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。

二、崩塌分类崩塌的分类可按不同的原则来考虑，其一是根据组成坡地的物质结构分类，其二是根据崩塌的移动形式分类。

1.根据组成坡地的物质结构：崩积物崩塌，这类崩塌是山坡上已经过崩塌的岩屑和沙土等物质，处于很松散状态，当有雨水浸湿或受地震震动时，可再一次形成崩塌。

表层风化物崩塌，这是在地下水沿风化层下部的基岩面流动时，引起风化层沿基岩面崩塌。

沉积物崩塌,有些由厚层的冰积物、冲积物或火山碎屑物组成的陡坡，由于结构松散，形成的崩塌。

基岩崩塌，在基岩山坡上常沿节理面、层面或断层面等发生的崩塌。

2.根据崩塌体移动形式和速度：散落型崩塌：在节理或断层发育的陡坡，或是软硬岩层相同的陡坡，或是由松散沉积物组成的陡坡，常常形成散落型崩塌。

滑动型崩塌：这类崩塌沿一滑动面发生，有时崩塌土体保持了整体形态，这种类型的崩塌和滑坡很相似。

流动型崩塌：降雨时斜坡上的松散岩屑、砂和粘土，受水浸透后产生流动崩塌。

这种类型的崩塌和泥石流很近似、实际上这是坡地上崩塌型泥石流。

在北京西山一带称这种崩塌泥石流为“龙扒”。

上述各种类型崩塌并不是孤立存在的，在一次崩塌中，可以有几种形式的崩塌同时出现，或者由一种崩塌形式转变为另一种崩塌形式。

三、崩塌形成条件1.地形条件：地形条件包括坡度和坡地相对高度。

坡度对崩塌的影响最为明显，斜坡上物体的重力切向分力和垂向分力是随着山坡坡度大小而变化的。

当山坡坡度达到一定角度时，岩屑重力的切向分力能够克服摩擦阻力向下移动，一般大于33°的山坡不论岩屑大小都将有可能发生移动。

但是不同岩性的山坡，形成崩塌的坡度也不完全相同。

在无水情况下，一般岩屑坡的坡度休止角是30°～35°，干沙的休止角为35°～40°，粘土的休止角可达40°左右。

如果为同一种岩性但其结构不同，它们的休止角也不同。

例如原生黄土的结构较致密，超过50°的坡地才会发生崩塌，而次生黄土的结构较松散，30°左右就发生崩塌。

坡地的相对高度和崩塌的规模有关，一般当坡地相对高度超过50m时，就可能出现大型崩塌。

2.地质条件：岩石中的节理、断层、地层产状和岩性等都对崩塌有直接影响。

在节理和断层发育的山坡岩石破碎，很易发生崩塌。

当地层倾向和山坡坡向一致，而地层倾角小于山坡坡度角时，常沿地层层面发生崩塌。

软硬岩性的地层呈互层时，较软岩层易受风化，形成凹坡，坚硬岩层形成陡壁或突出成悬崖易发生崩塌。

3.气候条件：气候可使岩石风化破碎，加快坡地崩塌形成的时间，在日温差、年温差较大的干旱、半干旱地区，物理风化作用较强，在较短时间内岩石就会风化破碎。

例如兰新铁路一些新开挖的花岗岩路堑，仅四、五年时间路堑边坡岩石就遭到强烈风化，形成崩塌。

4.地震及其它：地震是崩塌的触发因素。

地震时能形成数量多而规模很大的崩塌体，例如1920年宁夏海原8.5级地震，有650多处发生大规模崩塌(其中有一部分是滑坡)，地震形成的崩塌分布在上万平方公里范围内。

1970年秘鲁境内的安第斯山附近发生一次大地震，当时从5000～6000m高山上倾泻下来的岩块和冰块等崩塌体，连抛带滚波及到10km以外。

1974年7月8日在昭通地震区的老寨堡附近发生一次巨大崩塌，是在一次2.6级小余震的触发作用下发生的。

大规模崩塌前山崖上有小石块崩落，随即开始大规模的崩塌，转瞬间巨大石块从山坡上向下倾泻，击毁了山下原有的老崩塌体，新、老崩塌体一起往山下流动，形成长约1.5km、宽150～200m的崩塌体，自上而下分成崩塌、滑坡和泥石流三个地段。

在山区进行各种工程建设时，如不顾及自然地形条件，任意开挖、常使山坡平衡遭到破坏而发生崩塌。

另外任意砍伐森林和在陡坡上开垦荒地也常引起崩塌。

第三节滑坡一、滑坡的地貌特征1.滑坡体：斜坡上向下滑动的那部分土体或岩体称之为滑坡体。

由于整体下滑，土体大体还保持着原有结构，它以滑动面与下伏未滑地层分割开来，滑坡体与其周围不动土体在平面上的分界线称之为滑坡周界，它圈定了滑坡作用范围。

滑坡体上的树木随土体滑动而东歪西斜称之为醉林。

滑坡体的规模大小不一，从十几立方米到几亿立方米。

2.滑动面或滑动带：滑坡体沿之下滑的面称为滑动面。

在均质土体中其剖面为一个近似半圆弧形，通常上陡下缓，中部接近水平，前缘出口处常常形成逆向的反坡。

滑动面有时只有一个，有时有几个，故还可以分出主滑动面与分支滑动面。

滑动面上可以清晰地看到磨光面和擦痕。

有时在滑动面附近的土体有明显的扰动或拖曳褶皱等现象构成滑动带。

滑动带的厚薄不一，从数厘米到数米不等。