岩石風化程度

風化是引起岩石力學性能劣化的主要因素，較準確地確定岩石的風化深度、對岩石的風化程度進行準確的評價、劃分有十分重要的意義。目前，岩石風化程度的評價、劃分，岩石風化深度的確定大多采用工程地質定性方法，從巖體結構、岩石顏色、礦物成分、破碎程度、掘進的難易程度等方面通過綜合分析予以確定。 ^[1] 

岩石風化程度的劃分及工程特性研究，對於大型水電工程、高層建築、道路橋樑等工程建基面的選擇以及地基基礎設計施工方案的確定起着關鍵性作用，對評價圍巖的穩定和邊坡工程亦具有重要意義。 ^[1] 

按照岩石風化的特徵和深淺，將風化程度分為五級：未風化、微風化、中等風化、強風化和全風化。

目前，岩石風化程度的劃分多采用的是工程地質定性的評價方法，從石灰岩的結構、礦物成分、灰巖顏色、掘進難易程度、破碎的程度等方面進行綜合分析確定。但是，僅依賴這些不確定的定性的依據進行岩石風化程度的劃分具有很大隨意性，尤其當在兩個風化的等級間存在着漸變關係的時候，對劃定分界線產生很大的困難。因此，儘快研究並發展定量的分析評價方法是十分必要的。

目前經常用對岩石地質性質較敏感的物理和力學性質指標對岩石風化程度進行定量評價，通過現場或室內測試岩石的單項物理力學性質或綜合的指標進行岩石風化程度分帶。由於岩石的類型千差萬別，影響岩石風化的因素也很複雜，各種岩石風化的速度和風化後的形態變化也不同，因此很難建立一套統一的、定量的劃分岩石風化程度的標準。儘管目前給出的物理力學定量指標使岩石風化程度的劃分有了定量的依據，但這些是非常初步的。因此岩石風化程度的劃分應當利用定量指標和定性描述相互結合的方法，兩者相互印證來積累採用定量的指標劃分岩石風化程度的相關經驗。 ^[2] 

岩石風化程度的定性劃分是指從岩石的結構、礦物成分、掘進難易程度、破碎的程度等野外特徵進行綜合分析確定，受人的經驗和主觀因素的影響較大。對岩石的五級風化程度作如下劃分：

（1）未風化：岩石巖質新鮮，偶見風化痕跡，岩石組織結構未變。

（2）微風化：岩石巖質新鮮，沿着節理面有些鐵錳質渲染的痕跡或略有變色，有少量的風化痕跡，沒有疏鬆物質，礦物質和岩石的組織結構基本沒發生改變。

（3）中等風化：岩石構造層理清晰，但被節理裂隙切割成巖塊狀，裂隙裏填充着少量風化物；結構部分破壞，礦物質的成分基本沒發生變化，只沿着節理面出現了次生礦物；錘擊聲音脆，巖體不容易擊碎，用鎬難挖掘，巖芯鑽方可鑽進。

（4）強風化：岩石巖體被節理的裂隙分割為成塊的碎塊狀；巖體結構大部分被破壞，構造層理不清晰，礦物質成分顯著發生變化；錘擊聲音啞，碎巖可以用手摺斷，幹鑽不容易鑽進，用鎬可以挖掘。

（5）全風化：岩石巖體被節理的裂隙分割成了散體狀；巖體結構基本被破壞，只有外觀仍保持着原巖狀態；碎石可以用手捏碎，用鎬可以挖掘，幹鑽可鑽進。 ^[2] 

波速比是指風化岩石與新鮮岩石壓縮波速度之比，風化係數是指風化岩石與新鮮岩石飽和單軸抗壓強度之比。這兩種指標對岩石風化程度的劃分如下：

（1）未風化：波速比在0.9～1.0之間，風化係數在0.9～1.0之間。

（2）微風化：波速比在0.8～0.9之間，風化係數在0.8～0.9之間。

（3）中等風化：波速比在0.6～0.8之間，風化係數在0.4～0.8之間。

（4）強風化：波速比在0.4～0.6之間，風化係數小於0.4。

（5）全風化：波速比在0.2～0.4之間。 ^[2] 

岩石經過風化作用後，在微觀上會有許多異於原巖體的特徵。比如微裂隙的發育特徵、微觀結構的構造、礦物質的黏土化以及其他次生變化的程度等。分析並研究風化岩石的微觀特徵，即可判別岩石的風化程度。目前存在的方法是通過在顯微鏡下觀察巖體裂隙的發育狀況和衡量方解石的次生蝕變程度來判別岩石風化程度。

風化的裂隙是岩石風化程度很重要的判別標誌。這種微裂的縫隙具有不規則發育、無方向性、被氧化鐵充填、延伸性差等特點。將巖樣在顯微鏡下觀察，根據裂隙的不同狀態即可判別出不同的風化程度。

採用方解石次生蝕變率來衡量次生變化的程度，是指已風化方解石所佔體積的百分含量。具體確定巖體的次生蝕變率時，先估計巖體標本薄片裏已風化的方解石面積，再計算風化方解石的薄厚。其中計算方解石已風化厚度的依據是因吸收氧化鐵成份導致的紅褐色調的變化、表面明暗的程度和在正交的偏光鏡下的一些光學特性。

綜合顯微下裂隙的發育情況以及方解石次生蝕變程度，岩石的風化程度劃分如下：

（1）未風化：無風化裂隙，原生構造結構清晰；少量的方解石存在黏土化現象，方解石新鮮明亮，次生蝕變率小於等於5%。

（2）微風化：顯微鏡下裂隙偶見，岩石結構清晰；方解石的表面局部有黏土覆蓋着，色調明亮，次生蝕變率在5%～30%之間。

（3）弱風化：顯微鏡下裂隙較少，巖質結構較清晰；方解石的表面大部分被黏土所覆蓋，色調不太明亮，次生蝕變率在30%～70%之間。

（4）強風化：顯微鏡下巖體裂隙很發育，岩石原生的結構模糊不清；方解石的表面完全被黏土所覆蓋，色調不明亮，次生蝕變率在70%～95%之間。

（5）全風化：岩石原生的結構構造消失；方解石的輪廓消失，全部變成黏土礦物，次生蝕變率超過95%。 ^[2] 

岩石經過化學的風化作用，其礦物質成分會發生變化，形成各種新次生礦物。其中黏土礦物的發育特徵是劃分岩石風化程度的重要標誌。岩石主要成巖的礦物質在風化的過程中會表現出來階段性特徵，主要的硅酸鹽經過風化後，會逐步向最終穩定的礦物質轉化。在轉化過程中會經歷相當長的時間，並且會通過許多中間的過渡性礦物質來分階段實現。這一些風化階段則能夠反映出岩石不同的風化程度。因此可以根據黏土的礦物成分和風化作用的轉變階段來劃分岩石風化程度。 ^[2]