7. Общая характеристика процессов выветривания.

Выветривание горных пород это физическое, механическое их разрушение, а также химическое и биохимическое разложение минералов, из которых они состоят.

В результате выветривания образуется элювиальная зона – зона выветрелых пород. Образовавшиеся в результате их разрушения, мелкие обломки (дресвой, щебнем, песком и глинами), смываются водными потоками, т. е. перемещаются – денудация

В дальнейшем весь рыхлый материал накапливается —аккумуляция.

При выветривании горных пород изменяются:

1) внешний облик, окраска, оттенки, появляются выцветы, натеки, налеты солей;

2) физическое состояние, ослабевают или исчезают внутренние структурные связи между кристаллами минералов или частицами и агрегатами, их слагающими;

3) минеральный и химический состав в той или иной степени в зависимости от выветрелости пород;

4) физико-механические свойства.

Основные агенты выветривания пород — это температура, вода и водные растворы, растительные и животные организмы и др.

Выделяется три типа выветривания:

Физическое выветривание - механическое раздробление породы, ее дезинтеграция на компоненты без заметного изменения минерального и химического состава. Оно связано с колебаниями температуры, вызывающими неравномерное объёмное и линейное расширение и сжатие минеральных компонентов, и объёма всей породы в приповерхностных горизонтах земной коры.

Такие изменения пород наиболее заметны в приповерхностных горизонтах земной коры — в зоне активного выветривания.

Нередко в вертикальном разрезе снизу вверх наблюдаются следующие подзоны: IV—монолитных пород; III — грубообломочная, глы­бовая— «разборной скалы»; II—мелкообломочная щебени­стая; I -дресвяно-песчаная.

Химическое выветривание - разложение породы с изменением минерального и химического состава, с образованием новых, более устойчивых минералов и накоплением минерального вещества в тонкодисперсном - коллоидном состоянии.

Основными агентами являются вода и растворенные в ней углекислота, кислород, органические и другие кислоты, образующиеся в результате разложения минералов, растительных остатков и жизнедеятельности организмов.

В породе одновременно могут происходить растворение, окисление, гидратация, замещение и гидролиз

Биологическое выветривание. Живое вещество создаёт химические соединения, которые могут производить геологическую работу. Биота, поселившаяся на поверхности горных пород, извлекает необходимые для жизни химические элементы, разрушая горные породы. Они и возвращают новые химические элементы в геологическую среду.

В процессах химического выветривания организмы участвуют и косвенным путём, выделяя, например, кислород при фотосинтезе, образуя С0₂ при отмирании растений, провоцируя образование агрессивных органических кислот, которые усиливают растворение и гидролиз минералов.

В настоящее время выделяют следующие основные стадии выветривания горных пород, установленные Б. Б. Полыновым:

Обломочная стадия характеризуется преобладанием физического выветривания, над химическим. Происходит механическое разрушение - раздробление, дезинтеграция без изменения минерального и химического состава.

Стадия сиаллитная щелочная - начальная стадия химического выветривания. Из пород выносятся все простые растворимые соли — хлориды, сульфаты и карбонаты щелочных и щёлочноземельных металлов, начинается гидратация минералов и гидролитическое разложение силикатов с выносом оснований (К, Na, Mg и Са).

Сиаллитная кислая стадия - длительное вымывание оснований и Si0₂ из разрушающихся силикатов, щелочные условия сменяются кислыми. Чем кислее среда, тем интенсивнее разлагаются силикаты.

Аллитная стадия - дальнейшее разложение и упрощение соединений. Силикаты распадаются на простейшие окислы кремния, алюминия и железа. Этот процесс ведёт к формированию остаточных отложений, обогащённых гидратами окислов железа и свободным глинозёмом. Эта стадия развита главным образом в условиях жаркого и влажного климата тропиков и субтропиков.

Процессы выветривания влияют на состав и свойства горных пород и инженерно-геологическую оценку территорий. Выветривание приводит к разрушению и преобразованию первичных пород и приводит к снижению устойчивости пород в основании сооружений, естественных и искусственных откосах, подземных выработках и т. д.

При ИГ изучении выветривания необходимо:

1.Установление общей мощности зоны выветривания и изменений ее по простиранию в районе предполагаемого строительства

2. Расчленение зоны выветривания на подзоны, существенно различающиеся составом, физическим состоянием и свойствами

3. Решение практических задач, например:

а) выбор благоприятных участков для размещения сооружений;

б) определение глубины заложения фундаментов, оценка возможности использования выветрелых пород в качестве естественного основания и прогноз осадок

Рекомендуется определять показатель степени выветрелости пород Ксв (отношение плотности выветрелой породы к плотности невыветрелой породы) и подразделять их на:

Невыветрелые (монолитные) (К_св=1) - Породы залегают в виде монолита

Слабовыветрелые (трещиноватые) (1>К_св>0.9) - Породы в виде неизмененных отдельностей

Выветрелые (0.9>K_св>0.8) - Породы в виде скопления кусков переходящие в трещиноватые разности

Сильновыветрелые (рухляки) (К_св<0.8) - Породы залегают в виде отдельных кусков

Защитные инженерные мероприятия:

1.Срезка выветрелых пород полная или частичная.

2.Оставление выветрелых пород в основании проектируемых сооружений или в откосах выемок при соблюдении определённых ограничений

3.Защита пород от воздействия агентов выветривания путём устройства облицовочных стенок, покрытий из песка, глины, шлака.

4.Искусственное улучшение свойств пород путём их цементации, глинизации, битумизации, силикатизации

5.Применение искусственных оснований путём замены выветрелых пород песчано-гравелистыми, галечниковыми, щебенистыми, бетонными подушками или применение фундаментов глубокого заложения.