元谋干热河谷沟壁崩塌的力学机制与模拟试验

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元 谋 干 热 河 谷 沟 壁 崩 塌 的 力 学 机 制 与 模 拟 试 验
陈 安 强 ， 丹 ， 张 ， 范建 容 刘 刚 才 ，
（ ． 国科 学 院水 利 部 成 都 山地 灾 害 与 环 境 研 究 所 ，１０ １成 都 ；． １中 ６０４ ， ２ 中国 科 学 院 研 究 生 院 ，０ ０ ９ 北 京 ； １０ ４ ， ３ 中 国科 学 院 山地 灾 害 与地 表过 程重 点 实 验 室 ，１０ １ 成都 ） ． ６０ ４ ，
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２ １ 年 ６ 月 ０２ １ ３ ２—５ ０（ ）：９ ３
中 国 水 土 保 持 科 学
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Ｖ０ ．１ ＮＯ ３ １ ０ ．
Ｊ ｎ． ｕ ２０１ ２
（ Ｆ ｂ＝０ ７ ７＜１ ．６ ）ｗｈ ｎ ｔｅｌｔｒｌｅｏｉｎ ｄｓａ ｃ ｆｓｎ ａ ｅ ａ ． １ ｅ ｈ ａｅａ ｒｓｏ ｉ ｎ ｅｏ ａ ｄ ｌｙ ｒｗ ｓ０ ３ ２ ｍ．Ｗｈ ｎｔｅ ｏ ｅｈ ｎ ｏｌ ｔ ｅ ｈ ｖ ｒ ａ ｇ ｓｉ
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元谋 干热 河谷 区沟 蚀 崩塌 充 分 发 育 ， 成 了朔 形
源侵 蚀强 烈 、 沟底 深 切 、 壁 直立 的 冲沟 发 育特 征 。 沟
收 稿 １ ： ０ 卜１ ＿ １ 修 回 １ 期 ： ０ ２ ０ — ９ ３期 ２ １ ２ ０ ３ ２ １ － ３ １ －
项 目名 称 ：国家 自然 科 学 基 金 项 目“ 沙 江 干 热 河 谷 冲 沟 溯 源 侵 蚀 机 理 研 究 ” ４ ０ １ １ ） 国家 支 撑 计 划 课 题 “ 江 中上 游 西 金 （ １７ ０３ ； 长 南 山 区退 化 生 态 系统 综 合 整 治 技 术 与 模 式 ”（ ０６ Ａ ０ Ａ １ ２０Ｂ Ｃ １ １） 第 一 作 者 简 介 ： 安 强 （９ ｌ ） 男 ， 士 研 究 生 。主 要 研 究 方 向 ： 壤 侵 蚀 与 水 土 保 持 。Ｅ ｍ ｉ ｈ ｑ６ ＠ １ ３ ｃｒ 陈 １８ 一 ， 博 土 － ａｌ ａ １３ ６ ．ｏ ：ｅ ｎ 十责任 作者 简 介 ：刘 刚 才 （９ ７ ） 男 ， 士 ， 究 员 ， 士 生 导 师 。 主 要 研究 方 向 ： 土 保 持 、 态 水 文 。 Ｅｍ ｉ ｉｇ＠ ｉ ｅ １６ 一 ， 博 研 博 水 生 － ａ ：ｌ ｃ ｍｄ． ｌ ｕ
谷 区沟壁 崩塌 易发 生在 多层 土体 覆 盖 的 沟壁 上 ， 当
冲沟 沟壁上 层 为黏土 、 层 为砂 土 （ 元 结构 沟 壁 ） 下 二 时， 由于沟 道底 部径 流不 断的侧 蚀 ， 沟壁底 部 的砂 土 层逐 渐被 冲刷掉 ， 形成 了与流 向平行 的临 空面 ， 引起 沟壁 上部 的黏性 土 呈 悬挂 状 态 ， 后 悬 空 的 土体 在 此
Ａｂｓｒ ｃ Ｔｈ ｌｅ ｎ ｔ ｇ ｌ ｙ ｒ ｄ ｄ ｓｒｂ ｔｏ ｆｓ ｎｄ ｓ ｉ ａ ｄ ｃａ ｏｌｂ ｄ ｒ ａｅ ｏ ｄ ｔｏ ｏ ｈ ｔａｔ ｅ ａｔｒ ａ ｉ ａ ｅ ｅ ｉｔｉ ｕ ｉ ｎ ｏ ａ ｏｌ ｎ ｌ ｙ ｓ ｉ ｏ ｙ ｃ ｅ ｔ ｓ ｃ ｎ ｉｉｎ ｆｒ ｔ ｅ ｎ
该盆 地 内沟壑密 度 为 ３ ０～ ． ｍ ｋ 最 大达 ７ ４ ． ５ ０ｋ ／ ｍ ， ．
ｋ ／ｍ ， ｍ ｋ 年均 朔源 侵蚀 速度 ５ ｍ左右 ， 大达 ２ ０ ０ｅ 最 ０ ｅ 造 成 的 土 壤 侵 蚀 模 数 高 达 １６ 万 ｔ （ ｍ ｍ， ．４ ／ ｋ ・ ａ 。Ｊ Ｐ ｅｅ ） ． ｏｓｎ等 通过 对 ５ ６个 小 流 域 的侵 蚀 产 沙进 行研 究 ， 为 １ ％ ～９ ％ 的侵 蚀 量来 自于 沟蚀 认 ０ ０
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３ ０
中 国水 土保 持科 学
冲 沟沟岸 扩张 过程 中常 常 伴 随着 崩 塌 的 发 生 ， 崩塌
的发 生 又加速 了沟 岸 的扩 张 。沟壁 崩塌是 引起 沟岸
的元 谋盆 地 ， 谋组 地层 在元 谋盆 地 内广 泛分 布 ， 元 厚
６ ３ ６ｍ， ７ ． 分为 ４段 ２ ８层 。该地 区从 上新 世 以来 ， 形 成 了不 同地质 时期 和厚度 不 同的沉 积物 ， 为河 流相 、 湖泊 相或河 湖交 替 相 沉 积 ， 砂层 、 砂层 、 土层 为 粉 黏
及砂 砾互 层 ， 性 松 散 ， 被 侵 蚀来自 。元 谋 干 热 河 岩 易
扩 张的 主 要 影 Ⅱ 素 ¨ 。 沟壁 崩 塌 产 生 了大 量 的 向因
碎屑 物质 并堆 积在 沟底 ， 在沟道 径 流的 冲刷下 ， 造成
了大量 的侵蚀 产 沙
。据统 计 ， 以元 谋 盆地 为 例 ，
ｔ ｅ ｉ ｓａ ｉｉｙ ｏ ｖ ｒ ａ ｇ ｓ ｉ ｂ ｄ ． ｈ ｎ ｔｂ ｌｔ ｆｏ ｅ ｈ ｎ ｏｌ ｏ ｙ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ａ ｍ ｉｔ ｒ ｕ ｌ ｌｆ； ｒ ｔｔｎ ｏｌｐｓ ｄｓ ｄ ｘ ｕ ｅ ｇ ｌｙ ｃｉ ｏａ ｉ ｇ ｃ ｌａ ｅ；ｓａ ｉｉｙ ａ ａｙ ｉ ｔｂ ｌｔ ｎ ｌ ｓｓ；Ｙｕ ｎ ｕ Ｄｒ — ｔｖ ｌｅ ａ ｍｏ ｙ Ｈｏ ａｌ ｙ
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摘要
元 谋 河 谷 冲沟 内砂 土 层 和 黏 土 层 交 替 成 层 分 布 ， 沟 壁 崩 塌 的 发 生 创 造 了条 件 。 在 借 鉴 前 人 研 究 成 果 的基 为
础 上 ， 用 模 拟 试 验 方 法 ， 元 谋 干 热 河 谷 沟 道 水 流侧 蚀 沟 壁并 引起 沟壁 崩塌 的 力 学 机 制 进 行 分 析 。结 果 表 明 ： 运 对 模 拟试 验 中不 同 流量 的水 流 切 应 力在 １７ ～８５ ａ 间 ， 大 于 砂 土 起 动 的 临 界 切 应 力 （ ． ３Ｐ ） 水 流 冲 刷 引 起 ． １ ． ５Ｐ 之 远 ０ １ ａ ； 的沟 壁 砂 土 层 的侧 向后 退 距 离 公 式 为 Ａ ２ ．３ ＣＡ （ ｆ ） ”／ ． ０ ； 土 层 的侧 向后 退 是 引 起 沟 壁 Ｂ ＝ ０ １ １ ｔｆ— ｅ 。ｙ ＋００ ４７ 砂 悬 挂 土 体 失 稳 的 主要 因素 ； 过 模 拟 试 验 得 出 砂 土 层 的 侧 向 冲 刷 距 离 为 ０ ３２Ｉ ， 挂 土体 发 生旋 转 崩 塌 （ ＝ 通 ． １ ｎ时 悬 Ｆ ０ ７７＜１ ， ．６ ） 当悬 挂 土体 出 现 ５ １ 、５和 ２ ｍ 的拉 张裂 缝 时 ， 速 了悬 挂 土 体 的 失 稳 。 、Ｏ １ ０ｃ 加 关 键词 二 元 结 构 沟 壁 ； 转 崩 塌 ； 定 性 分 析 ； 谋 干 热 河 谷 旋 稳 元