[科普中国]-岩石风化程度

简介

风化是引起岩石力学性能劣化的主要因素，较准确地确定岩石的风化深度、对岩石的风化程度进行准确的评价、划分有十分重要的意义。目前，岩石风化程度的评价、划分，岩石风化深度的确定大多采用工程地质定性方法，从岩体结构、岩石颜色、矿物成分、破碎程度、掘进的难易程度等方面通过综合分析予以确定。1

岩石风化程度的划分及工程特性研究，对于大型水电工程、高层建筑、道路桥梁等工程建基面的选择以及地基基础设计施工方案的确定起着关键性作用，对评价围岩的稳定和边坡工程亦具有重要意义。1

风化程度评价按照岩石风化的特征和深浅，将风化程度分为五级：未风化、微风化、中等风化、强风化和全风化。

目前，岩石风化程度的划分多采用的是工程地质定性的评价方法，从石灰岩的结构 、矿物成分、灰岩颜色、掘进难易程度、破碎的程度等方面进行综合分析确定。但是，仅依赖这些不确定的定性的依据进行岩石风化程度的划分具有很大随意性，尤其当在两个风化的等级间存在着渐变关系的时候，对划定分界线产生很大的困难。因此，尽快研究并发展定量的分析评价方法是十分必要的。

目前经常用对岩石地质性质较敏感的物理和力学性质指标对岩石风化程度进行定量评价，通过现场或室内测试岩石的单项物理力学性质或综合的指标进行岩石风化程度分带。由于岩石的类型千差万别，影响岩石风化的因素也很复杂，各种岩石风化的速度和风化后的形态变化也不同，因此很难建立一套统一的、定量的划分岩石风化程度的标准。尽管目前给出的物理力学定量指标使岩石风化程度的划分有了定量的依据，但这些是非常初步的。因此岩石风化程度的划分应当利用定量指标和定性描述相互结合的方法 ，两者相互印证来积累采用定量的指标划分岩石风化程度的相关经验。2

定性划分岩石风化程度的定性划分是指从岩石的结构、矿物成分、掘进难易程度、破碎的程度等野外特征进行综合分析确定，受人的经验和主观因素的影响较大。对岩石的五级风化程度作如下划分：

(1) 未风化：岩石岩质新鲜，偶见风化痕迹，岩石组织结构未变。

(2) 微风化：岩石岩质新鲜，沿着节理面有些铁锰质渲染的痕迹或略有变色，有少量的风化痕迹，没有疏松物质，矿物质和岩石的组织结构基本没发生改变。

(3) 中等风化：岩石构造层理清晰，但被节理裂隙切割成岩块状，裂隙里填充着少量风化物；结构部分破坏，矿物质的成分基本没发生变化，只沿着节理面出现了次生矿物 ；锤击声音脆，岩体不容易击碎，用镐难挖掘，岩芯钻方可钻进。

(4) 强风化：岩石岩体被节理的裂隙分割为成块的碎块状；岩体结构大部分被破坏 ，构造层理不清晰，矿物质成分显著发生变化；锤击声音哑，碎岩可以用手折断，干钻不容易钻进，用镐可以挖掘。

(5) 全风化：岩石岩体被节理的裂隙分割成了散体状；岩体结构基本被破坏，只有外观仍保持着原岩状态；碎石可以用手捏碎，用镐可以挖掘，干钻可钻进。2

定量划分波速比和风化系数波速比是指风化岩石与新鲜岩石压缩波速度之比，风化系数是指风化岩石与新鲜岩石饱和单轴抗压强度之比。这两种指标对岩石风化程度的划分如下：

（1）未风化：波速比在 0.9～1.0 之间，风化系数在 0.9～1.0 之间。

（2）微风化：波速比在 0.8～0.9 之间，风化系数在 0.8～0.9 之间。

（3）中等风化：波速比在 0.6～0.8 之间，风化系数在 0.4～0.8 之间。

（4）强风化：波速比在 0.4～0.6 之间，风化系数小于 0.4。

（5）全风化：波速比在 0.2～0.4 之间。2

微观结构判别指标岩石经过风化作用后，在微观上会有许多异于原岩体的特征。比如微裂隙的发育特征 、微观结构的构造、矿物质的黏土化以及其他次生变化的程度等。分析并研究风化岩石的微观特征，即可判别岩石的风化程度。目前存在的方法是通过在显微镜下观察岩体裂隙的发育状况和衡量方解石的次生蚀变程度来判别岩石风化程度。

风化的裂隙是岩石风化程度很重要的判别标志。这种微裂的缝隙具有不规则发育、无方向性、被氧化铁充填、延伸性差等特点。将岩样在显微镜下观察，根据裂隙的不同状态即可判别出不同的风化程度。

采用方解石次生蚀变率来衡量次生变化的程度，是指已风化方解石所占体积的百分含量。具体确定岩体的次生蚀变率时，先估计岩体标本薄片里已风化的方解石面积，再计算风化方解石的薄厚。其中计算方解石已风化厚度的依据是因吸收氧化铁成份导致的红褐色调的变化、表面明暗的程度和在正交的偏光镜下的一些光学特性。

综合显微下裂隙的发育情况以及方解石次生蚀变程度，岩石的风化程度划分如下：

（1）未风化：无风化裂隙，原生构造结构清晰；少量的方解石存在黏土化现象，方解石新鲜明亮，次生蚀变率小于等于 5%。

（2）微风化：显微镜下裂隙偶见，岩石结构清晰；方解石的表面局部有黏土覆盖着 ，色调明亮，次生蚀变率在 5%～30%之间。

（3）弱风化：显微镜下裂隙较少，岩质结构较清晰；方解石的表面大部分被黏土所覆盖 ，色调不太明亮，次生蚀变率在 30%～70%之间。

（4）强风化：显微镜下岩体裂隙很发育，岩石原生的结构模糊不清；方解石的表面完全被黏土所覆盖，色调不明亮，次生蚀变率在 70%～95%之间。

（5）全风化：岩石原生的结构构造消失；方解石的轮廓消失，全部变成黏土矿物，次生蚀变率超过 95%。2

黏土矿物组成判别岩石经过化学的风化作用，其矿物质成分会发生变化，形成各种新次生矿物。其中黏土矿物的发育特征是划分岩石风化程度的重要标志。岩石主要成岩的矿物质在风化的过程中会表现出来阶段性特征，主要的硅酸盐经过风化后，会逐步向最终稳定的矿物质转化 。在转化过程中会经历相当长的时间，并且会通过许多中间的过渡性矿物质来分阶段实现。这一些风化阶段则能够反映出岩石不同的风化程度。因此可以根据黏土的矿物成分和风化作用的转变阶段来划分岩石风化程度。2