第二章 巖體風化

第一節 風化巖體的形成

一、巖石風化及其對巖石性質的影響

巖石是在一定的地質時期、一定的地質環境下的產物。當其在內、外力地質作用下而處于地殼表層時，便進入了與成巖條件下完全不同的新的物理、化學環境，即處于近常溫、常壓條件下，直接與大氣圈、水圈、生物圈頻繁接觸的環境之中。為了適應這一新的環境，巖石便在結構、構造乃至在成分上隨之變化。這種變化，主要表現在巖石逐漸破壞成疏松的塊體、碎屑，以至形成與原來性質不同的土層。巖石的這種變化，就稱風化。促成巖石風化的營力因素很多，主要是太陽熱能、水、大氣及生物有機體等。巖石風化是巖體在各種風化營力作用下，所發生的物理、化學變化過程。引起巖石風化的作用，稱為風化作用。

在自然界，引起巖石風化的營力和影響因素的相互組合是極其復雜的，因而巖石的風化過程是一種十分復雜的動力地質過程。

風化作用是地殼表層普通存在的一種地質現象，它對巖體的工程地質有著巨大的影響。巖體風化后與原巖比較將產生一系列變化，從工程地質觀點出發，這些變化主要表現在以下幾個方面。

1.巖體的完整性遭到削弱和破壞

風化作用不僅擴大了巖體原有裂隙，同時產生新的風化裂隙，使巖體再次分割成更小的碎塊、碎片，進而分裂成砂粒、粉粒，甚至粘粒。這種變化的實質是使巖石原有結晶連結削弱以致喪失，成為細粒分散狀態，破壞巖體的完整性，使堅硬巖石轉變為半堅硬巖石，甚至成為疏松土。

2.原巖的礦物成分發生變化

在化學風化過程中，巖石的原生礦物經受水解、水化、氧化等作用后，便逐漸為次生礦物所代替。如綠泥石、絹云母等鱗片狀礦物，細分散的高嶺石、蒙脫石、水云母等粘土礦物以及鐵、鋁、硅的氧化物。上述次生礦物不僅晶系特點、晶粒大小、結晶程度等均與原生礦物不同，而且還增加了水及有機質成分。隨著風化程度的加深，這類礦物逐漸增加。

3.巖體的工程地質特性發生變化

由于巖石和巖體的成分、結構和構造的變化，巖體的工程地質性質也隨之改變。而且是完整性愈好，強度愈高的巖石，經風化作用后，其工程地質特性的變化愈顯著。這種變化主要表現在以下幾方面。

（1）抗水性降低，親水性增高。如膨脹性、崩解性、軟化性、泥化性增強，并使堅硬巖石變成塑性泥土。

（2）力學強度降低，壓縮性加大。巖石風化后，由于其完整性及堅固性遭到削弱或破壞，其力學強度降低，壓縮性加大。

（3）空隙性增加，透水性增大。當巖石風化程度不太深時，空隙發育，其透水性成倍增加，但當巖石風化劇烈，粘土礦物較多時，透水性又趨于降低。

總之，風化作用對巖體的工程地質性質影響很大，從工程地質角度來看，由于巖體風化后，其優良性質削弱，不良性質增強，從而大大惡化工程地質條件。在實際工程建筑中，巖體風化所造成的危害是很大的。因此，對巖體風化的研究，是工程地質工作中的重要課題之一，并具有重要的理論和實踐意義。

從工程地質角度研究巖體的風化，主要是闡明巖體的風化性質、程度和深度，并在垂直方向上劃分出不同風化帶，查明其工程地質特征，分析風化作用的主要因素，預測巖體性質的可能變化，確定巖體的風化速度，以便為工程處理和防護措施提供依據。

二、影響巖石風化的因素

巖石遭受風化，是地殼表層普遍存在的外力地質現象。但是，巖石的風化深度、程度、速度、風化殼的厚度及風化產物，在地殼表層又是極不均一的，不僅在不同的地區（如不同的氣候帶）有所不同，即使在同一地區內，甚至在某一工程建筑場地區的小范圍內，不同地點也有明顯差異。造成這一情況的原因，主要是風化作用發生發展條件與影響因素具有分帶性和區域性的特點，造成了風化作用的分帶性和區域性分布規律所致。在地殼表層的不同地點，形成風化的各種營力與影響因素，有著不同的組合關系，在其綜合作用下，形成特有的風化現象和產物。所以，巖石的風化是一個十分復雜的過程，它是風化營力與影響因素綜合作用的結果。下面從工程地質觀點出發，簡要介紹影響巖石風化的主要因素。

1.氣候的影響

氣候是主要的外在因素。氣候對巖石風化的影響，主要表現在溫度和水分的影響。溫度的高低、溫差變幅的大小、冷熱更替的頻率、降水量的多少、濕潤程度等，對風化營力，風化作用類型，巖石風化深度、速度、程度，以及風化產物的特點，都有不同程度的影響。

溫度的高低，不僅直接影響巖石熱脹冷縮和水的物態，而且對礦物在水中的溶解度、生物的新陳代謝、各種水溶液的濃度和化學反應的速度都有很大影響。在高寒地區，氣溫很低，常年在0℃左右，地表大部分被冰雪覆蓋，凍融作用盛行。

在晝夜溫差及冷熱更替頻率較大的地區，有利于巖石物理風化作用的進行。

就水分而言，在降水量少而蒸發較大的地區，即使是易溶礦物，也因易達飽和狀態而不能完全溶解，從而限制元素的遷移，影響巖石徹底風化。在干旱荒漠地區，還因日照很強，熱力風化盛行。在潮濕地區，有利于各種化學風化作用的進行。同時，多雨地區，還有利于生物繁殖，從而加速巖石的生物風化作用。

從水熱配置來看，在高寒及干旱地區，巖石物理風化強烈，化學風化微弱，風化產物為機械破碎的巖屑，很少出現次生的粘土礦物，風化深度一般在10m以內。在濕熱地區，年降水量大于1000mm，氣溫高，植物繁茂，細菌活躍，故巖石化學風化十分強烈，元素隨水流失嚴重，風化速度很快，巖石易徹底風化，可形成鐵、鋁氧化物及高嶺土等次生礦物。巖石風化深度大，一般數十米，深者可達百米以上。

由上述可知，氣候因素決定了風化營力的強度，風化作用的類型和巖石風化發育特點。

需要指出的是，氣候具有明顯的分帶性，決定了風化作用也存在相應的分帶性，而氣候的分帶性一般是就大區域而言的，相應風化作用的分帶性也只有大區域意義。當然，微氣候的影響也是存在的，如同一山地的不同部位，亦可顯示風化的差異性。向陽山坡的光照時間較陰坡長，晝夜溫差（日較差）較陰坡大，故風化作用強烈，風化層也較厚。但相對來說，這種差異是有限的。

2.巖性的影響

巖石的性質是影響風化的內在因素，其他外在因素的影響是通過巖性這個內在因素而起作用的。因此，它對風化過程和風化產物的特征都有很大影響。

在同一自然條件下，不同巖石風化的差異性，是由巖石的成因不同造成的。巖石的成因不同，反映原巖的形成環境、元素性質、結合方式、礦物種類，以及原巖的共生組合規律、巖石結構、構造等的不同。

巖石的風化作用，一般是在地殼表層的常溫常壓條件下進行的。因此，原巖的形成環境與地表環境差異愈大，原巖為適應新環境所發生的變化愈劇烈，其抗風化穩定性愈低；原巖形成時的環境與地表環境接近時，巖石抗風化能力就強，其變化就小。所以，沉積巖比巖漿巖及變質巖的抗風化能力強；巖漿巖中深成侵入巖又比噴出巖的抗風化能力低；淺變質巖比深變質巖抗風化能力強等。

巖石是由礦物組成的，不同的礦物因其晶體結構穩固性和元素交換能力不同而具有不同的抗風化能力，因此，巖石風化過程的實質，是各種礦物變異、轉化的過程，也就是巖石中的原生礦物不斷分解變化，新的次生礦物不斷形成的過程。這個過程的長短，決定風化速度的快慢；過程進行得充分、徹底與否，決定巖石風化的程度。一般而言，單一礦物組成的巖石抗風化能力強；淺色礦物比深色礦物抗風化能力強；含硅、鋁較多的礦物比含鐵、鎂較多的礦物抗風化能力強等。由此，可將礦物劃分為：①穩定礦物，如石英、白云母、石榴子石等；②較穩定礦物，如角閃石、輝石、正長石、酸性斜長石等；③不穩定礦物，如黑云母、黃鐵礦、橄欖石等。

巖石的結構構造，對巖石的風化也有明顯的影響。當組成巖石的礦物成分相同時，粗粒和不等粒結構巖石易風化；全晶質結構巖石較隱晶質結構巖石易風化；具有定向結構的巖石比非定向結構巖石易風化。

巖性不同，風化產物的性質也不同。如灰巖、大理巖、白云巖、石膏，以及其他生物化學巖，易受化學風化，溶于水中的物質大部分流失，分散在這些巖石中的粘土等雜質，聚集成殘積粘土層；頁巖、千枚巖、板巖可直接風化成粘土層；砂巖、花崗巖、片麻巖可風化成砂土。

3.地質構造的影響

地質構造對巖體風化的影響，主要是在成巖過程、地殼運動及其他次生作用下，巖體內產生斷層、節理、片理、劈理、片麻理、層理、沉積間斷面、侵入體與圍巖的接觸面、巖漿巖的流面等，這些軟弱結構面組成極為復雜的網絡，為水及其他各種風化營力提供通道和活動場所，從而起對巖體加深和加速風化的有力作用。

成因不同的軟弱結構面，其性質及在巖體中的空間分布是不均一的，因此，即使在巖性相同的條件下也會引起巖石風化作用的差異性。在自然界常見的向斜山及毗鄰地區的背斜谷呈相間分布的情況，就是由于背斜核部節理裂隙發育，巖石的風化速度快、深度大，為其他外力地質作用（如地表水的沖刷）提供了有利條件，因此形成谷地。向斜地區則相反，因風化剝蝕作用較弱，反形成正地形。

在影響巖石風化的因素相同時，風化殼底界面起伏不大，并大致與地面起伏相吻合。而在裂隙密集帶、斷層破碎帶、特別是不同方向的斷層交匯處，其風化程度一般強烈且深度也大，從而引起風化殼底界面起伏顯著。圖2-1為三峽三斗坪地區巖漿巖斷裂帶中形成的囊狀風化，斷裂帶弱風化帶的下限要比圍巖平均低20m，最深處相差80m，長度數十米到數百米不等。這樣的地段，將嚴重影響邊坡、壩基巖體及隧洞圍巖的強度和穩定性。

另外，構造特點主要是巖體結構面還在一定程度上控制著風化的形成和風化產物的形式。節理發育的厚層砂巖、塊狀巖漿巖，如被3組以上軟弱面相互切割成多棱角塊體，風化營力沿軟弱結構面發生作用，風化產物成塊狀。其棱角處最易風化破壞，形成大小不等的球狀巖塊，叫球狀風化（圖2-2）。被兩組結構面切割的巖體，風化產物多呈柱狀或針狀。一組結構面較為發育的巖體，如片巖、板巖、頁巖、千枚巖、中薄層砂巖等，風化產物多成片狀或板狀。

4.地形條件的影響

在不同地形條件（高度、坡度、切割程度等）下，巖石風化作用類型、風化速度、風化深度、風化殼厚度及空間分布有明顯差異。

由于氣候具有垂直分帶性，因此，隨著地面高程的不同，風化作用也有明顯差異。這種現象在中低緯度地區表現明顯。如這類地區的高山區，特別是雪線以上地區，以物理風化為主；而在海拔較低的地區，則以化學風化為主，且風化速度大，巖石風化變異較徹底。

坡度即地勢陡緩對風化的影響，主要表現在雖然陡坡地區巖石風化速度較大，但因風化產物易被剝蝕沖刷，風化厚度一般較薄。而緩坡地區，由于地表水及地下水活動較緩慢，風化產物易保留于原地，風化層厚度較大，而且巖石易遭徹底風化而成粘土礦物。例如寬緩分水嶺地區，若地下水埋藏較河谷地區深，其風化厚度往往較河谷地區大；丘陵和低山地區，風化層厚度比高差較大的陡峻山區大。

由于溝谷的切割，加強了風化營力對巖體的側面侵入作用，從而加速了巖體風化，因此，溝谷切割深度及密度較大的地區，巖石風化速度及深度比溝谷不甚發育地區為大。

總之，地形地貌條件對風化殼的空間分布往往起控制作用。相同的地貌單元，風化殼的厚度大致相同，在不同的地貌單元上，風化殼的厚度各異（圖2-3）。

此外，埋藏條件、地殼運動、水文地質條件等也影響風化作用的類型、強度及風化深度等。

地殼運動的特點常控制風化營力的強度。地殼長期處于相對穩定的地區，巖石風化作用較徹底，風化殼廣泛分布，厚度也較大。地殼強烈上升地區，雖然風化速度較快，但在其他外力地質作用強烈剝蝕下，風化產物難以保存在原地。地殼下沉甚至沒于海面以下的地區，風化作用十分微弱，往往為強烈的海蝕或海積作用所代替。

地下水的補給、徑流、排泄條件，地下水的化學成分和埋藏條件等，直接影響風化速度及深度。地下水補給來源充足，游離氧和二氧化碳不斷得到補充。巖石風化產物在徑流排泄良好的條件下隨水流失，促使化學風化不斷地迅速進行，地下水位以上氧化作用強烈，因此，地下水埋藏較深的地區，風化殼的厚度亦較大。

從埋藏條件看，越靠近地表的巖體，風化得越劇烈，向深部則逐漸減弱，直至過渡到未受風化的新鮮巖石。并據此可將巖體劃分出若干不同風化程度的帶。

以上討論僅限于某些特定條件下的一般分析，實際上影響風化營力與巖石的抗風化能力的種種因素的組合及相互影響是極其復雜的。因此，研究一個地區巖石風化特點時，應從實際出發，否則，很難作出正確的結論。

第二節 風化巖體的垂直分帶

一、風化殼的概念

風化殼指的是遭受風化的地殼表層，它是各種風化營力和影響因素綜合作用的結果。由于各種風化作用的營力和影響因素對巖體的侵蝕，首先是從地表開始，然后向地殼內部深入發展，因此愈靠近地表的巖石風化程度愈劇烈，向深處便逐漸減弱，直至過渡到不受風化因素影響的新鮮基巖。這樣，風化殼就是具有一定厚度和結構的風化巖石層帶，在這個層帶內，巖石的風化程度隨其與地表的距離不同而呈現差異。

風化殼的厚度指的是遭受風化的巖體自地表至新鮮基巖的垂直距離。它與巖石的風化深度、風化程度、風化速度是既有區別又有聯系的不同概念。風化深度指的是遭受風化的巖體自地表至新鮮基巖的鉛直距離。當地面近于水平時，風化厚度與風化深度相等；在地面起伏不平時，風化厚度小于風化深度。風化殼的厚度與風化速度也有密切關系。風化速度反映在風化營力作用下原巖變化破壞的快慢，一般而言，當風化速度較快時，在有利條件下，如山坡上的平臺、侵蝕階地面、山脊等較少受到沖刷的部位，風化殼的厚度較大；而在不利于保存風化產物的陡坡條件下，風化殼的厚度較小。當風化速度等于或小于其他外力地質作用的沖刷剝蝕速度時，風化殼厚度等于零。

在正常情況下，即巖性與構造比較均一的地區，外營力對巖體的作用又比較均衡時，風化作用隨深度增加而逐漸衰減，巖石的風化程度也相應逐漸減弱，直至新鮮基巖。具有不同風化程度的巖石，其物理力學性質的變化是不同的，因此，適應建筑物的性能也就不同。風化殼上部，巖石的物理力學性質與原巖差別較大，常不能滿足重型工程建筑的要求。風化殼的下部，巖石物理力學性質與原巖差別甚小。風化殼的中部，巖石的物理力學性質也發生了顯著變化，能否滿足建筑物的要求，視具體情況而定。以上是就風化殼正常結構而言，當出現風化殼異常結構時，則要作具體分析。

二、垂直分帶的意義、原則和方法

1.分帶的意義

風化作用削弱了巖體的物理力學性質。削弱的程度決定于巖體的風化程度。將風化巖體由地表向下，按風化程度不同劃分為若干帶，每一帶內的巖石風化程度是基本相同的，巖石所表現的風化特征是相似的，而帶與帶之間則有比較明顯的差異。這就是所謂的風化巖體的垂直分帶。對風化巖體進行垂直分帶，是風化巖體工程地質研究最主要的內容。

研究風化殼內的風化程度特征及垂直分帶，研究各帶巖體工程地質性質，確定物理力學性質指標，對于選擇巖體的利用高程（建基面），確定邊坡及圍巖開挖方案和采取防護措施等均有重要意義。因為分帶以后，就便于區別對待。這是因為，雖然風化巖石與新鮮巖石相比，其工程地質性質已經改變，強度和穩定性有所降低，但并非所有風化巖石都不能滿足不同類型工程建筑物基礎的要求。通常的情況是，只有那些風化得比較強烈，物理力學性質較差的部分不能滿足要求，需加處理。而那些風化比較輕微，物理力學性質還不太壞的部分，經研究計算，能保證建筑物穩定者，就不必處理。這樣區別對待，既能保證建筑物的安全，又符合經濟的原則，是具有很大實際意義的。

2.分帶的原則和方法

在整個風化殼垂直剖面上，從地表劇烈風化的巖石到地下新鮮基巖，既有質的區別，又是逐漸過渡的，因此，反映不同風化程度的界限不可能是很確切的。對其進行工程地質分帶，應該既能反映巖石原有的和新產生的各種特征與性質的變化規律，以及這種特征的階段性和明顯差異性；同時又要結合具體的物理力學性質指標，以適應工程建筑的實際需要。可見，巖體風化程度的劃分是個很復雜的問題。

但是，長期以來人們只是根據風化巖體的某些特征和經驗，憑肉眼觀察對風化巖體進行定性評價。這種方法有極大的主觀性，已不能滿足工程上的要求。因此，必須進一步研究出定量評價指標和測試方法，向定量化方向發展，力求做到這種劃分有一個客觀的標準。

當前，在劃分巖石風化帶時常用的指標有以下所述。

（1）顏色。在風化剖面上，巖石的風化程度，外觀上首先表現為顏色的差異。實際上這是巖石在風化過程中原生礦物變異和次生礦物形成的綜合表現。如有些礦物在新鮮時為灰綠色，隨著風化程度的加深逐漸變為黃綠色、黃褐色、棕紅色、紅色，這反映了礦物中低價鐵的氧化和高價鐵的富集過程。因此，可以根據顏色判斷風化程度。

（2）巖體破碎程度。地表附近巖體破碎程度常反映巖體的風化程度，因為風化作用能使巖體的原有裂隙擴大加深，并形成新的風化裂隙，進而使巖體破碎，隨著風化程度的加深，完整堅硬的巖體依次變成大塊狀、碎塊狀、砂狀及土狀。

在風化垂直剖面上，破碎程度不一的風化產物，自上而下依次為：粘性土或以粉粘土為主夾砂及碎石；砂為主夾粉粘粒及碎石；碎石、碎塊為主夾砂及大塊石；大塊石為主夾碎石。

巖體的破碎程度還反映原巖結構構造改變的程度，而原巖結構構造改變程度反映風化程度。風化較輕時，原巖的結構構造仍能保持；而當風化較深時，原巖的結構構造就模糊不清，以至發生質的變化。

（3）礦物成分的變化。從巖石的礦物成分來看，巖石的風化過程就是巖石原生礦物的變異與新的次生礦物的形成過程，因此，礦物成分的變化反映巖石的風化程度。對于結晶類巖石來說，礦物成分的變化，是巖石風化程度的重要標志。隨著風化程度的逐步加深，不穩定礦物、較穩定礦物依次遭到風化，穩定礦物以松散狀殘留原地。如花崗巖遭風化時，首先是不穩定的黑云母剝落，巖石表面形成斑點狀小坑，然后長石遭受風化。當黑云母和長石已成為高嶺石后，穩定的石英、白云母等便成砂粒狀殘留原地。

（4）水理性質及物理力學性質的變化。風化巖石水理性質及物理力學性質的變化，是巖石遭受風化過程中，原巖物質成分和結構構造發生變化的綜合反映。在風化殼的垂直剖面上，風化巖石由下而上的變化趨勢是：孔隙性和壓縮性由小到大；強度由高到低；吸水性由弱到強；透水性的變化則較復雜，一般是中部較大，上部和下部較小。采用風化巖石的水理性質及物理力學性質指標的變化進行風化殼分帶，是定量評價不同風化程度巖石的重要標志。

具體的評價指標有：單軸抗壓強度、點荷載、空隙率、吸水率、透水性等。有的采用某個指標，有的采用幾個指標；有的采用指標的絕對值，有的采用指標的相對值。

下面簡要介紹原水利電力部成都設計院科研所1964年提出的一種用巖石風化程度系數評定巖石風化程度的方法。

他們提出了巖石風化程度系數（Ky）的公式，即

式中 Kn＝n1/n2（孔隙率系數）；

KR＝R2/R1（強度系數）；

Kw＝w1/w2（吸水率系數）；

n1、R1、w1——新鮮巖石的孔隙率、抗壓強度、吸水率；

n2、R2、w2——風化巖石的孔隙率、抗壓強度、吸水率。

利用風化程度系數Ky分級，見表2-1。此方法與傳統方法比較，大多數是吻合的，故認為以定性分級為基礎，補充定量分級，可以消除人為誤差。

但是風化程度系數Ky只是表示巖石風化程度深淺的一個相對指標，而不是絕對值，故在工程實踐中仍不好利用，因此，他們又提出了風化巖石利用系數（KD）概念，把風化巖石的強度（RD）值與較弱巖石的強度（R＝300×105Pa）進行比較，即

當KD≥1，即可供工程利用。而對中小水電工程、輔助工程、附屬工程，KD值甚至還可視具體情況降低。

上述方法比單純定性分級方法要先進，但在實際應用中仍有不少困難，如對嚴重風化巖石的取樣、試驗等均難按常規方法進行。

國外一些工程地質工作者，在對點荷載試驗用于劃分巖石風化帶的探索中發現：通過點荷載試驗測定的巖石抗拉強度，與巖石的風化程度是相互對應的。由此，木宮一邦提出了用風化抗拉強度指數Bs作為巖石風化分帶指標

式中 St——風化巖石點荷載試驗抗拉強度。

由于點荷載試驗方法簡便，可采用小型輕便的試驗機，試驗能在現場進行；可利用不規則形體的試樣，這就不僅節約了時間，降低了成本，而且可以填補用常規試驗無法進行的低強度和嚴重風化巖石強度的測定空白。因此，用點荷載試驗成果進行巖石風化分帶是個好方法。

（5）聲波特性。不同巖性及不同風化程度的巖石，傳導震動波的特性是不同的。因此聲波特征可作為風化巖石分帶的指標。

目前國內外已采用聲波法測定巖體的工程地質特性，并據此對巖石風化程度分級。日本學者于1962年提出了聲波法。即用聲波法在室內外測定同種巖石動彈模量數值，由此計算“裂縫系數”和“堅固度”，從而對巖石風化程度進行分級。

裂縫系數

堅固度

式中 Ed——室內巖石動彈模；

——野外巖石動彈模。

分級如表2-2。

我國利用聲波法進行風化巖石分帶的研究也已取得可喜成果。由于聲波在風化程度不同的巖體中傳播速度及波速曲線形態不同，因此可將其作為風化巖石分帶的依據。如某壩址地基為前震旦紀結晶巖，經大量聲波測井工作，得到不同風化帶縱波速度如表2-3所示。

同一風化帶內的巖石風化程度也是不一致的，而不同風化帶巖石風化程度的差別，只是風化程度不同的巖石所占比例不同罷了。這種比例不一樣，決定了風化程度不同的巖石的組合關系也不一樣。是相互摻雜還是相間分布，均可在聲波曲線形態上得到反映（圖2-4）。

一般來說，在劇風化帶巖體中，縱波速度（Vp）值跳躍范圍不大，低跳點多而較集中，聲波曲線形態以不規則短尖刺狀鋸齒或方形鋸齒形態為主。

在強風化帶中，當堅硬、半堅硬碎塊狀巖石與疏松巖屑相互摻雜時，聲速曲線呈不規則尖刺狀鋸齒形態；當堅硬、半堅硬碎塊與巖屑相間分布時，聲速曲線呈寬葉形尖刺狀鋸齒或小尖刺復合組成的總體形態為方形的鋸齒形態。

在弱風化帶內，堅硬塊、球體的聲速值高，而風化裂隙及疏松碎屑的聲速值低，聲波測井曲線反映Vp跳躍范圍大且密，一般成緊密排列的長尖刺狀鋸齒曲線。當疏松碎屑及風化裂隙較發育時，形成短尖刺組成的方形鋸齒曲線。

在微風化帶中，因巖體風化甚微，聲速Vp值高，且自上而下聲速曲線擺動幅度較小。

利用聲波法研究巖石風化有如下優點。①能對風化殼自上而下連續測試，通過聲波值及聲波曲線形態的連續變化，進行風化殼分帶的定量標志比較清晰，便于解釋。②聲波法能與巖石其他物理力學指標建立定量關系，使風化帶與工程建筑的要求更好地結合起來。③方法簡單易行。

（6）超聲波特性。1966年，保加利亞學者提出了超聲波法。他們根據實驗室中測定的巖石超聲波速度與相應的巖石物理力學性質指標關系，提出用風化系數（K）評定巖石的風化程度

式中 Vo、Vw——分別為新鮮巖石和風化巖石的超聲波速度值。

若K＝0，表示巖石未風化；K＝1，則巖石完全風化。

據此，他們對二長巖進行了風化程度分類，見表2-4。

（7）鉆探掘進及開挖中的技術特性。風化程度不同的巖體，其完整性和力學強度不同。故鉆探方法、鉆進速度、巖心采取率、掘進方法及其難易程度是不同的。因此它們也可以作為評價巖石風化程度的指標。

在實際工作中，以上指標要互相結合，綜合考慮，并根據原巖的性質，風化后的特征等，選擇某些指標為主，其他指標為輔，這樣，才能使風化巖體分帶充分反映客觀規律性。

三、風化殼垂直分帶

在一個正常而保留完整的風化殼中，可以表現出巖石的風化程度自上而下逐漸減弱，以及底部界線與地表地形大致平行的總規律。此時，風化殼通常被劃分為四個帶，即劇（全）風化帶、強風化帶、弱風化帶和微風化帶。表2-5所列舉的分帶為目前一般公認的標準，多數單位在實際工作中加以采用，可供參考。

應當指出，在自然條件下，風化殼的結構可以出現異常。其主要表現有以下三種情況。

（1）風化程度突變。即在剖面上巖體的風化程度不是由上而下逐漸連續地減弱，而是缺失或者重復了某些部分。引起這種現象最普遍的原因是巖性突變。如在構成風化殼的巖體中夾有抗風化能力明顯較高的巖石，則風化程度至此即突然減弱，其下又夾有抗風化能力較低的巖石時，則風化程度出現重復現象。例如在葛洲壩地區白堊系紅色碎屑巖中，當下伏有抗風化能力較高的粉砂巖時，如圖2-5所示，往往使風化殼中缺失弱風化帶。而當粉砂巖中夾有抗風化能力較低的礫巖層時，則造成了相同風化帶重復出現，見圖2-6。

（2）底部界線突然加深，形成風化槽或風化囊。總的來說，這是由于巖體中分布有抗風化能力較低的巖石所致。沿斷層帶或軟弱巖脈等常見到這種現象。

（3）夾層風化。在風化巖體中夾有成層狀風化明顯強烈的部分，它們存在于巨厚的風化輕微或基本未風化的巖體下面。如存在于巖層不整合面上的古風化殼、各種易風化巖脈、軟弱夾層，均可形成這種夾層狀的風化結構。

對這些異常的風化結構，在實際工作中要慎重對待。

第三節 防治措施

由于風化作用惡化了巖體工程地質條件，對工程建筑造成很大的危害，因此，在進行工程建設時，對巖體風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、開挖清除

為了消除風化巖層對建筑物穩定性和滲透性的影響，需將建筑物地基中的風化層清除。開挖清除的深度，應根據巖石風化程度、風化層厚度和建筑物對地基的要求確定。當風化殼厚度較小，如僅數米，施工條件簡單時，可將風化巖石全部挖除，使建筑物基礎砌置在穩妥可靠的新鮮基巖上。當風化殼厚度較大，如數十米甚至更深時，若全部挖除風化巖石，既不經濟合理又無必要，這時應視具體情況慎重考慮。對于荷載不大，對地基要求不高的建筑物，劇風化帶也能滿足要求時，亦不用挖除，而只需選擇合理的基礎砌置深度；而對重型建筑物，特別是重型水工建筑物，對地基巖體穩定性要求較高，基礎不能砌置在風化程度較深的巖體上，其挖除深度，應視建筑物類型及等級與風化巖石的物理力學性質的適應性而定。要挖除的是那些物理力學性質變得足以威脅到建筑物穩定性的風化帶。

地基中如存在不能滿足工程要求的囊狀或夾層風化，其深度不大時，在可能條件下應將其挖除，當其深度較大，挖除在經濟和技術上都不合理時，可用混凝土蓋板或拱塞等進行處理。

二、固結強化

為了提高風化巖層的強度，減弱其透水性，通常采用水泥固結灌漿和帷幕灌漿。當風化殼很厚，開挖工作量大而且施工困難時，也可采用清除與灌漿相結合的措施，即可將影響建筑物穩定的嚴重風化層清除，而對未清除的微弱風化帶，根據工程要求進行灌漿處理。

三、預防風化

一般情況，巖石風化速度較慢，在工程使用期限內不致因風化而降低建筑物地基的穩定性，但是有的巖石風化速度較快，開挖出露地表的新鮮基巖，在數年或數月甚至數日內就會因風化作用而發生顯著變化。因此，對于基坑開挖后易于風化的巖石，在工程使用期內因風化而不能滿足建筑物要求的巖石，必須采取預防巖石風化措施。

為了選擇合理而有效的措施，首先要查明促使巖石變異的風化營力、風化巖石的特性及建筑場地的工程地質條件，并考慮措施本身在經濟上的合理性和技術上的可能性。

預防措施的實質是將風化營力與被保護的巖石隔絕，或是降低風化營力的強度，使巖石免遭繼續風化，或減慢風化的速度。具體措施應根據影響巖石風化的主要因素，選用相應的材料，如水泥砂漿、混凝土、瀝青、粘土或砂等覆蓋巖石表面。

在基坑開挖中，當達到設計高程時，應立即澆筑基礎，回填封閉。或在達到設計高程前預留保護層，待澆筑基礎的工作準備妥當后，再挖至設計高程，然后迅速回填封閉。

復習思考題

1.研究巖體風化有何重要工程地質意義?

2.風化對巖石的工程地質性質有哪些影響?

3.影響巖體風化的因素有哪些?它們各是如何起作用的?

4.理解風化垂直分帶的意義和原則。

5.掌握風化殼垂直分帶的基本方法。