土壤侵蚀原理第5章重力侵蚀

第5章重力侵蚀

主要教学目标：分析重力侵蚀发生机制及其发展规律，阐述重力侵蚀形式及影响重力侵蚀的自然因素。使掌握防治重力侵蚀的基本原理。

教学方法：以教师课堂讲授为主，学生自学、参阅课外书及野外实习为辅。

主要内容：第一节重力侵蚀作用分析

第二节崩塌

第三节滑坡

第四节错落

第五节蠕动

第六节陷穴与泻溜

第一节重力侵蚀作用分析

一、坡面重力侵蚀应力

1.概念：重力侵蚀是以单个落石、碎屑流或整块土体、岩体沿坡向下运动的一系列现象。由于坡地重力所移动的物质多系块体形式，故也称为块体运动。

斜坡(包括山坡、岸坡、人工边坡)上松散堆积物或风化基岩，由于本身重量而沿着斜坡向下运动或发生垂直下落，在块体运动中地表水、地下水以及地震等因素往往起促进和触发作用。块体运动是一种固体或半固体物质的运动，可以是快速运动，也可以是缓慢不易觉察的移动或蠕动。它既是地质作用的动力，又是地质作用的对象，因为当它沿斜坡向下运动时，一方面破坏沿途可能遇到的基岩，同时运动的物质本身也遭受破坏。

2.应力：重力是促使斜坡上的物质向下运动的动力。当重力克服了物体的惯性力和摩擦阻力时，物体就要向下移动。在这一过程中，水也是一种重要的影响因素，它能促进块体运动的发生。这不仅因为水可以增大物质的重量，更重要的是水还起着润滑作用，从而减少松散物质颗粒之间的粘结力以及整个物体和基底之间的摩擦阻力。此外，地下水在流动中具有渗透力，这种力作用在它所流经的沉积物或岩石颗粒上，其方向与水流方向一致，能促进沉积物或岩石的破坏。每当洪水退后河岸易发生坍塌，就是因为这时两岸的地下水均向河流排泄，其流向与渗透力的方向指向岸坡下方，从而破坏河岸的稳定性。

另外，块体运动在地震或人工爆炸时也易于发生，这是因为震动产生的冲击力减小摩擦阻力，而触发了块体运动。促进块体运动的其它因素还有斜坡的负荷超过斜坡所能担负的重量、流水或波浪的掏蚀使斜坡过陡、水的冻结和融化交替发生、滥肆开采斜坡下部的岩石等。

重力侵蚀常常是突然发生，给人们带来很大灾害。特别在山区无论是交通、厂矿、城镇或是大型水利枢纽建设都会遇到这个问题。我国是多山之国，山地丘陵和高原的面积占三分之二，更应注意坡地重力侵蚀的研究。

二、坡面重力侵蚀外营力

使坡地物质发生运动的外营力，除自身的重力外，还受水、冰雪、风、生物、地震以及人为等因素的影响。其中最主要的外营力是重力和水的作用。

分析块体运动的力学过程，可以分为位于坡面上的松散土粒、岩屑和在坡地表层沿一定软弱面发生位移的较大土体、岩体两种情况。

1.土粒岩屑或石块运动：位于坡地表面的土粒岩屑或石块，一方面在重力作用下产生下滑力T，有促使块体向下移运的趋向，另一方面块体与坡地的接触面间由于有摩擦阻力τp 牵制下滑力，使块体趋向稳定。下滑力大于摩擦阻力则发生位移，反之则稳定。如两者相等块体处于极限平衡状态。

要使坡面上的碎屑物质稳定，需要下滑力小于抗滑强度。而要下滑力小于抗滑强度，坡角必须小于坡面物质的内摩擦角。若坡面上的岩屑处于极限平衡状态时，则下滑力等于抗滑强度，即坡角和块体的内摩擦角相等。因此内摩擦角φ反映了块体沿坡下滑刚好起动的坡角，代表物质的休止角。特别对那些没有粘结力的砂层或松散岩屑堆积层来说，内摩擦角和休止角是一致的。这时，凡坡面的坡角θ小于物质内摩擦角φ时，坡面上的物质是稳定的。

土、砂和松散岩屑的内摩擦角φ值随其颗粒大小、形状而异。粗大并呈棱角状而又密实的颗粒的休止角大。一般悄况下，风化岩屑离源地愈远，其颗粒因磨蚀圆度增加，磨擦力减小，休止角变小。因此愈近坡麓，坡度也愈缓和。

值得注意的是，土的内摩擦角随含水量而变化。土粒间充满水分将增加润滑性，休止角变小。因此在同样条件下，湿润区的山坡坡度缓，于燥区的山坡坡度陡。一般来说山坡坡顶水分不易积累，显得较干燥，坡麓较湿润，因之，山坡坡度也有从坡顶向坡麓变缓的趋势

2.块体的整体位移：块体运动并不限于在坡地表面移动，有时沿坡面以下一定深度的软弱面发生整体位移。这时还遇到另外一种阻力，即土层或岩层的粘结力C。块体运动一定要克服粘结力C和摩擦阻力τf才能发生位移。

其块体运动的抗滑强度为

τf＝N·tgφ十C·A

式中：C――粘结力(kg／cm2)；A――运动块体与坡面的结触面积(cm2)。

土体的粘结力与组成物质的成分、结构及土体含水量多少有密切关系。粘土的力学性质受水分影响最大，含水量少、处于干燥状态时，具有极其牢固的性质。如水分增加粘土可变成可塑状态，其强度大大降低，极易形成软弱面，土体往往沿此破裂而发生块体运动。

坚硬岩体的粘结力C值很大，一般不易发生移动。但岩层中常常存在软弱的结构面(层面、软弱夹层、断层面、节理面、劈裂面等)。软弱结构面的内摩擦角φ和粘结力C都显著减小，因此容易产生破裂面而发生块体运动

总之，坡地上的块仲运动主要受重力引起的下滑和岩土块体的内摩擦力及粘结力的相互关系而定。

其稳定系数为

K＝抗滑阻力/下滑力=N·tgφ+C·A/T

理论上当K＝1时，岩体或土体处于极限平衡状态；

当K＜1时，岩体或土体处于不稳定状态；

当K＞1时，岩体或土体是稳定的。工程上一般采用K＝2～3为安全稳定系数。

自然界的山坡大多数的K值＞l，所以都是比较稳定的。如果坡麓地带因河流侧蚀或人工切坡，改变了坡地形态使边坡角加大，形成陡坎甚至是临空悬崖，坡面块体突出，不稳定体加大，将促使块体运动发生。

第二节崩塌

一、崩塌作用方式

斜坡上的岩屑或块体在重力作用下，快速向下坡移动称为崩塌。崩塌过程按块体的地貌部位和崩塌形式又可分为山崩、塌岸和散落。

山崩是山岳地区常发生的一种大规模崩塌现象，崩塌体能达数十万立方米。山崩常阻塞河流、毁坏森林和村镇。山崩时大块崩落和小颗粒散落是同时进行的。

河岸、湖岸(库岸)或海岸的陡坡，由于河水、湖水或海水的掏蚀，或地下水的潜蚀作用以及冰冻作用，使岸坡上部物体失去支持而发生崩塌。称为塌岸。

散落是岩屑沿斜坡向下作滚动和跳跃式地连续运动。其特点是散落的岩屑连续地撞击斜坡坡面，并带有微弱的跳动和向下作旋转运动。跳动可以是岩屑从某一高度崩落到坡下继续反跳，也可能是快速滚动的岩屑撞击不平整的坡面而跳起。