在工程地质学中，对建筑物的稳定、安全及人类生活环境有影响的自然地质现象，称 为自然地质作用。自然地质作用的类型很多，本章重点研究风化作用、河流的地质作用、 岩溶作用（又称喀斯特)、滑坡、崩塌、泥石流、风和湖泊的地质作用。研究其发生及其 演化规律，预测它们对建筑物可能产生的危害。
风化作用
地表或接近地表的岩石，在大气、水和生物活动等因素的影响下，使岩石的结构、构 造、化学成分发生改变，甚至产生一系列的崩解和分解作用，称为风化作用。风化作用是 最普遍的一种地质作用，在大陆的各种地理环境中，都有风化作用在进行。风化作用在地 表最明显，随着深度的增加，其影响逐渐减小甚至消失。
风化作用使岩石破坏，改变了岩石的成分、结构、构造，使岩石的强度和物理性质大 为降低，给工程建设带来不利影响。另外，许多不良地质现象，如滑坡、崩塌、泥石流， 基本上是在风化作用的基础上逐渐形成和发展起来的。因此，研究风化作用的机理，分析 岩石风化程度，对评价工程地质条件是必不可少的。
风化作用的类型
按作用因素与作用性质不同，风化作用分为物理风化、化学风化和生物风化三种类型。
1.物理风化物理风化是指在外力作用下，岩石在原地产生机械破碎，而不改变其化 学成分的过程。产生物理风化的原因有温度变化、冻融作用、盐的结晶作用和释重作用。
(1)温度变化：地球表面的昼夜与四季都有明显温度变化。由于岩石是不良导热体， 白天温度上升，岩石表面升温而膨胀，内部温度仍然较低，于是岩石内外层之间出现温差 及胀缩不一致，产生与表面平行的风化裂隙。晚上温度降低，岩石表面迅速散热降温，产 生收缩，而岩石内部仍在缓慢地升温膨胀，于是形成与表面垂直的径向裂隙。这个过程反 复进行，风化裂隙日益扩大增多，使岩石表面成层状剥落，坚硬岩石崩解、破碎。风化裂 隙使岩石的棱角逐渐消失而趋于圆化，形成大小不等的球体和椭球体，这种现象称为球形 风化。
温度变化的速度与幅度，特别是变化速度，对物理风化作用的强度起着重要影响。温 度变化愈大，收缩与膨胀交替愈快，岩石风化愈剧烈。在干旱、半干旱地区，昼夜温差可 达60?70°C，在沙漠地区，傍晚可以听到的炸裂声，就是因温度骤降而引起的物理风化。
水的冻结与融化：在一些高寒地区，进入岩石裂隙中的水，当温度降低到0°C以 下时，液态的水就变成固态的冰，体积膨胀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?200MPa)，使岩石的裂隙加宽、加深，扩大了原有的裂隙。当 温度升高至冰点时，冰又融化为水，体积减少，扩大的裂隙又有水进入。长而久之，就会 使岩石崩解成碎块，这种物理风化作用又称为冻融风化作用。冻融风化作用主要发生在严 寒的_讳度地区和低讳度的_寒山岳地区。
可溶盐的结晶与潮解：在干旱、半干旱地区，广泛分布着各种可溶盐类。有些 盐类具有很大的吸湿性，能从空气中吸收大量的水分而潮解，最后成为溶液。温度升高， 水分蒸发，盐分又结晶析出，体积显著增大。由于可溶性盐结晶时的撑裂作用，使岩石的 裂隙逐渐扩大，导致岩石松散破坏。
岩石释重：在岩石地基、隧洞开挖过程中，由于施工开挖，破坏了原有的应力 状态，岩层顶面遭受剥蚀而卸荷，下部岩石释重，随之产生向上或向外的膨胀作用，形成 裂隙。应力释放而产生的风化作用是十分强烈的，在矿山开挖施工时，掌子面上常可见有 岩石炸裂飞出。在基坑周围可见平行子开挖面方向分布的裂隙，都是岩石释重产生的现象。 岩石释重所形成的裂隙，为水和空气的活动提供了通路，使得风化作用更加剧烈。
物理风化的结果，产生许多岩石碎屑，大大增加了岩石与空气的接触面积，为化学风 化、生物化学风化创造了条件。由于温度变化是物理风化的主要因素，所以干旱地区、高 寒地区、缺少植被地区，物理风化特别盛行。
化学风化在外界条件的影响下，岩石与水溶液和气体发生化学反应，改变了岩石 化学成分，形成新的矿物的作用，称为化学风化作用。化学风化作用有溶解作用、水解作 用、水化作用、氧化作用和碳酸化作用。
溶解作用：水在自然界的分布十分广泛，在化学风化中占有重要位置。水溶解 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，难溶物质则残留于原地。岩石由于溶解作用，削弱了颗粒间的结合力，降低岩石 的强度，使岩石遭受破坏。自然界最易溶解的是卤盐类（岩盐、钾盐等），其次是硫酸盐
(石膏、硬石膏），再次为碳酸盐类（石灰岩、白云岩、呔理岩等)。岩石在水中的溶解作 用一般比较缓慢，但在C02、N02和有机酸的作用下，水的溶解能力大大增加。在石灰岩 地区，由于水对岩石的溶解作用，常形成溶洞、溶穴、石林等岩溶地貌。据估计，地球上 的河流，每年带人海洋的可溶盐类高达40亿kg。
氧化作用：氧化作用是地表的一种普遍的自然现象，是化学风化作用的主要方式之一。
自然界的有机化合物、低价氧化物和硫化物最易遭受氧化作用，尤其低价铁最易氧化 成_价铁，从而使结晶格架破坏，例如：
4FeS2+14H20+1502-*2 (Fe03 . 3H20) +8H2S04
黄铁矿褐铁矿
黄铁矿经氧化形成褐铁矿，颜色由铜黄色变为褐黄色，硬度、比重都变小。同时产生 的硫酸对岩石腐蚀性极强，可使建筑材料中混凝土、钢筋产生锈蚀，在工程中应予重视。
水化作用：水化作用是指无水矿物与水结合，成为含水矿物，例如： CaS04+2H20*CaS04 * 2H20
硬石裔石育
水化作用的结果，产生了含水矿物。含水矿物的硬度一般低于无水矿物，同时在水化 过程中结合了一定数量的水分子进入物质中，引起体积增加，对岩石产生破坏作用。
水解作用：某些矿物溶解于水后，出现离解现象，其离解产物与水中H+、0H' 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：
4K(AlSi30s)+6H2(>^4K0H+8Si02 +A14 (Si4O10)(OH)8
正长石高岭石
正长石经水解作用后，形成的K+与水中0H—离子结合，形成KOH随水流走，析出一 部分&02呈胶体溶液随水流失，其余部分可形成难溶于水的高岭石残留在原地。如在炎热、 潮湿的气候下，高岭石将进一步分解，形成铝土矿（A1203 ? H20)o
碳酸化作用：溶解在水中的C02成为H2C03，可以分解岩石，称为碳酸化作用。 碳酸盐类岩石，如石灰岩、白云岩等，在碳酸化作用能够将比较难溶于水的碳酸盐转为易 溶解的重碳酸盐，因而加强了水对岩石的溶解作用，例如：
CaC02+H20+C02 — Ca(HC02)2
碳酸钙重碳酸转
以上化学反应为可逆的，当存在充足的co2时，反应可以一直向右进行；当水溶液蒸 发干燥达到饱和时，可脱水并释放出C02，再变成CaC02沉淀。反应向左进行。这种反应 在石灰岩地区非常普遍，如石灰岩溶洞内的钟乳石就是向左反应的结果。
3.生物风化岩石在动、植物及微生物影响下发生的破坏作用，称为生物风化作用。 生物风化包括生物物理风化和生物化学风化作用。
生物物理风化作用：生物物理风化作用是生物的活动对岩石产生机械的破坏作 用。例如，植物根系在岩石裂隙中生长，不断地撑裂岩石，从而引起岩石崩解破碎的“根 劈”现象。穴居动物的挖掘，也可以使岩石崩解。人类的各种建设活动，如开挖隧洞、修 路、开矿、农业耕作等，也可以看成一种最剧烈的生物物理风化作用。
生物化学风化作用：生物化学风化作用是通过生物的新陈代谢和生物死亡后的 遗体腐烂分解来进行的。例如，植物和细菌在新陈代谢过程中，通过分泌有机酸、碳酸、 硝酸等溶液腐蚀岩石；动植物死后遗体腐烂，一方面可供给植物生长的钾盐、磷盐和各种
碳水化合物；另一方面因含有机酸，对岩石和矿物也有腐蚀作用。
在自然界中，上述三种风化作用是彼此存在的，相互影响的。在不同的地区，他们作 用强弱有主次之分，例如在于旱和高山地区，以物理风化为主，而在湿热多雨地区，则以 化学风化和生物化学风化作用为主。
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