风化作用使坚硬致密的岩石松散破坏，改变了岩石原有的矿物组成和化学成分，使岩石的强度和稳定性大为降低，对工程建筑环境带来不良的影响。另外，许多不良地质现象，如崩塌、滑坡、泥石流等，基本上都是在风化作用的基础上逐渐形成和发展起来的。因此，了解风化作用，认识风化现象，分析岩石的风化程度，对评价工程建筑条件是必不可少的。

一、风化作用类型

根据风化作用的性质，一般分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用3种类型。

1. 物理风化作用

处于地表的岩石，主要是由于温度变化在原地产生机械破碎而不改变其化学成分，不形成新矿物的作用，称为物理风化作用或机械风化作用。物理风化作用的方式主要有温差风化、冰冻风化等。

温差风化 温度变化是引起物理风化作用的最主要因素。由于温度的变化产生温差，温差可促使岩石膨胀和收缩交替地进行，久而久之则引起岩石破裂。由于温度变化所引起的这种表里不协调的膨胀和收缩作用，昼夜不停地长期进行，就会削弱岩石表层和内部之间的结合能力。这样，岩石便可产生纵横交错的裂缝，有的裂缝平行岩石表面，形成层状剥离现象，有的裂缝垂直于岩石表面。久而久之，岩石崩解、破碎成大大小小的碎块（见图 3.1）。温差风化的强弱主要决定于温度变化的速度和幅度，特别是昼夜温度变化的幅度越大，温差风化越强烈。此外，温差风化的强弱还决定于岩石的性质，如矿物成分与岩石结构等。

图3.1 温差风化使岩石逐渐崩解的过程示意图

冰冻风化 充填在岩石裂隙中的水分结冰使岩石破坏的作用，称为冰冻风化。这是温度变化间接地使岩石破碎的现象。地表岩石的裂隙中，常有水分充填，当温度下降到 0 °C 时会冻结成冰。水结成冰时，体积可比原来增大 9%左右。由于体积的增大，对岩石的裂隙可产生很大的压力（可达 96～200 MPa），使岩石裂隙加宽、加深，故称冰劈作用。当气温回升大于 0 °C以上，冰体融化，水沿扩大的裂缝更深地渗入岩石内部，同时水可填满裂缝使水量增加。若气温变化在 0 °C 上下波动时，充填在岩石裂隙中的水分可时而冻结、时而融化，岩石在这样反复地作用下，裂隙可不断扩大、加深，从而使岩石崩裂成碎块（见图3.2）。

图3.2 水的冻结引起岩石冻胀示意图

2. 化学风化作用

处于地表的岩石，与水溶液和气体等在原地发生化学反应逐渐使岩石破坏，不仅改变其物理状态，同时也改变其化学成分，并可形成新矿物的作用，称为化学风化作用。化学风化作用的方式主要有溶解作用、水化作用、水解作用、碳酸化作用和氧化作用等。

溶解作用 水直接溶解岩石中矿物的作用称为溶解作用。溶解作用的结果，使岩石中的易溶物质被逐渐溶解而随水流失，难容的物质则残留于原地。岩石由于可溶物质的被溶解而致孔隙增加，削弱了颗粒间的结合力从而降低岩石的坚实程度，更易遭受物理风化作用而破碎。最容易溶解的矿物是卤化盐类（岩盐、钾盐），其次是硫酸盐类（石膏、硬石膏），再次是碳酸盐类（石灰岩、白云岩）。其他岩石虽然也溶解于水，但溶解的程度低得多。岩石在水里的溶解作用一般进行得十分缓慢，但是当水的温度升高以及压力增大时，水的溶解作用就比较活跃。特别是当水中含有侵蚀性的 CO2而发生碳酸化合作用时，水的溶解作用就会显著增强，如在石灰岩分布地区，由于这种溶解作用经常有溶洞、溶穴等岩溶现象。

水化作用 有些矿物与水作用时，能够吸收水分作为自己的组成部分，形成含水的新矿物，称为水化作用，例如，硬石膏经水化作用后形成石膏。矿物经水化作用后体积膨胀而对周围岩石产生压力，使岩石胀裂。

水解作用 某些矿物溶于水后，出现离解现象，其离解产物可与水中的 H＋和OH－离子发生化学反应，形成新的矿物，这种作用称为水解作用。例如正长石经水解作用后，开始形成的K＋与水中 OH－离子结合，形成 KOH 随水流失；析出一部分 Si O2，可呈胶体溶液随水流失，或形成蛋白石（Si O2·nH2O）残留于原地；其余部分可形成难溶于水的高岭石而残留于原地。

碳酸化作用 当水中溶有CO2时，与水结合形成碳酸，碳酸根（CO32-）易与矿物中的阳离子化合成易溶于水的碳酸盐，从而使水溶液对岩石中的矿物离解能力加强，化学反应速度加快，这种化学作用即碳酸化作用。例如硅酸盐矿物在碳酸化作用下矿物中的阳离子（K＋、Na＋、Ca2＋等）可形成易溶的碳酸盐被带走，部分SiO2呈胶体溶液被带走，而大部分的SiO2形成蛋白石沉淀。如正长石经碳酸化作用后的化学反应为：

氧化作用 矿物中的低价元素与大气中的游离氧化合变为高价元素的作用，称为氧化作用。氧化作用是地表极为普遍的一种自然现象。在湿润的情况下，氧化作用更为强烈。

自然界中，有机化合物、低价氧化物、硫化物最易遭受氧化作用，尤其是低价铁常被氧化成高价铁。例如常见的黄铁矿（FeS2）在含有游离氧的水中，经氧化作用形成褐铁矿（Fe2O3·nH2O），同时产生对岩石腐蚀性极强的硫酸，可使岩石中的某些矿物分解形成洞穴和斑点，致使岩石破坏。

3. 生物风化作用

岩石在动植物及微生物影响下所起的破坏作用称为生物风化作用。生物风化作用主要发生在岩石的表层和土中。生物风化作用有物理的和化学的两种方式。

生物的物理风化作用 生物的物理风化作用是生物的活动对岩石产生机械破坏的作用。例如，穴居动物蚂蚁、蚯蚓等钻洞挖土，可不停地对岩石产生机械破碎；生长在岩石裂隙中的植物，其根部生长撑裂岩石，不断地使岩石裂隙扩大、加深。(www.daowen.com)

生物的化学风化作用 生物的化学风化作用是生物的新陈代谢及死亡后遗体腐烂分解而与岩石发生化学反应，促使岩石破坏的作用。例如，植物和细菌在新陈代谢过程中，通过分泌有机酸、碳酸、硝酸和氢氧化铵等溶液腐蚀岩石；动植物死后遗体腐烂可分解出有机酸和气体（CO2、H2S等），溶于水后可对岩石腐蚀破坏，遗体在还原环境中，可形成黑色胶陈状，含钾盐、磷盐、氮盐的化合物和各种碳水化合物的腐殖质。腐殖质的存在可促进岩石物质的分解。

二、影响岩石风化的主要因素

影响岩石风化的因素主要有岩石性质、气候和地形等。

1. 岩石性质

如前所述，岩石风化发生于地壳表层，当成岩环境与地表环境差异越大时，原岩风化变异越强烈，即岩石的抗风化能力越弱。但各类岩石，又因矿物组成、结构、构造和裂隙发育程度的不同，抵抗风化的能力也有所不同。

岩石的矿物组成 不同矿物具有不同的结晶格架，由其化学活泼性所决定的抗风化能力亦不相同。在地表环境下，常见造岩矿物抗风化能力是不同的，其相对稳定性如表 3.1所示。

表3.1 常见造岩矿物的抗风化稳定性

岩石的结构、构造 岩石中矿物颗粒的粗细、均匀的程度，胶结的方式和胶结物的成分，层理的厚薄等都影响风化速度。如粗而不均匀的颗粒较细而均匀的易于温差风化，但后者若透水性好则较易于化学风化。

岩石中节理发育情况 裂隙发育的岩石，有利于风化作用的进行。裂隙发育增加岩石出露地表的面积，成为水溶液、气体的通道及生物活动的场所，从而促进风化作用。在沙岩、花岗岩等结构较均匀的岩石中，若有三组近于正交的裂隙发育时，可将岩体分割成许多大小不等的立方形岩块，岩块中在两组裂隙相交的棱和三组裂隙相交的棱角处，易受温度、水溶液、气体等因素的作用而首先风化破坏，经过一段时间后，使岩块的棱角逐渐消失而圆化，形成大大小小的球体和椭球体，这种现象称为球状风化（见图3.3）。

图3.3 球状风化演变图

2. 气候因素

主要体现在气温变化、降水和生物的繁殖情况。地表条件下温度增加 l0 °C，化学反应速度增加一倍；水分充足有利于物质间的化学反应。故气候可控制风化作用的类型和风化速度，在不同的气候区，风化作用的类型及其特点有明显的不同。例如，在寒冷的极地和高山区，以物理风化作用（冰冻风化）为主，岩石风化后形成薄层具棱角状的粗碎屑残积物。在湿润气候区各种类型的风化作用都有，但化学风化、生物风化作用更为显著，岩石遭受风化后分解较彻底，残积层厚，且往往发育有较厚的土壤层。在干旱的沙漠区，以物理风化作用（温差风化）为主，岩石风化后形成薄层具棱角状的碎屑残积物。

3. 地形

地形可影响风化作用的速度、深度、风化产物的堆积厚度及分布情况。地形起伏较大、陡峭、切割较深的地区，以物理风化作用为主，岩石表面风化后岩屑可不断崩落，使新鲜岩石直接露出表面而遭受风化，且风化产物较薄。在地形起伏较小、流水可缓慢流经的地区，以化学风化作用为主，岩石风化彻底，风化产物较厚。在低洼有沉积物覆盖的地区，由于有覆盖物的保护不易风化。

三、岩石风化带的划分

地壳表层的岩石经长期风化作用后，残留于原地的松散堆积物，称为残积物。残积物覆盖在地壳表面的风化基岩上，并具有一定厚度的风化岩石层即为风化壳。它是原岩在一定的地质历史时期各种因素综合作用的产物。在风化壳的铅直剖面上，由上到下岩石的风化程度是不同的，其物理力学性质也不相同。因此，对整个风化壳剖面按照岩石风化程度的不同进行分带，对建筑场地的选择、工程设计、施工和处理等都是十分必要的。

一般来说，在保留完整的风化剖面上，风化程度不同的岩石是逐渐过渡的，其间并不像地层岩性那样，存在着较为清晰和确切的地质界面。但在整个风化剖面上，地表为松软土，下部为新鲜基岩，从上到下存在颜色、破碎程度、矿物成分和水理及物理力学性质等性质迥然不同的岩石。造成风化壳在铅直剖面上，岩体从上到下方面存在着明显分带性。表3.2列出了岩石风化带的划分及各带的基本特征。

表3.2 岩石风化带的划分及各带的基本特征