公路边坡上,花岗岩从上到下变了个样:顶上还是硬邦邦的青灰色石头,往下几十米成了能用铁锹挖动的土,中间几段用手就能掰碎。这段过渡不是渐变,而是分成几档,每一档对应一套工程判断,也对应一个可以用手试出来的界线。
先敲:声音由脆到闷,四级风化带就出来了
用地质锤敲击新鲜面。微风化的岩石声音清脆,像敲瓷器,敲后只留下白印;中等风化声音发闷,锤下有小碎块崩落;强风化几乎听不到回响,锤头会陷进去;全风化敲上去像拍土,没有弹性。
声音来自岩体的连续性。裂隙越发育,振动越难传递,声速与音调一同下降。同一岩性、同一湿度下,锤击声是最快的一道筛子,但它的前提是岩性一致,换一种岩石就要重新校准。
再看岩芯:能取出 10 厘米以上柱状段的是微风化
钻探取芯更客观。微风化带岩芯多呈 10 厘米以上的柱状,采取率常在 80% 以上,断口新鲜,节理面只有薄薄一层铁锈染色;中等风化带岩芯断成 10–30 厘米的块状,节理面有泥膜。
强风化带取上来的多是 2–10 厘米的碎块和饼状体,用手能掰断,原岩结构还看得出来;全风化带则呈土状、砂状,岩芯管里几乎取不成型,只能靠岩芯采取率与标贯击数来判断。
最硬的一条在浸水:强风化岩块泡水几分钟就散
取一块直径 5 厘米左右的样品放进水里。微风化的岩块泡几天也不变;中等风化的沿裂隙裂开;强风化的在几分钟到几小时内崩解成碎屑;全风化的入水即散,用筷子一搅就浑。浸水崩解是判断风化程度最利落的一步,比看颜色可靠。
崩解速度取决于黏土矿物。长石风化成高岭石后吸水膨胀,把颗粒撑开;黑云母风化出的蛭石膨胀更厉害。这也是花岗岩风化壳遇水易塌的原因,开挖面暴露一个雨季就能剥落一层。
混进来的是断层破碎带,它也会松
断层带里的岩石同样破碎、同样手掰就断,但成因不是风化。区别在展布:风化带顺地形平缓延展,界面大致平行地面,越往下越新鲜;断层破碎带呈窄条带状,倾角陡,两侧岩石突然变新鲜,带内常见糜棱岩与擦痕。
还有卸荷松弛。河谷下切后,岸坡岩体因应力释放而张开,裂隙变宽,锤击声也发闷,但岩石本身没风化,浸水不崩解。把松弛带当成强风化带,会把开挖深度估深一大截。
关键数据
下列数值为花岗岩类硬质岩的常见区间,引自岩土工程勘察的通用划分,软岩需另行标定。判定应至少两项指标同时成立,单靠一项容易误判。同一钻孔上下连续观察,比在几个孤立深度取样更能看清渐变。
- 微风化带岩芯呈 10 厘米以上柱状,采取率常大于 80%。
- 中等风化带岩芯多为 10–30 厘米块状,节理面见泥膜。
- 强风化带岩芯为 2–10 厘米碎块,手可掰断。
- 花岗岩全风化带标贯击数常小于 30,强风化带 30–50。
- 微风化岩体纵波速度常大于 2500 米/秒,全风化带常低于 500 米/秒。
- 湿热区花岗岩风化壳厚 10–50 米,局部可超过 100 米。
- 强风化岩块浸水后多在数小时内崩解。
边界
软岩不适用锤击声判据。泥岩、页岩天然强度低,新鲜时敲击声就发闷,浸水也常崩解,与强风化硬岩的表现重叠。这类岩石应按天然单轴抗压强度与完整性系数分级,不能照搬硬岩的经验。
风化壳内部常夹新鲜孤石。球状风化的核心可能完整坚硬,钻探时一段硬、一段软,按平均值定级会把整层判错。本文判断:分层应以连续段的多数状态为准,遇到孤石单独记录,不并入风化带厚度。
参考文献
- 中华人民共和国国家标准.《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001(2009 年版). 中国建筑工业出版社.
- 中华人民共和国国家标准.《工程岩体分级标准》GB/T 50218-2014.
- 中国科学院南京土壤研究所 主编.《中国土壤》. 科学出版社, 1978. —— 风化壳与成土母质。
- Ollier C D. Weathering (2nd ed.). Longman, 1984. —— 风化剖面分带。