title-icon
Яндекс.Метрика
» » Выветривание

Выветривание

При выветривании горных пород наблюдаются следующие процессы:
1) дробление (механическая дезинтеграция) горной породы под влиянием суточных и сезонных колебаний температуры (температурное выветривание), замерзания и оттаивания воды, заключенной в порах и трещинах пород (морозное выветривание), и объемных деформаций некоторых минералов при их гидратации и некоторых других процессах (кристаллизационное растрескивание). Дробление начинается с вскрытия и расширения существующих волосных и скрытых трещин и завершается интенсивным развитием трещин выветривания. Мощность зоны механического дробления дезинтеграции изменяется в зависимости от континентальности климата от 1—2 до 7—10 м;
2) химическое и физико-химическое разложение минералов и образование новых минералов продуктов выветривания при процессах окисления, гидратации, гидролиза и рассмотренных выше процессах фильтрационного и осмотического выщелачивания.
Окислению подвержены органические вещества, закисные соединения железа и марганца, сульфиды и некоторые другие минералы. Глубина зоны окисления горных пород и минералов в горных районах составляет 200—300 м, а на отдельных участках распространяется до 1 км и даже глубже: в равнинных заболоченных пространствах нижняя граница зоны окисления почти совпадает с поверхностью земли.
Для силикатов и алюмосиликатов наиболее характерны процессы гидролиза и гидратации, которые сопровождаются глубокой перестройкой кристаллохимической структуры минерала и образованием вторичных глинистых минералов с характерными для них кристаллическими решетками типа каолина и монтмориллонита (рис. 56). Для продуктов гидролиза и гидратации силикатов и алюмосиликатов свойственны коллоидно-дисперсное состояние, высокая гидрофильность и пластичность. Их примазки на поверхностях существовавших и вновь возникших в процессе выветривания трещин резко снижают силы внутреннего трения горных пород в массиве (смазочный эффект глинистых примазок).

Толщи горных пород, в той или иной мере захваченные процессами выветривания, образуют кору выветривания. По признаку преобладания физического или химического выветривания различают физический и химический типы коры выветривания. Первый из них характерен для арктических и пустынных (аридных) областей; второй — для областей избыточного увлажнения, особенно для тропических зон.
По времени образования различают современную и древнюю кору выветривания. Древняя кора выветривания в отличие от современной погребена под толщей позднейших напластований. Примером ее может служить кора выветривания пород докембрийского фундамента Русской платформы. В пределах железорудного бассейна KMA с нею связаны крупнейшие месторождения богатых железных руд, возникшие в результате выветривания железистых кварцитов.
По морфологическим признакам выделяются: площадной тип коры выветривания, распространенный на значительной площади, и линейный, глубоко вклинивающийся в толщу материнских пород преимущественно по тектонически ослабленным зонам.
Вследствие изменений физических условий и гидрогеологической обстановки выветривания с глубиной наблюдается вертикальная зональность коры выветривания. Отдельные зоны коры выветривания отличаются друг от друга по степени раздробленности (механической дезинтеграции) или же изменений химикоминерального состава породы. Н.В. Коломенский в коре выветривания твердых горных пород для инженерно-геологических целей рекомендует выделять монолитную, глыбовую, мелкообломочную, или щебенистую, зоны и зону полного дробления.
1. В монолитной зоне породы не имеют следов механической дезинтеграции (раздробленности). Отмечается некоторое ослабление прочности на сжатие и снижение сопротивления сдвигу, обусловленное процессами выветривания — нарушениями истинного контакта на плоскостях скрытой трещиноватости пород и заменой их пластинизированными контактами и контактами с глинистыми примазками.
2. В глыбовой зоне появляются трещины выветривания, разбивающие породу на отдельные глыбы; расширяются ранее имевшиеся трещины. Стенки трещины имеют примазку, а сами трещины частично или полностью заполнены занесенными сверху продуктами выветривания или песчано-глинистым материалом. Снизу вверх размер глыб постепенно уменьшается от нескольких десятков дециметров до 1 дм.
Породы глыбовой зоны обладают высокой фильтрационной способностью (порядка сотен метров в сутки); прочность пород в массиве определяется только силами внутреннего трения.
3. В мелкообломочной, или щебенистой (по И.В. Попову), зоне внешний облик породы не сохраняет общих черт с материнской породой. Вся порода состоит из мелких кусков от 2—3 дм и менее и даже отдельных зерен. Куски материнской породы часто рассыпаются от прикосновения. Они в значительной мере состоят из сильно выветрелых минералов материнской породы или продуктов полного их разложения. Фильтрационная способность пород данной зоны по сравнению с глыбовой зоной значительно снижается (до нескольких метров или сантиметров в сутки). Продолжают снижаться показатели сопротивления сжатию и сдвигу.
4. В зоне полного дробления порода отличается высокой степенью дробления. В основном она состоит из минералов коры выветривания; первичные минералы тонко раздроблены и являются примесью к вторичным. Коэффициент фильтрации снижается до тысячных долей сантиметра в сутки. Сжимаемость резко возрастает, сопротивление сдвигу уменьшается. Порода приобретает связность, пластичность и способность набухать в присутствии воды.
Скорость выветривания разных пород различна. В некоторых случаях процессы выветривания протекают очень быстро, особенно в глинистых породах. Так, по Н.В. Коломенскому, свежие майкопские глины в откосе одного из опытных участков выветривались на значительную глубину и превратились в дресву в течение нескольких месяцев, а раздробление тех же глин на глубину 5—10 см потребовало всего лишь нескольких дней. Апшеронские глины и песчаники выветриваются и совершенно изменяют свои свойства в течение одного месяца на глубину 6—8 см; в течение пяти месяцев — на глубину 60—70 см; в течение 1,5 лет — до 3 м (наблюдения С.В. Дроздова).
Высокая скорость процессов выветривания характерна также для углисто-глинистых пород — углистых аргиллитов, алевролитов и глин, особенно пиритизированных их разностей. За счет выветривания наблюдается заметное сокращение сроков длительной устойчивости откосов карьеров, сложенных указанными породами, особенно в тех случаях, когда не выполняется работа по предварительному осушению месторождения.
При инженерно-геологическом изучении процессов выветривания выясняется:
1) мощность зоны и распространение коры выветривания;
2) геолого-петрографические и инженерно-геологические особенности пород по зонам выветривания;
3) скорость выветривания пород при вскрытии их горными выработками, котлованами и т. д.;
4) изменение интенсивности и характера процессов выветривания пород в зависимости от местных гидрогеологических, климатических и геологических условий залегания, экспозиции склона;
5) необходимые мероприятия по защите искусственных обнажений сильно выветривающихся горных пород.
Основными мероприятиями по борьбе с выветриванием горных пород, по Н.В. Коломенскому, являются: 1) устройство защитных покрытий из песка, суглинка и других материалов, а иногда из бетона; 2) пропитывание пород различными веществами — жидким стеклом, гудроном и т. д.; 3) искусственная нейтрализация некоторых активных агентов выветривания путем введения в породу солей, уменьшающих растворимость пород; 4) планировка территории и отвод вод.

title-icon Подобные новости