工程地质学的一个新课题关于岩石风化速度的定量研究

岩石风化是一种常见的地质现象。有关的研究成果也很多,但岩石风化速度定量的研究成果却是风毛麟角。实际上关于石质文物的长期保护和石质工程长期稳定性等研究都十分需要它的支持,原因也许在于在自然条件下难以有足够长的时间进行岩石风化实验。本文将讨论有关岩石风化速度定量研究的重要性,并提出相应的研究方法,以推动这一新的研究课题的开展。     

衢州古城墙通仙门不同岩性岩石砌块相对风化速度研究

岩石的长期风化作用会造成岩石表面的剥落,这将导致石质文物产生无可挽回的破坏。为了更好地保护它们,需要开展在相同风化环境下岩石风化剥落深度和相对风化速度及其与不同岩性关系的研究。本文以衢州古城墙通仙门的多块岩石砌块为研究对象,利用自制的测量仪器,对不同岩性岩石砌块风化剥落深度和风化速度进行了研究; 通过分析量测结果得出凝灰岩、砂岩、砾岩、含砾砂岩和粉砂岩相对灰岩的风化速度分别为0.005～0.059mm a-1、0.032～0.097mm a-1、0.004～0.058mm a-1、0.021～0.033mm a-1 和0.015mm a-1。研究结果表明:在相同的风化环境之中不同岩石砌块的风化速度从大到小排序为V砂岩V凝灰岩V含砾砂岩 V砾岩V粉砂岩V灰岩,即岩石抗风化能力从强到弱为:灰岩粉砂岩砾岩含砾砂岩凝灰岩砂岩。由此,为石质文物的长期保护以及制定相关的保护措施提供了重要的理论依据。     

云南尖山磷矿风化带的特征及其风化速度的研究

云南尖山地区下寒武统磷块岩的风化带广泛发育，其规模、产状、风化程度及风化带中元素的迁移规律均与水文地质条件密切相关。元素迁移相对强度曲线揭示了该风化带的发展过程及风化速度。对深层风化带的研究具有实际意义，应予重视。     

岩石风化与岩石化学成分的变化研究

研究岩石风化过程中岩石化学成分的变化规律,对于进一步研究岩石的风化机理以及岩石的物理力学性质变化过程有着十分重要的意义.本文通过对湘西地区陡山沱组黑色岩石不同风化程度的化学成分分析研究表明,岩石中的化学成分将随风化的进行而不断发生变化,在一定程度上反映了陡山沱组黑色岩石风化过程中其化学成分的变化趋势.     

龙游石窟洞室围岩长达8a的风化速度及风化时限研究

本文以龙游石窟围岩表面凿痕为研究对象,采用压模法,自2004年开始,每4a一次对凿痕进行了3次测量,提取了凿痕的几何特征曲线,并量化了其几何特征。通过不同时间的测量结果对比,对洞室围岩的风化速度进行了研究,并对洞室围岩凿痕的风化趋势给出了预测。研究结果表明,在2004~2012年8a内的平均风化速度0.28~0.5mma-1,最大风化速率为0.46~0.89mma-1。且后4a内的平均风化速率要小于前4a的风化速率。洞室内凿痕在目前环境条件下的风化时限为30a左右,即其可保持的时间尺度在百年范围内。换句话说,在近百年后,洞室内的精美凿痕将消失殆尽。基于此,本文提出了减缓风化的初步建议。该成果可为更好地保护龙游石窟、科学开发国家古文物、减少管理风险提供科学依据。     

洛阳龙门石窟围岩风化特征研究

对洛阳龙门石窟围岩风化特征及风化作用影响因素进行调查研究,指出目前围岩风化作用主要为生物风化和物理风化作用,并进一步对其风化机理进行了探讨。以往研究结果认为风化作用主要类型为物理风化作用,本文研究表明,目前由于西山山顶植被的不断发育,随着植被根须机械破坏作用及植被腐殖质分解的产物引起岩体解离的生物化学破坏作用日益加剧,生物风化作用亦已成为风化破坏主要影响因素,应引起有关部门注意。     

关于衢州古城墙通仙门凝灰岩砌块相对风化速度的研究

岩石风化速度历来受到工程地质学界和地貌学界的关注, 但由于岩石在自然条件下的风化速度很慢, 通常很难测到定量化的结果。为了研究衢州古城通仙门城台基座的凝灰岩砌块的相对风化速度, 作者利用与之相邻的石英砂岩水平砌块和它之间风化厚度的比较来估算凝灰岩相对于石英砂岩自明代筑城开始至今的相对风化速度, 得出平均风化速度为0.086mmA-1的结论。     

从岩石到土壤再到水系沉积物：风化过程的岩性地球化学基因

不活动元素的稳定性使得风化岩石、土壤和水系沉积物等风化产物能够保留新鲜母岩的元素特征,它们之间的含量变化趋势有可能从母岩传递到其风化产物中,这类似于生物学中基因遗传。仿照生物学中基因的特性提出了地球化学基因的概念及其构建方法,为了比较地球化学基因的相似程度进而提出基因相似度的概念及其计算方法。以风化过程中11种不活动元素为例,基于中国酸性岩、中性岩、基性岩的元素丰度数据构建了表征岩石及其风化产物地球化学特性的岩性地球化学基因,其元素序列为：Al2O3→SiO2→P→Ti→La→Fe2O3→Th→Zr→Nb→Y→U。利用豫西熊耳山地区安山岩风化剖面、残坡积—沟系土剖面、化探详查水系沉积物和区域化探水系沉积物4种比例尺尺度的样品对构建的岩性地球化学基因进行了检验,结果发现岩性地球化学基因在风化过程中具有很好的遗传性(从岩石到风化产物)和继承性(从土壤到其源岩),利用岩性地球化学基因可以对土壤样品进行物源示踪。源自同一母岩的水系沉积物和土壤之间在岩性地球化学基因方面具有很好的相似性(同源风化产物之间)。基于中国区域化探水系沉积物调查数据,可以构建岩性地球化学基因库来对岩石及其风化产物样品进行溯源分析,在地质、环境、法庭等科学领域具有潜在应用前景。     

晋阳大佛边坡岩体风化分级研究

洞窟、造像等大型石质文物大多开凿在露天岩体崖壁上,风化病害是这类石质文物的主要病害之一,已经影响到了文物的传承。因此,开展石质文物风化分级的研究对于制定相应的保护措施具有重要的现实意义。目前,对石质文物风化的形态、机理、影响因素的研究较多,也取得了一些成果,但大多是依据对文物外观和岩体的某项指标进行风化分级,缺乏全面性。本文从岩体外观、岩体结构和岩体物理力学性质三方面出发建立了石质文物风化分级的指标体系,通过结合前人的研究成果并进行现场的实验研究,建立了风化等级的分级标准,将层次分析法与模糊数学理论结合起来,提出了一套兼顾岩体文物特性和工程特性的石质文物岩体风化分级方法。论文进一步将这套方法应用于太原晋阳大佛岩体风化分级研究,对于大佛边坡岩体的风化程度进行了评判,为大佛的重修提供了重要的依据。     

湘西地区陡山沱组黑色岩石风化与物理力学性质的变化特征

湘西地区陡山沱组黑色岩石因其特殊的矿物成份和地理位置,其风化作用具显著特征,即化学风化和物理风化作用相伴、相互促进.化学风化产生的矿物质一部分流失,一部分迅速结晶,形成物理风化作用,均造成岩石不断破碎,裂隙加深,因而又促使各种风化作用更加深入到岩石之中.这种风化所造成的岩石物理力学性质变化,将对岩土体的工程稳定性造成很大的影响.因而研究岩石风化后的这种变化有着十分重要的意义.本文对湘西地区陡山沱组黑色岩石不同风化特征进行了深入研究,结合其物理力学试验以及大量的点荷载强度试验结果,分析研究了岩石风化过程中物理力学性质的变化特征,提出了在该类岩石地区进行工程建设时应采取的措施.     

桂柳高速公路边坡稳定性二级模糊综合评价

根据桂柳高速公路大量的实际数据分析，论证控制边坡变形破坏的主要影响因素及影响程度，其中地形地貌、地质环境、气候条件是基本因素，而人类活动对边坡变形破坏形成起加速和诱发作用，同时针对目前边坡稳定性评价及预测中指标选择及评价方法的不足，指出边坡稳定性评价指标具有分级的特点，并应用模糊数学知识，建立了边坡稳定性二级模糊综合评价模型，该模型包括了3个层次(目标层、因素层、因子层)、4个因素(地貌、地质、气候、人为作用)、14项因子，然后通过实例检验，证实该模型的实用性和有效性，最后用模型对桂柳高速公路路段内边坡稳定性进行了模糊综合分区。     

宁杭高速公路东芦山超高边坡岩体特征分析

对东芦山的岩石成因、结构构造,以及物理力学性质等特征进行研究,指出该类岩石在变形特征上可视为均质弹 性各向同性体。依据边坡区岩体构造的基本特征、空间产状、原生结构面性质及分布规律,对东芦山边坡岩体工程地质岩 组和岩体结构类型进行划分。并在此基础上建立东芦山边坡岩体的地质模型。     

水下岩质边坡稳定性计算模式的探讨

论文讨论了水下岩质边坡稳定性分析中平面型滑动及其边坡后缘出现拉张裂缝等两种计算模式,着重分析了水下岩质边坡的受力机理,推导了考虑动水的水流速度及不同的滑动面倾角等水下岩质边坡稳定性评价公式,得到了岩质边坡稳定系数与水流速度的关系曲线和岩质边坡稳定系数与滑动面夹角的关系曲线.通过实例计算,讨论了水下岩质边坡后缘出现拉张裂缝后稳定性评价的主要影响因素及其变化规律.当考虑水流速度对边坡的作用时,边坡的稳定性明显下降.     

冷生风化作用对边坡稳定性影响

The experiment shows that considerable influence on density rock properties are subjected by nival weathering conditions. The main parameter defining the rock suitability for solution various engineering and geological problems is its firmness limit on single axis pressing. The firmness properties of sandstone being in absolutely dry condition for Kabakta suite at the beginning of investigation was 64.7 MPa, for Nerungri suite sandstones it was 48. 7 MPa. The investigations showed how much the nival conditions of cryohypergenesis of rock sandstones in Kabakta and Nerungri suites have destructive influence in comparison with aquale and more over aerale conditions. In the aerale conditions sedimentary rock firmness of Kabakta suite decreased to 23.2 MPa, in aquale conditions to 16.5, and in the nivale conditions to 8.9 MPa. In Nerungri suite sandstones are according to 17.7 MPa, 11.1 MPa, and 6 MPa after 300 freezing and thawing cycles. The common sandstone firmness decrease of Kabakta suite was 25 %,of Nerungri suite it was 23.8%. Marlstone samples after 400 FTC decrease to 62% in the nivale conditions and to 33 % in the aerale conditions. After 3～5 years of exploitation marlstone will destruct due to structural and textural inhomogenesis up to gruss, i.e. it will not meet the requirements of durability.Judging by the results of carried out experiment it should be concluded that by cryogenic weathering the sedimentary rocks (sandstones) and rocks with schistose lithogenic texture (marlstone) are subjected to disintegration. The primary rock samples firmness considerably influences on the disintegration rate.     

岩体波速与坝基岩体变形模量关系

岩体变形模量是岩体工程设计最重要的参数之一,尽管其可以通过各种现场试验来获得,但因其耗时、费力、投资大,使得许多中小型工程及大型工程的初步设计阶段无法通过试验来得到这一参数。因此,许多研究者建立了诸多岩体变形模量与岩体物理力学参数或岩体质量分级之间的相关关系,如岩体变形模量与RQD、RMR分级、Q分级、岩体纵波速度等之间的关系,从而利用这些关系估算岩体变形模量。总结了已有估算岩体变形模量的各种方法,讨论了其应用条件及预测结果,重点分析了利用岩体纵波速度估算岩体变形模量的方法及存在的问题,并以玛尔挡坝址为实例,建立了相关预测公式。通过与已有估算方法的对比研究,阐明了各种方法预测结果的异同,表明其建立的估算公式与Barton等公式具有较好的一致性,可以用来估算岩体的变形模量     

碳酸盐岩风化壳岩-土界面风化作用机制——淋溶模拟实验的初步研究

碳酸盐岩风化壳通常呈现出清晰突变的岩-土界面,成为直接利用野外地质剖面的发育特征探索碳酸盐岩风化作用过程的障碍。本文选择贵州中部及湘西的4条典型碳酸盐岩原位风化壳的岩-土界面作为研究对象,模拟干热风化条件(即气候温暖或炎热、排水条件良好的风化状态),在24～29.5℃的环境温度下,利用饱和CO2水对各剖面岩粉层样柱开展了系统的淋溶实验研究(淋溶终点以碳酸盐完全溶蚀为标志)。通过对淋出液中主要造岩元素和淋溶残余物的动态取样分析,初步揭示了碳酸盐岩风化壳岩-土界面的风化作用机制。结果表明:①碳酸盐岩风化壳岩-土界面风化过程中,碳酸盐的溶蚀和酸不溶物的分解是同步进行的,在碳酸盐淋溶伊始,酸不溶物已表现出明显的风化倾向;②排水条件良好的风化环境下,由硅酸盐等酸不溶物组分分解溶出的盐基离子及Si等元素更易随风化溶液淋失,使得在风化残余物中难以形成蒙脱石、伊利石、高岭石等自生粘土矿物。酸不溶物相的其他造岩元素中,Ti和Al为惰性元素,Fe为弱迁移元素,Mn和P表现出明显的活性;③碳酸盐岩岩粉层的水-岩作用过程中,当碳酸盐含量对水-岩反应而言过量时,碳酸盐的溶蚀强度主要受岩粉层质地的制约。粒度粗,渗透性强,水-岩作用时间短,碳酸盐的溶蚀量低,反之亦然。而酸不溶物组分对于水-岩反应而言,在整个淋溶周期内都是不足的,其含量成为制约水-岩反应强度的主要因素。     

岩体基本参数对岩质边坡变形的影响

文章利用有限差分程序FLAC,定量化讨论了边坡岩体(软岩)的变形模量、泊松比、密度、粘聚力、内摩擦角、边坡高度等参数对软岩边坡变形的影响。研究表明,边坡位移随变形模量E的增大而减小;泊松比μ的增加,则会引起x方向的位移的增加,y方向的位移减小;而岩体密度对岩石边坡位移的影响甚弱。边坡岩体的粘聚力c对边坡变形的影响程度与岩体的其他参数间存在很大关系。内摩擦角对边坡位移的影响大小,则取决于粘聚力c的取值。此外,随着边坡高度的增加边坡变形则会随之增加。其中x方向位移变化对边坡高度的变化更为敏感;同样,在边坡岩体其他参数不变的情况下,边坡倾角越大,边坡变形也越大。     

卸荷过程岩体中弹性波波速变化分析

伴随岩体卸荷过程,岩体内部应力状态要进行调整,同时岩体内部几何结构也要发生变化。由于卸荷过程应力状态变化很复杂,文中利用卸载过程中岩体内部几何结构的变化来反映卸载过程,通过岩体几何结构对弹性波传播的影响来分析卸载过程的波速。为考虑弹性波作用下局部裂纹的相互作用,采用双裂纹模型近似分析。在双裂纹体系内部采用“相互作用”分析法,以部分考虑波在岩体内的多次散射;在双裂纹体系之间采用线性叠加分析法,以考虑岩体中缺陷影响的局部化。通过节理裂隙的张开程度和节理裂隙的张开率描述卸载过程对双裂纹体系的影响,由此,对比分析了开挖卸载过程中四种不同的玄武岩与主频25 kHz和主频1 kHz对应的弹性波波速的变化。结果表明,随着卸载过程的推移,主频25 kHz声波和主频1 kHz地震波对应的相对波速逐渐减小,但声波波速的减小幅度要比地震波减小的幅度小,声波波速可以降低到原来的80%,而地震波波速可以降低到原来的50%。结论对于水利工程、隧道工程等建基面的验收和评价有很好的指导意义