坡地发育与重力地貌87张幻灯片.ppt
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1、第四章第四章 坡地发育与重力地貌坡地发育与重力地貌长期以来坡地的形成与演化就是地貌研究的长期以来坡地的形成与演化就是地貌研究的焦点。这不仅是因为坡地占据焦点。这不仅是因为坡地占据80以上的陆地面以上的陆地面积,而且它也是河流系统的一个重要组成部分,积,而且它也是河流系统的一个重要组成部分,担负着为河流提供水量和泥沙的任务,因此无论担负着为河流提供水量和泥沙的任务,因此无论在研究陆地地貌演化和河流发育中都具有十分重在研究陆地地貌演化和河流发育中都具有十分重要的意义。要的意义。除理论上意义重大以外,坡地研究在生产实除理论上意义重大以外,坡地研究在生产实践中也有重大意义。农业上的水土保持和国土治践中
2、也有重大意义。农业上的水土保持和国土治理需要验机坡地的产水过程和土壤侵蚀机理,各理需要验机坡地的产水过程和土壤侵蚀机理,各种工程设计需要研究各种边坡的稳定性问题。种工程设计需要研究各种边坡的稳定性问题。第一节坡地的概念与分类第一节坡地的概念与分类一、坡地的概念一、坡地的概念坡度大于坡度大于2 的地面称为坡地。的地面称为坡地。坡面地貌过程一般都有重力参与,据研究,坡面地貌过程一般都有重力参与,据研究,坡度小于坡度小于2 的斜面上的物质,尽管有重力的坡的斜面上的物质,尽管有重力的坡向分量,但是它如此的小以至于对物质的移动不向分量,但是它如此的小以至于对物质的移动不产生作用,只有在坡度大于产生作用,
3、只有在坡度大于2 时,重力的坡向时,重力的坡向分量对物质移动才有较大贡献。分量对物质移动才有较大贡献。一个坡地的特征可用三个指标来衡量:一个坡地的特征可用三个指标来衡量:坡度坡长坡形坡度坡长坡形坡度坡度是坡面与水平面之间的夹角角度。它的是坡面与水平面之间的夹角角度。它的大小决定了坡地物质重力坡向分量的大小,对于大小决定了坡地物质重力坡向分量的大小,对于物质的运动速度和运动方式有重要决定意义。物质的运动速度和运动方式有重要决定意义。坡长坡长是指坡地自坡顶至坡脚的斜线长度。坡是指坡地自坡顶至坡脚的斜线长度。坡长的大小在一定程度上决定了坡面的大小,它决长的大小在一定程度上决定了坡面的大小,它决定着坡
4、面的集水面积,通过集水量的多少影响着定着坡面的集水面积,通过集水量的多少影响着坡面水流的性质和物质的侵蚀与堆积。坡面水流的性质和物质的侵蚀与堆积。坡形坡形是指坡面的几何形态,坡形包含着发生是指坡面的几何形态,坡形包含着发生于坡面上地貌过程的信息,对研究坡地的形成,于坡面上地貌过程的信息,对研究坡地的形成,坡面侵蚀与运动的关系有重要意义。坡面侵蚀与运动的关系有重要意义。二、坡地的分类二、坡地的分类坡地占据着地球上坡地占据着地球上80以上的面积,所以以上的面积,所以坡地在生产实践中是经常遇到的处理对象。不坡地在生产实践中是经常遇到的处理对象。不同的生产目的和研究目的,决定了坡地有许多同的生产目的和
5、研究目的,决定了坡地有许多分类方法。分类方法。1、坡地的形态分类、坡地的形态分类主要是根据坡地的组成要素(坡度、坡长、坡形主要是根据坡地的组成要素(坡度、坡长、坡形)来划分坡地的类型。它包括如下几类划分:)来划分坡地的类型。它包括如下几类划分:根据坡度划分:根据坡度划分:极陡坡极陡坡 353535是坡地上松散物质的休止角是坡地上松散物质的休止角陡陡 坡坡 1515-35-35 15以下的坡地坡面侵蚀减弱以下的坡地坡面侵蚀减弱缓缓 坡坡 5 5-15-15 5以下的坡地坡面侵蚀基本以下的坡地坡面侵蚀基本停止或极弱停止或极弱极缓坡极缓坡 2 25 5 根据坡长划分:根据坡长划分:长长 坡坡 500
6、m中中 坡坡 50-500m 短短 坡坡 1坡地稳定,坡地稳定,KIp块体发生位移,反之块体发生位移,反之则稳定。则稳定。根据力的分解法则根据力的分解法则T GSin 为坡角为坡角N Gcos在坡地块体处于静止的情况下,在坡地块体处于静止的情况下,T 与与Ip大小相大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。块体与坡地等,方向相反,作用在同一条直线上。块体与坡地的摩擦力的大小主要与重力的垂向分力有关。的摩擦力的大小主要与重力的垂向分力有关。即即 IpKN K为摩擦系数为摩擦系数这样有这样有 TIpKNGSinK GCosKtg 因此摩擦力因此摩擦力 IpNtg但是受块体垂直坡向分力的影响,但是受块
7、体垂直坡向分力的影响,往往往往不到不到45度时摩擦力最大,这时坡地上的块体处度时摩擦力最大,这时坡地上的块体处于极限稳定状态,所以称这时的坡角为于极限稳定状态,所以称这时的坡角为临界坡临界坡度。度。临界坡度反映了块体与该坡面间摩擦力的大小临界坡度反映了块体与该坡面间摩擦力的大小和性质,应此可将临界坡角称为块体的那摩擦角,和性质,应此可将临界坡角称为块体的那摩擦角,以以?表示。若用表示。若用If表示松散块体的抗滑强度,则表示松散块体的抗滑强度,则IfNtg?GCostg?因此,坡地上土粒、石块等稳定的条件是:因此,坡地上土粒、石块等稳定的条件是:TIfGSinGcostg?tgtg?以上关系表明
8、:坡地上块体的稳定,需要以上关系表明:坡地上块体的稳定,需要下滑力小于抗滑强度,而要下滑力小于抗滑强下滑力小于抗滑强度,而要下滑力小于抗滑强度,需坡角小于坡面物质的内摩擦角。当坡角度,需坡角小于坡面物质的内摩擦角。当坡角等于内摩擦角等于内摩擦角?时,块体处于极限稳定状态。因时,块体处于极限稳定状态。因此,此,?又代表了块体下滑刚好起动的坡角,代表又代表了块体下滑刚好起动的坡角,代表着物质的着物质的休止角休止角。特别对那些没有粘结力的砂。特别对那些没有粘结力的砂层或松散碎屑堆积层来说,内摩擦角与休止角层或松散碎屑堆积层来说,内摩擦角与休止角是一致的。是一致的。2 2、坡地表层岩体与土体的运动、坡
9、地表层岩体与土体的运动这种情况下块体下滑需要克服两种作用力,这种情况下块体下滑需要克服两种作用力,摩擦阻力和块体的粘结力摩擦阻力和块体的粘结力C,这样块体的抗滑强度,这样块体的抗滑强度可表示为可表示为:IfNtg?CA C为粘结力(为粘结力(Kg/cm2)A为块体与坡面的接触为块体与坡面的接触面积(面积(cm2)C与块体的组成物质,结构及含水量有关与块体的组成物质,结构及含水量有关 对于这种块体运动,块体的稳定与否取决对于这种块体运动,块体的稳定与否取决于下滑力与抗滑强度的对比关系。可定义一个于下滑力与抗滑强度的对比关系。可定义一个稳定系数稳定系数KK(Ntg?+CA)/T理论上理论上K1 极
10、限稳定状态极限稳定状态K 1 稳定稳定K 50岩石坡岩石坡50-60坡高坡高:松散物质:松散物质 45米米 大型崩塌大型崩塌坚硬岩石坡坚硬岩石坡 50米米 大型崩塌大型崩塌2 2、地质条件、地质条件节理、断层、地层产状、岩性等都有影响节理、断层、地层产状、岩性等都有影响3 3、气候条件、气候条件一般来说崩塌是与强烈的物理风化紧密相关一般来说崩塌是与强烈的物理风化紧密相关的,在干燥、日温差的,在干燥、日温差 及年温差较大的地区易发生及年温差较大的地区易发生崩塌,在融冻过程非常强的季节和地区,崩塌比崩塌,在融冻过程非常强的季节和地区,崩塌比较严重较严重(二)(二)触发因素触发因素暴雨、融冰化雪、爆
11、破、地震、人工开挖坡暴雨、融冰化雪、爆破、地震、人工开挖坡角等。角等。2009年年5月月18日,日,三峡库区重庆巫三峡库区重庆巫山县龚家坊河段山县龚家坊河段发生山体崩塌,发生山体崩塌,约两万立方米泥约两万立方米泥石滑入长江石滑入长江三、三、崩塌崩塌堆积地貌和结构堆积地貌和结构1、崩塌堆积地貌崩塌堆积地貌崩塌的物体在坡角地带形成的堆积体,称为崩塌的物体在坡角地带形成的堆积体,称为倒石堆倒石堆(岩屑堆)(岩屑堆)。倒石堆的坡面坡度一般较大,。倒石堆的坡面坡度一般较大,其其坡度决定于组成倒石堆碎屑物质的颗粒大小,坡度决定于组成倒石堆碎屑物质的颗粒大小,主要是颗粒的休止角。主要是颗粒的休止角。2 2、
12、倒石堆的物质、倒石堆的物质结构结构 组成物质的岩性与坡地的岩性有关组成物质的岩性与坡地的岩性有关。组成物质一般分选性极差,组成物质一般分选性极差,无无明明显显层序。层序。但因重力分选作用,堆顶物质较细,底部边缘物但因重力分选作用,堆顶物质较细,底部边缘物质较粗。质较粗。第三节滑坡及其地貌第三节滑坡及其地貌斜坡上的土体、岩体或碎屑物质在重力作斜坡上的土体、岩体或碎屑物质在重力作用下延一定的滑动面做整体下滑的现象,称为用下延一定的滑动面做整体下滑的现象,称为滑坡滑坡。三、三、滑坡滑坡的形态的形态特征特征1、滑坡体、滑坡体斜坡上向下滑动的那部分岩土体称为滑坡体。斜坡上向下滑动的那部分岩土体称为滑坡体
13、。它以滑动面与下伏未滑动地层分开。它以滑动面与下伏未滑动地层分开。(醉汉林、马(醉汉林、马刀树)刀树)2、滑动面与滑动带、滑动面与滑动带3、滑坡壁滑坡壁4、滑坡阶地滑坡阶地5、滑坡舌与滑坡鼓丘、滑坡舌与滑坡鼓丘6、滑坡洼地与滑坡湖、滑坡洼地与滑坡湖7、滑坡裂缝:、滑坡裂缝:环状拉张裂隙环状拉张裂隙 平行剪切裂隙平行剪切裂隙 前部张裂隙与挤压裂隙前部张裂隙与挤压裂隙 前部放射裂隙前部放射裂隙滑滑 坡坡 形形 态态 示示 意意 图图例例 湖北清江隔河岩水库茅坪滑坡湖北清江隔河岩水库茅坪滑坡2019-4-25,台湾高速公路,台湾高速公路南下南下3.1公里处,公里处,25日下午发生日下午发生有史以来最
14、严重的山体滑坡。有史以来最严重的山体滑坡。二、滑坡的类型、发生过程与影响因素二、滑坡的类型、发生过程与影响因素(一一)滑坡的类型滑坡的类型按组成物质分类按组成物质分类:黄土滑坡、粘土滑坡、碎屑:黄土滑坡、粘土滑坡、碎屑层滑坡、基岩滑坡层滑坡、基岩滑坡按滑层厚度分类按滑层厚度分类:浅层滑坡(:浅层滑坡(20米)米)按滑动面与结构之间的关系分类按滑动面与结构之间的关系分类:构造面滑坡、顺层面滑坡、不整合面滑坡构造面滑坡、顺层面滑坡、不整合面滑坡按滑动年代分类按滑动年代分类:古滑坡、老滑坡、新滑坡:古滑坡、老滑坡、新滑坡(二二)滑坡的发展阶段滑坡的发展阶段1、蠕动阶段、蠕动阶段 2、剧烈滑动阶段、剧
15、烈滑动阶段 3、渐趋稳定阶段、渐趋稳定阶段(三三)影响滑坡的因素影响滑坡的因素1、岩性:主要发生在遇水易软化的软弱地层上、岩性:主要发生在遇水易软化的软弱地层上2、构造:软弱结构造产状上倾向与坡向一致,如节理、构造:软弱结构造产状上倾向与坡向一致,如节理面,断层面,不整合面等面,断层面,不整合面等3、地貌:主要通过临空面和坡度、地貌:主要通过临空面和坡度4、气候:主要是通过降水和冰的融化、气候:主要是通过降水和冰的融化5、地下水:、地下水:6、地震与人为因素:、地震与人为因素:第四节蠕动过程及其地貌第四节蠕动过程及其地貌一、蠕动一、蠕动的概念的概念斜坡上的土体、岩体和碎屑物质在重力作用斜坡上的
16、土体、岩体和碎屑物质在重力作用下顺坡发生缓慢下移的现象称为下顺坡发生缓慢下移的现象称为蠕动蠕动。移动速度。移动速度有的仅有若干有的仅有若干mm/a有的可达几十有的可达几十cm/a。蠕动现象在温润湿热地区主要由于干湿和温蠕动现象在温润湿热地区主要由于干湿和温差变化所引起,在干旱和半干旱地区主要由温差差变化所引起,在干旱和半干旱地区主要由温差所造成,在寒冷地区主要由冻融作用和温差变化所造成,在寒冷地区主要由冻融作用和温差变化所引起。所引起。坡坡 面面 上上 的的 蠕蠕 动动 现现 象象二、二、蠕动蠕动的类型的类型1 1、松散层蠕动松散层蠕动可分两类可分两类(1 1)土溜土溜:斜坡上被水饱和的松散碎
17、屑物斜坡上被水饱和的松散碎屑物质在重力作用下缓慢下溜的现象质在重力作用下缓慢下溜的现象。(2 2)土爬土爬:斜坡上的碎屑物质由于干湿、斜坡上的碎屑物质由于干湿、温度变化造成体积涨缩压动作用下向下缓慢移动温度变化造成体积涨缩压动作用下向下缓慢移动的现象。造成土爬的主要原因有:的现象。造成土爬的主要原因有:冻融交替冻融交替 温度变化温度变化 干湿变化干湿变化。2 2、岩体蠕动岩体蠕动斜坡上的岩体在本身的重力作用下,发生十斜坡上的岩体在本身的重力作用下,发生十分缓慢的塑性变形或弹性变形。主要出现在页岩、分缓慢的塑性变形或弹性变形。主要出现在页岩、片岩、千枚岩、粘土岩等柔性岩层组成的坡地上。片岩、千枚
18、岩、粘土岩等柔性岩层组成的坡地上。岩体蠕动的特征:岩体蠕动的特征:沉积岩和变质岩分布地区,沉积岩和变质岩分布地区,可看到岩层及其风化碎屑蠕动的变形现象。岩层可看到岩层及其风化碎屑蠕动的变形现象。岩层的蠕动深度差异大,一般在的蠕动深度差异大,一般在35米,最大的可达米,最大的可达到到4050米,深度大小取决于岩性、产状和坡度米,深度大小取决于岩性、产状和坡度三个因素。岩层越软,坡度越大,蠕动深度越大。三个因素。岩层越软,坡度越大,蠕动深度越大。造成岩体蠕动的原因造成岩体蠕动的原因 在在3545 陡坡上的表层岩体,在岩石陡坡上的表层岩体,在岩石本身自重力的长期作用下,应力超过了岩体本身本身自重力的
19、长期作用下,应力超过了岩体本身的弹性限度,发生了破裂变形,或由于长期受力的弹性限度,发生了破裂变形,或由于长期受力的结果,发生了弹塑性变形。对于软弱岩层在自的结果,发生了弹塑性变形。对于软弱岩层在自重力作用下首先发生弧形弯曲的弹塑变形,接着重力作用下首先发生弧形弯曲的弹塑变形,接着出现拉张裂隙,最后形成向下坡的缓慢位移。出现拉张裂隙,最后形成向下坡的缓慢位移。蠕蠕 动动 的的 过过 程程蠕动形成的鳞片状山坡蠕动形成的鳞片状山坡第五节坡面冲刷第五节坡面冲刷坡面冲刷主要指坡地片状流水对坡坡面冲刷主要指坡地片状流水对坡面面的侵蚀的侵蚀作用。作用。一一、雨滴击溅侵蚀雨滴击溅侵蚀暴雨和雨强很大的雨滴,它
20、们以较大的速度暴雨和雨强很大的雨滴,它们以较大的速度降到地表坡地上对土粒有打击分散作用,引起土降到地表坡地上对土粒有打击分散作用,引起土粒移动。这种作用称为粒移动。这种作用称为雨滴击溅侵蚀雨滴击溅侵蚀。据计算一直径据计算一直径5mm的雨滴降落到地面的速的雨滴降落到地面的速度为度为9.5m/s,其动量为,其动量为62g.cm2/s2,如果这个动如果这个动能的向下坡分量全部传递给能的向下坡分量全部传递给10坡面上直径坡面上直径5mm的石英砂粒,这个砂粒就可以的石英砂粒,这个砂粒就可以0.61m/s的速的速度开始移动。度开始移动。雨滴击溅侵蚀作用的雨滴击溅侵蚀作用的强度在坡地各部分是不一强度在坡地各
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