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On the physical weathering of various mudrocks

  • Andreas Wetzel
  • Gerhard Einsele
Article

Summary

Weathering profiles can be classified by phenomenological criteria which define weathering stages. At the same weathering stage, mudrocks similar in composition and geological history do not differ significantly in their geotechnical properties. The variation of geotechnical properties within a weathering profile were found to depend on the properties of the unweathered material.

Weathering starts with elastic rebound enhancing permeability by opening joints. It is followed by physical weathering near the surface. Above the groundwater table, the weathering of mudrocks low in carbonate and organic matter is controlled mainly by the frequency and intensity of changes in relative humidity within the unsaturated rock (eading to shrinkage and swelling). Volume changes due to varying relative humidity were found to be one to two orders of magnitude larger than those caused by temperature changes. Weathering resulting from drying-wetting cycles typically leads to the formation of “pelitoclasts”. This disintegration process is called “pelitoclastesis”.

Laboratory investigations show that the median grain size of first-cycle pelitoclasts can be predicted from the volumetric shrinkage or uniaxial compressive strength of the fresh mudrock. Shrinkage simulates the response of a mudrock to drying and wetting. while uniaxial compressive strength is related to tensile strength, which controls resistance to disintegration.

In calcareous and organic-rich mudrocks, long-term chemical weathering is important. Before such material disintegrates into pelitoclasts, the dissolution of cement and oxidation of organo-mineralic complexes is necessary. Hence, the development of a complete weathering profile takes a much longer time in these mudrocks than in those containing little carbonate and/or organic matter.

Keywords

Grain Size Distribution Uniaxial Compressive Strength Black Shale Geotechnical Property Weathered Zone 

A propos de la désagrégation mécanique de différentes roches pélitiques

Résumé

Les profils d'altération peuvent être classés en fonction de critéres phénoménologiques qui définissent des stades d'altération. A un même stade, des roches politiques voisines quant à leur composition et à leur histoire géologique ne présentent pas de différences significatives en ce qui concerne leurs propriétés géotechniques. On a trouvé que les variation des caractéristiques géotechniques dans un profil d'altération d'ependent des propriétés intrinséques des roches saines.

L'altération débute par une relaxation des contraintes qui augmente la perméabilité en ouvrant les joints. Elle est suivie d'une désintégration physique à proximité de la surface. Au-dessus de la nappe phrétatique; l'altération des roches politiques pauvres en carbonate et en matière organique est contrôlée principalement par la fréquence et l'intensité des variations d'humidité relative à l'intérieur de la roche non saturée (conduisant au retrait et au gonflement). Les modification de volume dues aux variation d'humidité relative se sont avérées être une à deux fors plus importantes que celles causées par les variations de température. La désintégration résultant de cycles de séchage-humification conduit à la formation de ≪pélitoclasts≫. Ce processus de désintégration est appelé ≪pélitoclastésis≫.

Les études de laboratoire montrent que la dimension moyenne des pélitoclasts ≪de première génération≫ peut être prévue à partir retrait volumétrique ou de la résistance à la compression simple uniaxiale de la roche pélitique saine. Le retrait simule la réponse d'une roche pélitique au séchage et à l'humidification, tandis que la résistance à la compression uniaxiale est liée à la résistance en traction qui contrôle la résistance à la désintégration.

Dans les roches pélitiques riches carbonatées et riches en matières organiques, l'altération chimique à long terme est importante. Avant qu'un matériau de ce type se disloque en ≪pélitoclasts≫, la dissolution du ciment et l'oxydation des complexes, organo-minéraux sont nécessaires. D'où il découle que le développements d'un profil d'atltération complet dans ces roches politiques est beaucoup plus long que dans la catégorie précédante.

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Copyright information

© International Association of Engineering Geology 1991

Authors and Affiliations

  • Andreas Wetzel
    • 1
  • Gerhard Einsele
    • 2
  1. 1.Geologisch-Paläontologisches Institut der UniversitätBaselSwitzerland
  2. 2.Geologisch-Paläontologisches Institut der UniversitätTübingenFederal Republic of Germany

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