所有风化岩石都不能满足不同类型工程建筑物基础的要求。通常的情况是，只有那些风化得比较强烈，物理力学性质较差的部分不能满足要求，需加处理。而那些风化比较轻微，物理力学性质还不太坏的部分，经研究计算，能保证建筑物稳定者，就不必处理。这样区别对待，既能保证建筑物的安全，又符合经济的原则，是具有很大实际意义的。

2.分带的原则和方法

在整个风化壳垂直剖面上，从地表剧烈风化的岩石到地下新鲜基岩，既有质的区别，又是逐渐过渡的，因此，反映不同风化程度的界限不可能是很确切的。对其进行工程地质分带，应该既能反映岩石原有的和新产生的各种特征与性质的变化规律，以及这种特征的阶段性和明显差异性；同时又要结合具体的物理力学性质指标，以适应工程建筑的实际需要。可见，岩体风化程度的划分是个很复杂的问题。

但是，长期以来人们只是根据风化岩体的某些特征和经验，凭肉眼观察对风化岩体进行定性评价。这种方法有极大的主观性，已不能满足工程上的要求。因此，必须进一步研究出定量评价指标和测试方法，向定量化方向发展，力求做到这种划分有一个客观的标准。

当前，在划分岩石风化带时常用的指标有以下所述。

（1）颜色。在风化剖面上，岩石的风化程度，外观上首先表现为颜色的差异。实际上这是岩石在风化过程中原生矿物变异和次生矿物形成的综合表现。如有些矿物在新鲜时为灰绿色，随着风化程度的加深逐渐变为黄绿色、黄褐色、棕红色、红色，这反映了矿物中低价铁的氧化和高价铁的富集过程。因此，可以根据颜色判断风化程度。

（2）岩体破碎程度。地表附近岩体破碎程度常反映岩体的风化程度，因为风化作用能使岩体的原有裂隙扩大加深，并形成新的风化裂隙，进而使岩体破碎，随着风化程度的加深，完整坚硬的岩体依次变成大块状、碎块状、砂状及土状。

在风化垂直剖面上，破碎程度不一的风化产物，自上而下依次为：粘性土或以粉粘土为主夹砂及碎石；砂为主夹粉粘粒及碎石；碎石、碎块为主夹砂及大块石；大块石为主夹碎石。

岩体的破碎程度还反映原岩结构构造改变的程度，而原岩结构构造改变程度反映风化程度。风化较轻时，原岩的结构构造仍能保持；而当风化较深时，原岩的结构构造就模糊不清，以至发生质的变化。

（3）矿物成分的变化。从岩石的矿物成分来看，岩石的风化过程就是岩石原生矿物的变异与新的次生矿物的形成过程，因此，矿物成分的变化反映岩石的风化程度。对于结晶类岩石来说，矿物成分的变化，是岩石风化程度的重要标志。随着风化程度的逐步加深，不稳定矿物、较稳定矿物依次遭到风化，稳定矿物以松散状残留原地。如花岗岩遭风化时，首先是不稳定的黑云母剥落，岩石表面形成斑点状小坑，然后长石遭受风化。当黑云母和长石已成为高岭石后，稳定的石英、白云母等便成砂粒状残留原地。

（4）水理性质及物理力学性质的变化。风化岩石水理性质及物理力学性质的变化，是岩石遭受风化过程中，原岩物质成分和结构构造发生变化的综合反映。在风化壳的垂直剖面上，风化岩石由下而上的变化趋势是：孔隙性和压缩性由小到大；强度由高到低；吸水性由弱到强；透水性的变化则较复杂，一般是中部较大，上部和下部较小。采用风化岩石的水理性质及物理力学性质指标的变化进行风化壳分带，是定量评价不同风化程度岩石的重要标志。

具体的评价指标有：单轴抗压强度、点荷载、空隙率、吸水率、透水性等。有的采用某个指标，有的采用几个指标；有的采用指标的绝对值，有的采用指标的相对值。

下面简要介绍原水利电力部成都设计院科研所1964年提出的一种用岩石风化程度系数评定岩石风化程度的方法。

他们提出了岩石风化程度系数（Ky）的公式，即

式中 Kn＝n1/n2（孔隙率系数）；

KR＝R2/R1（强度系数）；

Kw＝w1/w2（吸水率系数）；

n1、R1、w1——新鲜岩石的孔隙率、抗压强度、吸水率；

n2、R2、w2——风化岩石的孔隙率、抗压强度、吸水率。

利用风化程度系数Ky分级，见表2-1。此方法与传统方法比较，大多数是吻合的，故认为以定性分级为基础，补充定量分级，可以消除人为误差。

但是风化程度系数Ky只是表示岩石风化程度深浅的一个相对指标，而不是绝对值，故在工程实践中仍不好利用，因此，他们又提出了风化岩石利用系数（KD）概念，把风化岩石的强度（RD）值与较弱岩石的强度（R＝300×105Pa）进行比较，即

当KD≥1，即可供工程利用。而对中小水电工程、辅助工程、附属工程，KD值甚至还可视具体情况降低。

上述方法比单纯定性分级方法要先进，但在实际应用中仍有不少困难，如对严重风化岩石的取样、试验等均难按常规方法进行。

国外一些工程地质工作者，在对点荷载试验用于划分岩石风化带的探索中发现：通过点荷载试验测定的岩石抗拉强度，与岩石的风化程度是相互对应的。由此，木宫一邦提出了用风化抗拉强度指数Bs作为岩石风化分带指标

式中 St——风化岩石点荷载试验抗拉强度。

由于点荷载试验方法简便，可采用小型轻便的试验机，试验能在现场进行；可利用不规则形体的试样，这就不仅节约了时间，降低了成本，而且可以填补用常规试验无法进行的低强度和严重风化岩石强度的测定空白。因此，用点荷载试验成果进行岩石风化分带是个好方法。

（5）声波特性。不同岩性及不同风化程度的岩石，传导震动波的特性是不同的。因此声波特征可作为风化岩石分带的指标。

目前国内外已采用声波法测定岩体的工程地质特性，并据此对岩石风化程度分级。日本学者于1962年提出了声波法。即用声波法在室内外测定同种岩石动弹模量数值，由此计算“裂缝系数”和“坚固度”，从而对岩石风化程度进行分级。

裂缝系数

坚固度

式中 Ed——室内岩石动弹模；

——野外岩石动弹模。

分级如表2-2。

我国利用声波法进行风化岩石分带的研究也已取得可喜成果。由于声波在风化程度不同的岩体中传播速度及波速曲线形态不同，因此可将其作为风化岩石分带的依据。如某坝址地基为前震旦纪结晶岩，经大量声波测井工作，得到不同风化带纵波速度如表2-3所示。

同一风化带内的岩石风化程度也是不一致的，而不同风化带岩石风化程度的差别，只是风化程度不同的岩石所占比例不同罢了。这种比例不一样，决定了风化程度不同的岩石的组合关系也不一样。是相互掺杂还是相间分布，均可在声波曲线形态上得到反映（图2-4）。

一般来说，在剧风化带岩体中，纵波速度（Vp）值跳跃范围不大，低跳点多而较集中，声波曲线形态以不规则短尖刺状锯齿或方形锯齿形态为主。

在强风化带中，当坚硬、半坚硬碎块状岩石与疏松岩屑相互掺杂时，声速曲线呈不规则尖刺状锯齿形态；当坚硬、半坚硬碎块与岩屑相间分布时，声速曲线呈宽叶形尖刺状锯齿或小尖刺复合组成的总体形态为方形的锯齿形态。

在弱风化带内，坚硬块、球体的声速值高，而风化裂隙及疏松碎屑的声速值低，声波测井曲线反映Vp跳跃范围大且密，一般成紧密排列的长尖刺状锯齿曲线。当疏松碎屑及风化裂隙较发育时，形成短尖刺组成的方形锯齿曲线。

在微风化带中，因岩体风化甚微，声速Vp值高，且自上而下声速曲线摆动幅度较小。

利用声波法研究岩石风化有如下优点。①能对风化壳自上而下连续测试，通过声波值及声波曲线形态的连续变化，进行风化壳分带的定量标志比较清晰，便于解释。②声波法能与岩石其他物理力学指标建立定量关系，使风化带与工程建筑的要求更好地结合起来。③方法简单易行。

（6）超声波特性。1966年，保加利亚学者提出了超声波法。他们根据实验室中测定的岩石超声波速度与相应的岩石物理力学性质指标关系，提出用风化系数（K）评定岩石的风化程度

式中 Vo、Vw——分别为新鲜岩石和风化岩石的超声波速度值。

若K＝0，表示岩石未风化；K＝1，则岩石完全风化。

据此，他们对二长岩进行了风化程度分类，见表2-4。

（7）钻探掘进及开挖中的技术特性。风化程度不同的岩体，其完整性和力学强度不同。故钻探方法、钻进速度、岩心采取率、掘进方法及其难易程度是不同的。因此它们也可以作为评价岩石风化程度的指标。

在实际工作中，以上指标要互相结合，综合考虑，并根据原岩的性质，风化后的特征等，选择某些指标为主，其他指标为辅，这样，才能使风化岩体分带充分反映客观规律性。

三、风化壳垂直分带

在一个正常而保留完整的风化壳中，可以表现出岩石的风化程度自上而下逐渐减弱，以及底部界线与地表地形大致平行的总规律。此时，风化壳通常被划分为四个带，即剧（全）风化带、强风化带、弱风化带和微风化带。表2-5所列举的分带为目前一般公认的标准，多数单位在实际工作中加以采用，可供参考。

应当指出，在自然条件下，风化壳的结构可以出现异常。其主要表现有以下三种情况。

（1）风化程度突变。即在剖面上岩体的风化程度不是由上而下逐渐连续地减弱，而是缺失或者重复了某些部分。引起这种现象最普遍的原因是岩性突变。如在构成风化壳的岩体中夹有抗风化能力明显较高的岩石，则风化程度至此即突然减弱，其下又夹有抗风化能力较低的岩石时，则风化程度出现重复现象。例如在葛洲坝地区白垩系红色碎屑岩中，当下伏有抗风化能力较高的粉砂岩时，如图2-5所示，往往使风化壳中缺失弱风化带。而当粉砂岩中夹有抗风化能力较低的砾岩层时，则造成了相同风化带重复出现，见图2-6。

（2）底部界线突然加深，形成风化槽或风化囊。总的来说，这是由于岩体中分布有抗风化能力较低的岩石所致。沿断层带或软弱岩脉等常见到这种现象。

（3）夹层风化。在风化岩体中夹有成层状风化明显强烈的部分，它们存在于巨厚的风化轻微或基本未风化的岩体下面。如存在于岩层不整合面上的古风化壳、各种易风化岩脉、软弱夹层，均可形成这种夹层状的风化结构。

对这些异常的风化结构，在实际工作中要慎重对待。

第三节 防治措施

由于风化作用恶化了岩体工程地质条件，对工程建筑造成很大的危害，因此，在进行工程建设时，对岩体风化常需采取必要的防治措施。其中常用的措施有以下一些。

一、开挖清除

为了消除风化岩层对建筑物稳定性和渗透性的影响，需将建筑物地基中的风化层清除。开挖清除的深度，应根据岩石风化程度、风化层厚度和建筑物对地基的要求确定。当风化壳厚度较小，如仅数米，施工条件简单时，可将风化岩石全部挖除，使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，如数十米甚至更深时，若全部挖除风化岩石，既不经济合理又无必要，这时应视具体情况慎重考虑。对于荷载不大，对地基要求不高的建筑物，剧风化带也能满足要求时，亦不用挖除，而只需选择合理的基础砌置深度；而对重型建筑物，特别是重型水工建筑物，对地基岩体稳定性要求较高，基础不能砌置在风化程度较深的岩体上，其挖除深度，应视建筑物类型及等级与风化岩石的物理力学性质的适应性而定。要挖除的是那些物理力学性质变得足以威胁到建筑物稳定性的风化带。

地基中如存在不能满足工程要求的囊状或夹层风化，其深度不大时，在可能条件下应将其挖除，当其深度较大，挖除在经济和技术上都不合理时，可用混凝土盖板或拱塞等进行处理。

二、固结强化

为了提高风化岩层的强度，减弱其透水性，通常采用水泥固结灌浆和帷幕灌浆。当风化壳很厚，开挖工作量大而且施工困难时，也可采用清除与灌浆相结合的措施，即可将影响建筑物稳定的严重风化层清除，而对未清除的微弱风化带，根据工程要求进行灌浆处理。

三、预防风化

一般情况，岩石风化速度较慢，在工程使用期限内不致因风化而降低建筑物地基的稳定性，但是有的岩石风化速度较快，开挖出露地表的新鲜基岩，在数年或数月甚至数日内就会因风化作用而发生显著变化。因此，对于基坑开挖后易于风化的岩石，在工程使用期内因风化而不能满足建筑物要求的岩石，必须采取预防岩石风化措施。

为了选择合理而有效的措施，首先要查明促使岩石变异的风化营力、风化岩石的特性及建筑场地的工程地质条件，并考虑措施本身在经济上的合理性和技术上的可能性。

预防措施的实质是将风化营力与被保护的岩石隔绝，或是降低风化营力的强度，使岩石免遭继续风化，或减慢风化的速度。具体措施应根据影响岩石风化的主要因素，选用相应的材料，如水泥砂浆、混凝土、沥青、粘土或砂等覆盖岩石表面。

在基坑开挖中，当达到设计高程时，应立即浇筑基础，回填封闭。或在达到设计高程前预留保护层，待浇筑基础的工作准备妥当后，再挖至设计高程，然后迅速回填封闭。

复习思考题

1.研究岩体风化有何重要工程地质意义?

2.风化对岩石的工程地质性质有哪些影响?

3.影响岩体风化的因素有哪些?它们各是如何起作用的?

4.理解风化垂直分带的意义和原则。

5.掌握风化壳垂直分带的基本方法。