坡地發(fā)育與重力地貌87張幻燈片

1、第四章 坡地發(fā)育與重力地貌長(zhǎng)期以來(lái)坡地的形成與演化就是地貌研究的焦點(diǎn)。這不僅是因?yàn)槠碌卣紦?jù)80以上的陸地面積，而且它也是河流系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，擔(dān)負(fù)著為河流提供水量和泥沙的任務(wù)，因此無(wú)論在研究陸地地貌演化和河流發(fā)育中都具有十分重要的意義。除理論上意義重大以外，坡地研究在生產(chǎn)實(shí)踐中也有重大意義。農(nóng)業(yè)上的水土保持和國(guó)土治理需要驗(yàn)機(jī)坡地的產(chǎn)水過(guò)程和土壤侵蝕機(jī)理，各種工程設(shè)計(jì)需要研究各種邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題。第一節(jié)坡地的概念與分類(lèi)一、坡地的概念坡度大于2 的地面稱(chēng)為坡地。坡面地貌過(guò)程一般都有重力參與，據(jù)研究，坡度小于2 的斜面上的物質(zhì)，盡管有重力的坡向分量，但是它如此的小以至于對(duì)物質(zhì)的移動(dòng)不產(chǎn)生作用，

2、只有在坡度大于2 時(shí)，重力的坡向分量對(duì)物質(zhì)移動(dòng)才有較大貢獻(xiàn)。一個(gè)坡地的特征可用三個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量：坡度坡長(zhǎng)坡形坡度是坡面與水平面之間的夾角角度。它的大小決定了坡地物質(zhì)重力坡向分量的大小，對(duì)于物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方式有重要決定意義。坡長(zhǎng)是指坡地自坡頂至坡腳的斜線(xiàn)長(zhǎng)度。坡長(zhǎng)的大小在一定程度上決定了坡面的大小，它決定著坡面的集水面積，通過(guò)集水量的多少影響著坡面水流的性質(zhì)和物質(zhì)的侵蝕與堆積。坡形是指坡面的幾何形態(tài)，坡形包含著發(fā)生于坡面上地貌過(guò)程的信息，對(duì)研究坡地的形成，坡面侵蝕與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系有重要意義。二、坡地的分類(lèi)坡地占據(jù)著地球上80以上的面積，所以坡地在生產(chǎn)實(shí)踐中是經(jīng)常遇到的處理對(duì)象。不同的生產(chǎn)目的和研

3、究目的，決定了坡地有許多分類(lèi)方法。1、坡地的形態(tài)分類(lèi)主要是根據(jù)坡地的組成要素（坡度、坡長(zhǎng)、坡形）來(lái)劃分坡地的類(lèi)型。它包括如下幾類(lèi)劃分：根據(jù)坡度劃分：極陡坡 3535是坡地上松散物質(zhì)的休止角陡 坡 15-35 15以下的坡地坡面侵蝕減弱緩 坡 5 -15 5以下的坡地坡面侵蝕基本停止或極弱極緩坡 25 根據(jù)坡長(zhǎng)劃分：長(zhǎng) 坡 500m中 坡 50-500m 短 坡 1坡地穩(wěn)定，KIp塊體發(fā)生位移，反之則穩(wěn)定。 根據(jù)力的分解法則T GSin 為坡角N Gcos在坡地塊體處于靜止的情況下，T 與Ip大小相等，方向相反，作用在同一條直線(xiàn)上。塊體與坡地的摩擦力的大小主要與重力的垂向分力有關(guān)。 即 IpKN

4、 K為摩擦系數(shù)這樣有 TIpKNGSinK GCosKtg 因此摩擦力 IpNtg但是受塊體垂直坡向分力的影響，往往不到45度時(shí)摩擦力最大，這時(shí)坡地上的塊體處于極限穩(wěn)定狀態(tài)，所以稱(chēng)這時(shí)的坡角為臨界坡度。臨界坡度反映了塊體與該坡面間摩擦力的大小和性質(zhì)，應(yīng)此可將臨界坡角稱(chēng)為塊體的那摩擦角，以表示。若用If表示松散塊體的抗滑強(qiáng)度，則IfNtgGCostg 因此，坡地上土粒、石塊等穩(wěn)定的條件是：TIfGSinGcostgtgtg以上關(guān)系表明：坡地上塊體的穩(wěn)定，需要下滑力小于抗滑強(qiáng)度，而要下滑力小于抗滑強(qiáng)度，需坡角小于坡面物質(zhì)的內(nèi)摩擦角。當(dāng)坡角等于內(nèi)摩擦角時(shí)，塊體處于極限穩(wěn)定狀態(tài)。因此，又代表了塊體下滑

5、剛好起動(dòng)的坡角，代表著物質(zhì)的休止角。特別對(duì)那些沒(méi)有粘結(jié)力的砂層或松散碎屑堆積層來(lái)說(shuō)，內(nèi)摩擦角與休止角是一致的。2、坡地表層巖體與土體的運(yùn)動(dòng)這種情況下塊體下滑需要克服兩種作用力，摩擦阻力和塊體的粘結(jié)力C，這樣塊體的抗滑強(qiáng)度可表示為: IfNtgCA C為粘結(jié)力（Kg/cm2） A為塊體與坡面的接觸面積（cm2）C與塊體的組成物質(zhì)，結(jié)構(gòu)及含水量有關(guān) 對(duì)于這種塊體運(yùn)動(dòng)，塊體的穩(wěn)定與否取決于下滑力與抗滑強(qiáng)度的對(duì)比關(guān)系?？啥x一個(gè)穩(wěn)定系數(shù)KK（Ntg+CA）/T理論上K1 極限穩(wěn)定狀態(tài)K 1 穩(wěn)定K 50巖石坡50-60坡高：松散物質(zhì) 45米 大型崩塌堅(jiān)硬巖石坡 50米 大型崩塌2、地質(zhì)條件節(jié)理、斷層、

6、地層產(chǎn)狀、巖性等都有影響3、氣候條件一般來(lái)說(shuō)崩塌是與強(qiáng)烈的物理風(fēng)化緊密相關(guān)的，在干燥、日溫差 及年溫差較大的地區(qū)易發(fā)生崩塌，在融凍過(guò)程非常強(qiáng)的季節(jié)和地區(qū)，崩塌比較嚴(yán)重（二） 觸發(fā)因素暴雨、融冰化雪、爆破、地震、人工開(kāi)挖坡角等。2009年5月18日，三峽庫(kù)區(qū)重慶巫山縣龔家坊河段發(fā)生山體崩塌，約兩萬(wàn)立方米泥石滑入長(zhǎng)江三、崩塌堆積地貌和結(jié)構(gòu)1、崩塌堆積地貌崩塌的物體在坡角地帶形成的堆積體，稱(chēng)為倒石堆（巖屑堆）。倒石堆的坡面坡度一般較大，其坡度決定于組成倒石堆碎屑物質(zhì)的顆粒大小，主要是顆粒的休止角。2、倒石堆的物質(zhì)結(jié)構(gòu) 組成物質(zhì)的巖性與坡地的巖性有關(guān)。 組成物質(zhì)一般分選性極差，無(wú)明顯層序。但因重力分選

7、作用，堆頂物質(zhì)較細(xì)，底部邊緣物質(zhì)較粗。第三節(jié)滑坡及其地貌斜坡上的土體、巖體或碎屑物質(zhì)在重力作用下延一定的滑動(dòng)面做整體下滑的現(xiàn)象，稱(chēng)為滑坡。 三、滑坡的形態(tài)特征1、滑坡體斜坡上向下滑動(dòng)的那部分巖土體稱(chēng)為滑坡體。它以滑動(dòng)面與下伏未滑動(dòng)地層分開(kāi)。（醉漢林、馬刀樹(shù)）2、滑動(dòng)面與滑動(dòng)帶3、滑坡壁4、滑坡階地5、滑坡舌與滑坡鼓丘6、滑坡洼地與滑坡湖7、滑坡裂縫： 環(huán)狀拉張裂隙 平行剪切裂隙 前部張裂隙與擠壓裂隙 前部放射裂隙滑 坡 形 態(tài) 示 意 圖例 湖北清江隔河巖水庫(kù)茅坪滑坡2019-4-25，臺(tái)灣高速公路南下3.1公里處，25日下午發(fā)生有史以來(lái)最嚴(yán)重的山體滑坡。二、滑坡的類(lèi)型、發(fā)生過(guò)程與影響因素(一

8、) 滑坡的類(lèi)型按組成物質(zhì)分類(lèi)：黃土滑坡、粘土滑坡、碎屑層滑坡、基巖滑坡按滑層厚度分類(lèi)：淺層滑坡（20米）按滑動(dòng)面與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系分類(lèi)：構(gòu)造面滑坡、順層面滑坡、不整合面滑坡按滑動(dòng)年代分類(lèi)：古滑坡、老滑坡、新滑坡(二)滑坡的發(fā)展階段1、蠕動(dòng)階段 2、劇烈滑動(dòng)階段 3、漸趨穩(wěn)定階段(三)影響滑坡的因素1、巖性：主要發(fā)生在遇水易軟化的軟弱地層上2、構(gòu)造：軟弱結(jié)構(gòu)造產(chǎn)狀上傾向與坡向一致，如節(jié)理面，斷層面，不整合面等3、地貌：主要通過(guò)臨空面和坡度4、氣候：主要是通過(guò)降水和冰的融化5、地下水：6、地震與人為因素：第四節(jié)蠕動(dòng)過(guò)程及其地貌一、蠕動(dòng)的概念斜坡上的土體、巖體和碎屑物質(zhì)在重力作用下順坡發(fā)生緩慢下移的現(xiàn)

9、象稱(chēng)為蠕動(dòng)。移動(dòng)速度有的僅有若干mm/a有的可達(dá)幾十cm/a。蠕動(dòng)現(xiàn)象在溫潤(rùn)濕熱地區(qū)主要由于干濕和溫差變化所引起，在干旱和半干旱地區(qū)主要由溫差所造成，在寒冷地區(qū)主要由凍融作用和溫差變化所引起。坡 面 上 的 蠕 動(dòng) 現(xiàn) 象二、蠕動(dòng)的類(lèi)型1、松散層蠕動(dòng)可分兩類(lèi)（1）土溜：斜坡上被水飽和的松散碎屑物質(zhì)在重力作用下緩慢下溜的現(xiàn)象。（2）土爬：斜坡上的碎屑物質(zhì)由于干濕、溫度變化造成體積漲縮壓動(dòng)作用下向下緩慢移動(dòng)的現(xiàn)象。造成土爬的主要原因有： 凍融交替 溫度變化 干濕變化。2、巖體蠕動(dòng)斜坡上的巖體在本身的重力作用下，發(fā)生十分緩慢的塑性變形或彈性變形。主要出現(xiàn)在頁(yè)巖、片巖、千枚巖、粘土巖等柔性巖層組成的坡

10、地上。 巖體蠕動(dòng)的特征：沉積巖和變質(zhì)巖分布地區(qū)，可看到巖層及其風(fēng)化碎屑蠕動(dòng)的變形現(xiàn)象。巖層的蠕動(dòng)深度差異大，一般在35米，最大的可達(dá)到4050米，深度大小取決于巖性、產(chǎn)狀和坡度三個(gè)因素。巖層越軟，坡度越大，蠕動(dòng)深度越大。造成巖體蠕動(dòng)的原因 在3545 陡坡上的表層巖體，在巖石本身自重力的長(zhǎng)期作用下，應(yīng)力超過(guò)了巖體本身的彈性限度，發(fā)生了破裂變形，或由于長(zhǎng)期受力的結(jié)果，發(fā)生了彈塑性變形。對(duì)于軟弱巖層在自重力作用下首先發(fā)生弧形彎曲的彈塑變形，接著出現(xiàn)拉張裂隙，最后形成向下坡的緩慢位移。蠕 動(dòng) 的 過(guò) 程蠕動(dòng)形成的鱗片狀山坡第五節(jié)坡面沖刷坡面沖刷主要指坡地片狀流水對(duì)坡面的侵蝕作用。一、雨滴擊濺侵蝕暴雨

11、和雨強(qiáng)很大的雨滴，它們以較大的速度降到地表坡地上對(duì)土粒有打擊分散作用，引起土粒移動(dòng)。這種作用稱(chēng)為雨滴擊濺侵蝕。據(jù)計(jì)算一直徑5mm的雨滴降落到地面的速度為9.5m/s，其動(dòng)量為62g.cm2/s2,如果這個(gè)動(dòng)能的向下坡分量全部傳遞給10坡面上直徑5mm的石英砂粒，這個(gè)砂粒就可以0.61m/s的速度開(kāi)始移動(dòng)。雨滴擊濺侵蝕作用的強(qiáng)度在坡地各部分是不一樣的。一般來(lái)說(shuō)坡地上部大于下部，這主要是因?yàn)樯喜康牡叵滤槐认虏扛?，土粒之間的凝聚力較小，易被擊濺，再者上部擊濺下來(lái)的物質(zhì)對(duì)下部坡面也有保護(hù)作用。二、坡面徑流侵蝕在干旱半干旱地區(qū)流水侵蝕是十分重要的一種侵蝕作用。流水侵蝕作用在一個(gè)斜坡上作用的強(qiáng)度是變化的

12、。根據(jù)強(qiáng)度的差異可將坡地的流水侵蝕分成如下幾個(gè)帶：不明顯沖刷帶：位于分水嶺附近，水量很小，沖刷微弱。沖刷帶：位于斜坡中部，該帶除了本身接受的降水外，還有上部大量的降水注入，水流聚集在相對(duì)低洼處，形成有固定流路的水流，侵蝕作用增強(qiáng)。淤積帶：位于坡麓地帶，該帶盡管因上部大量降水的匯入，水量增大，但上部各帶侵蝕形成的物質(zhì)也隨之進(jìn)入，到了該帶由于坡度降低，水流中負(fù)載的含量達(dá)到了飽和，大量的物質(zhì)堆積下來(lái)，形成堆積帶。三、坡面流一般來(lái)說(shuō)，影響流水侵蝕的因素主要有坡長(zhǎng)L，坡度I，坡面面積M，植被狀況，地下水位高低等。但最重要的還是前三個(gè)因素。據(jù)野外觀(guān)測(cè)所得的經(jīng)驗(yàn)公式，坡面流水侵蝕作用的侵蝕量W與L，I，M有

13、如下關(guān)系：W=AI0.75L0.5M1.5A為比例系數(shù)侵蝕面與坡度的關(guān)系：一般理解I越大W越大最大侵蝕的坡度 4050四、坡積物坡麓地帶由片狀水流堆積下來(lái)的松散沉積物稱(chēng)坡積物，它構(gòu)成的地貌叫坡積裙，坡積物有如下幾個(gè)特征： 1、 磨圓度與分選性差。2、 自裙頂至前緣，物質(zhì)由粗變細(xì)。3、 在垂直方向上有層理。4、 巖性較單一。 坡積裙 第六節(jié)坡地發(fā)育過(guò)程坡度運(yùn)動(dòng)速度對(duì)水分的要求地貌形態(tài)分布地區(qū)剝蝕堆積崩塌60-705-200m/s可以沒(méi)有水，水促進(jìn)運(yùn)動(dòng)崩塌壁倒石堆可發(fā)生在種類(lèi)地區(qū)，非地帶性過(guò)程，在物理風(fēng)化強(qiáng)地區(qū)強(qiáng)撒落30-70較快對(duì)水無(wú)嚴(yán)格要求撒落坡小型倒石堆非地帶性過(guò)程，在物理風(fēng)化過(guò)程強(qiáng)的地區(qū)明

14、顯錯(cuò)落35快可以沒(méi)水錯(cuò)落壁錯(cuò)落體非地帶性類(lèi)型滑坡20較快，快時(shí)幾到幾十m/s需要水且較多滑坡壁滑坡體非地帶性，在半干旱及暴雨集中的地區(qū)較多土溜3-5幾-幾十cm/y要求適當(dāng)?shù)乃滞亮矬w地帶性，熱帶水分很多的地區(qū)和寒冷地區(qū)土爬10-15幾-幾十mm/y要求一定的水蠕動(dòng)坡地帶性，一般在寒冷地區(qū)和半干旱地區(qū)巖體蠕動(dòng)35慢無(wú)嚴(yán)格要求蠕動(dòng)巖體非地帶性過(guò)程坡面沖刷2，40-50最強(qiáng)速度在不同帶有變化要求有水沖刷坡坡積裙非地帶性過(guò)程，在降水集中的地區(qū)強(qiáng)烈一、坡面過(guò)程特征概況二、坡地發(fā)育模式（一）Davis的模式在戴維斯看來(lái)，坡地地貌的發(fā)育是從一個(gè)比較平坦的地面開(kāi)始的，這個(gè)初始的平坦地面稱(chēng)為始準(zhǔn)平原。始準(zhǔn)平原

15、由于地殼的加速抬升，在極短的時(shí)間內(nèi)被抬升到一個(gè)較高的高度，這時(shí)原來(lái)始準(zhǔn)平原上的河流開(kāi)始強(qiáng)烈下切，形成河流溝谷，溝谷的斜坡與始準(zhǔn)平原平面有一個(gè)明顯的坡折，坡地的發(fā)育就是從溝谷的斜坡開(kāi)始的。在溝谷和河流的斜坡上，由于風(fēng)化作用等因素的影響，在坡面片狀水流的作用下，坡地上部成凸形，坡面下部成凹形，整個(gè)坡地剖面是凸凹形坡。如在構(gòu)造穩(wěn)定的條件下，這種坡度剖面的演化將主要在風(fēng)化和片流侵蝕作用下，使坡地上部的凸形坡不斷降低，最終形成準(zhǔn)平原，在準(zhǔn)平原上殘留的一些較緩山丘稱(chēng)殘丘。因?yàn)樵摾碚撌且云碌乇磺治g變低為特征的，故又被稱(chēng)為蝕低理論。（二）W.Penck的模式 W.Penck的坡地發(fā)育模式是以構(gòu)造活動(dòng)和外力侵蝕

16、之間關(guān)系的對(duì)比為出發(fā)點(diǎn)的。在他看來(lái)構(gòu)造活動(dòng)和外力侵蝕的關(guān)系可分為三種： 構(gòu)造抬升小于外力侵蝕，即構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定條件下，形成凹形坡。 構(gòu)造上升與外力侵蝕相等，并且上升是均速的，形成直形坡。 構(gòu)造上升大于外力侵蝕速度，并且上升是加速的，形成凸形坡。 W.Penck認(rèn)為，在地貌旋回這樣長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期內(nèi)，分水嶺和主谷不可能均勻降低，當(dāng)主谷谷底接近均衡剖面，下切作用趨于停頓之后，山坡將以一個(gè)固定的角度平行后退；后退過(guò)程中上段坡面始終與原始坡面平行，呈直線(xiàn)形坡，而下段坡面則逐漸變緩，并在山前形成山足剝蝕面。這種學(xué)說(shuō)認(rèn)為山坡平行后退，故稱(chēng)山坡蝕退說(shuō)。（三）C.L.King的模式King的模式是對(duì)Penck理論第

17、一種情形的發(fā)揮，即構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定條件下，形成凹形坡，最后形成山麓剝蝕平原。（三）M.A.Carson等的觀(guān)點(diǎn)地球上大部分坡地都可被分為三部分：上部凸形坡，下部凹形坡以及位于兩者之間的坡地主體部分稱(chēng)為主坡。主坡的形成可以是簡(jiǎn)單的也可是由多個(gè)單元復(fù)合起來(lái)的。凸形坡是由于風(fēng)化，蠕動(dòng)和降雨擊濺的綜合作用下形成的。凹形坡是由坡面沖刷和溶解引起的谷坡后退而產(chǎn)生的。坡地的發(fā)育主要不是取決于上兩個(gè)部分，而是取決于主坡的演化。主坡的發(fā)育可能主要通過(guò)下述三種方式完成：主坡后退主坡變緩主坡變短各種氣候條件下，風(fēng)化，片狀水流作用和影響坡地變化的因素不同，故各種氣候條件下，主坡的變化方式也是不一樣的。 在干旱半干旱條件下

18、，特別是半干旱條件下，植被稀少，物質(zhì)疏松，坡面沖刷強(qiáng)烈。主坡以后退為主，縮短和變緩較弱，形成的坡地凹形較明顯。 在溫濕地區(qū)，由于植被條件較好，表面沖刷較弱，坡面過(guò)程主要是蠕動(dòng)和雨滴的擊濺引起的，它們的作用主要是使主坡縮短和變緩，主坡的后退比較次要，因此坡地較多的以凸形坡的形式發(fā)育。 第七節(jié)夷平面一、夷平面的概念與成因橫切一切時(shí)代形成的地層與構(gòu)造的，由剝蝕夷平作用形成的平坦地形稱(chēng)夷平面夷平面的形成需要一個(gè)基本條件，這就是地殼運(yùn)動(dòng)要有一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期，所謂地殼運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，是指一個(gè)地區(qū)的構(gòu)造上升速率要小于外力作用的剝蝕速率。相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期有多長(zhǎng)？這取決于剝蝕作用對(duì)地表的夷平強(qiáng)度，一把來(lái)說(shuō)剝蝕作用強(qiáng)度大的地區(qū)需要的時(shí)間較短，而剝蝕作用弱的地區(qū)所需的時(shí)間較長(zhǎng)。Schumm.S.A 根據(jù)現(xiàn)代地表的平均剝蝕速度計(jì)算，在不出現(xiàn)均衡調(diào)整的條件下，剝蝕掉1500m厚的巖石，大約需要300萬(wàn)年到1億1千萬(wàn)年的時(shí)間。至于各種不同氣候條件下地表的剝蝕速率怎樣？剝蝕一定的地表需要多長(zhǎng)時(shí)間，仍需深入研究。不同氣候條件下，坡地發(fā)育的模式是不同的，在濕潤(rùn)地區(qū)地表坡地的演化是以蝕低為特征的，即最后形成準(zhǔn)平原。而在半干旱的溫帶與亞熱帶地區(qū)，坡地的發(fā)育是以蝕退的方式進(jìn)行的，即后退形成山麓剝蝕面。不管是山麓剝蝕面還是準(zhǔn)平原，它們都是夷平面的形成形式。地球上的氣候是變化的，根據(jù)研究第三紀(jì)時(shí)的全球平均氣