花岗岩风化作用的主要研究成果综述.doc

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1、花岗岩风化作用的主要研究成果综述 摘要风化花岗岩是工程建设中-类极具特殊性的岩(土)体，它们的特殊性导致边坡极易发生崩岗、变形和滑塌等地质灾害。本研究从工程的角度出发对花岗岩风化作用的主要研究成果进行了梳理，指出花岗岩风化程度的工程判别方法和边坡的稳定性识别方法均存在缺陷，而边坡的治理方案也亟需完善。 关键词 花岗岩 风化作用 边坡工程 稳定性花岗岩在我国广泛分布，该类岩石出露于地表并因风化作用而发生岩石工程力学性质劣化1.引起花岗岩工程性质劣化的地质作用可划分为物理风化和化学风化，它们是导致花岗岩地区水土流失的根本原因2.在风化花岗岩分布地区，地质灾害时有发生并以边坡的崩岗、变形和滑塌最为常

2、见2, 3.在花岗岩地区，风化边坡的地质灾害常常导致人员伤亡和财产损失，这也引起了研究人们的广泛重视2-5, 7, 8.因此，本研究从工程的角度出发对花岗岩风化作用的主要研究成果进行了综合评述，以期为花岗岩边坡的工程的勘察、设计和治理提供借鉴。1 花岗岩风化机理岩石是由矿物晶粒及晶粒间接触（胶结）构成的，化学风化作用的实质是晶粒之间的联系被逐渐削弱、颗粒间晶格被腐蚀并伴随溶蚀物质被带走。对花岗岩来讲，物理风化作用导致了岩石的破碎和连续性降低，而化学风化则导致其地球化学组成和矿物组成的变化。从地球化学的角度来看4,花岗岩花岗岩的化学风化作用始于原生铝硅酸盐矿物的水解、水化和淋失作用，其中碱金属、

3、碱土金属组分的淋滤流失之后伴随了 Fe2+水解氧化成 Fe（OH）3并最终以 Fe2O3的形式残留下来。从矿物组构的角度来看5,花岗岩中原生硅铝酸盐矿物随低价金属离子的水解淋失和脱硅作用而消失，次生粘土矿物的产生是 Si4+和 Al3+被水解产物（SiO2和 Al2O3胶体）沉淀的结果。2 风化程度判别尽管花岗岩风化并形成 1m 厚结构性质很弱的土壤需要 2万年以上的时6,但目前已经形成的花岗岩风化岩（土）体的工程性质却仍需重视。根据岩土工程勘察规范 （GB 50021-2001），花岗岩及其风化产物可划分为“未风化、微风化、中风化、强风化、全风化和残积土”六大类，而工程界已经提出了关于花岗岩

4、风化程度划分的定性和定量两套判据：以岩土工程手册为代表的定性评价方法以“岩石结构、岩石颜色、矿物成分、岩石破碎程度、掘进的难易程度等方面”为出发点，而岩土工程勘察规范 （GB50021-2001）提供的定量化判据则为“标准贯入测试击数 N”.在这些判别方法中，人为操作的随意性较大会严重影响定性判别结果的准确性7,而标贯击数的离散程度高、精度低且需要修正也亟需完善8.因此，花岗岩风化程度的工程判别方法还需要进一步完善。3 边坡稳定性及处理方法3.1 边坡稳定性识别花岗岩本身材质坚硬，其工程性质因风化作用而工程性质发生劣化，这也就是花岗岩风化边坡经常发生变形、滑塌和崩岗等地质灾害的根本原因。为了避

5、免地质灾害带来的严重损失，人们围绕花岗岩边坡的病害机理及稳定性判别开展了大量研究，但这些研究尚存在诸多不足：一方面是稳定性评价中忽略了花岗质边坡的破坏机理及模式的差异，另一方面是忽略了最能够反映花岗岩风化程度的矿物组成、风化颗粒连接方式、粘土矿物的分布和显微裂隙等信息。事实上，花岗岩边坡的病害机理非常复杂，不同病害边坡的“地质、气候、地下水、地形、地貌和人类活动”等控制因素往往具有不同的贡献。花岗岩的崩岗源于花岗岩风化土的遇水崩解性，雨水的渗透则导致了边坡岩土力学性质的弱化并引发降雨型滑坡，构造裂隙的广泛发育有利于花岗岩风化壳的变形，地震则可能诱发公路沿线边坡崩塌破坏并主要表现为滑移式和倾倒式

6、崩塌破坏，这些都说明花岗岩边坡发生病害的控制因素具有主次之分。因而，未来势必要加强对边坡病害控制因素的分级研究。3.2 边坡处理方法当前主要的边坡处理方法可分为加固技术（如抗滑桩、预应力锚索、注浆加固、加筋边坡和加筋挡土墙、锚固技术和预应力锚索加固等）和防护技术（圬工防护、菱形网格护坡、六角空心砖护坡、喷射混凝土护坡、生物防护），而前者还可以进一步划分为基于原位挡墙和重力挡墙的外部加固体方法和基于土钉、锚杆等的内部加固方法两大类。尽管上述防治方法在技术上已经非常成熟，但它们并非对每一个病害边坡都适宜。事实上，各种边坡防治技术都具有其自身的优缺点，而同一边坡的防治方案也可能并不只一种，因而势必要

7、求从主导性的致灾因素入手选择最优的防治方案。因而，要重视花岗岩边坡的致灾因素和风化边坡防治方案的结合。4 结语风化花岗岩是工程建设中一类极具特殊性的岩（土）体，它们是引发边坡病害、水土保持和环境保护等问题的来源。由于该类自然灾害带来了大量的人员伤害和经济损失，花岗岩边坡的稳定性和处理方案引起了人们的高度重视。尽管如此，关于花岗岩风化程度的工程判别方法和边坡的稳定性识别均存在缺陷，而边坡的治理方案也亟需完善，因此希望未来能够加强对该类问题的重视。参考文献1 沈珠江 . 抗风化设计-未来岩土设计的一个重要内容 J. 岩土工程学报 ,2004,26（6）：866-869.2 颜波 , 汤连生 , 胡

8、辉 , 等 . 花岗岩风化土崩岗破坏机理分析 J.水文地质工程地质 ,2009（6）：68-71,84.3 张玉芳 . 深圳市地质灾害及防治技术 J. 中国地质灾害与防治学报 ,2003（04）：108-110.4 尚彦军 , 吴宏伟 , 曲永新 . 花岗岩风化程度的化学指标及微观特征对比-以香港九龙地区为例 J. 地质科学 ,2001,36（3）：279-294.5赵建军，王思敬，尚彦军，等。香港全风化花岗岩的固结特性J.河海大学学报 （ 自然科学版 ），2005,33（1）：85-88.6 杨金玲 , 张甘霖 , 黄来明 . 典型亚热带花岗岩地区森林流域岩石风化和土壤形成速率研究 J. 土壤学报 ,2013,50（02）：253-259.7 李日运 , 吴林峰 . 岩石风化程度特征指标的分析研究 J. 岩石力学与工程学报 ,2004,23（22）：3830-3833.8 程进宏 . 用标准贯入试验方法时锤击数的取值问题 J. 勘察科学技术 ,2002（01）：13-15.5