1、第四章 坡地發(fā)育與重力地貌,長期以來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)上的水土保持和國土治理需要驗(yàn)機(jī)坡地的產(chǎn)水過程和土壤侵蝕機(jī)理，各種工程設(shè)計(jì)需要研究各種邊坡的穩(wěn)定性問題。,第一節(jié)坡地的概念與分類,一、坡地的概念 坡度大于2 的地面稱為坡地。 坡面地貌過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)

2、不產(chǎn)生作用，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)來衡量： 坡度坡長坡形 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。,坡長是指坡地自坡頂至坡腳的斜線長度。坡長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 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

3、理對(duì)象。不同的生產(chǎn)目的和研究目的，決定了坡地有許多分類方法。,1、坡地的形態(tài)分類 主要是根據(jù)坡地的組成要素（坡度、坡長、坡形）來劃分坡地的類型。它包括如下幾類劃分： 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)坡長劃分： 長 坡 500m 中 坡 50-500m 短 坡 50m 劃分依據(jù)是，大于500m的長度和小于50m的長度均不利于坡面侵蝕 根據(jù)坡形劃分： 直線坡凸形坡凹形坡復(fù)合坡,2、坡地成因分類 地球上的任何地貌都是內(nèi)外營力相互作用的結(jié)果，因此根據(jù)坡地的

4、成因，將其分為： 內(nèi)力成因坡 坡地主要由地殼的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，巖漿作用和地震活動(dòng)造成，如斷層坡，火山坡，地震坡等。,外力成因坡 由外力作用為主形成的坡地。根據(jù)作用于坡地上的外力過程類型，可將其再分為： 流水作用的坡、湖水作用的坡、波浪作用的坡、冰川作用的坡、風(fēng)沙作用的坡、寒凍作用的坡、,各種外力在形成坡地上的作用主要有兩類作用：侵蝕和堆積，根據(jù)坡地形成的方式，可將其分為： 侵蝕坡：由外力侵蝕作用形成 堆積坡：由外力堆積作用形成,3、坡地組成物質(zhì)分類 根據(jù)組成坡地的物質(zhì)類型可將其分為： 基巖坡碎屑坡土坡 不同的坡地物質(zhì)有著不同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，它們對(duì)坡地的穩(wěn)定性有重要意義。如在干燥的坡地上，粘土的凝聚力較

5、強(qiáng)，在較大的坡度上仍較穩(wěn)定，而礫石的凝聚力較小，只有在較小的坡地上才穩(wěn)定。,4、坡地的工程穩(wěn)定分類 根據(jù)坡地的穩(wěn)定性可分為： 穩(wěn)定坡不穩(wěn)定坡 不同的工程對(duì)坡體的穩(wěn)定性有不同的要求，故確定穩(wěn)定坡的指標(biāo)也不一樣。一般工程上用穩(wěn)定系數(shù)來衡量坡地的穩(wěn)定性。穩(wěn)定系數(shù)K抗滑坡度/下滑力，理論上K1坡地穩(wěn)定，K1坡地不穩(wěn)定。但為了工程的安全，對(duì)一般的工程來說：確定K2-3為穩(wěn)定坡。,三、坡面上的地貌過程與塊體運(yùn)動(dòng)的力學(xué)分析 坡面上進(jìn)行的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換，使坡地形態(tài)不斷變化的過程稱為坡面過程。前面提到坡度大于2 時(shí)重力對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的影響占據(jù)了較重要的位置，因而在重力作用下的各種塊體運(yùn)動(dòng)是坡面過程的主要形式之一。此

6、外，坡地還接受大氣降水，降水時(shí)形成的水流沖刷，土壤水作用等對(duì)坡地的演化也有重要意義。,坡地上塊體運(yùn)動(dòng)的力學(xué)機(jī)制： 坡地上的塊體運(yùn)動(dòng)主要有兩種形式，一是位于坡面上的松散土粒和巖屑的移動(dòng)，二是坡地表層一定軟弱面上的土體、巖體的移動(dòng)。,1、坡面上土粒、巖屑的運(yùn)動(dòng) 坡面上的巖屑主要受三個(gè)力的作用： 重力G摩擦力Ip支撐力F G可分解為垂 直于坡地的分力N和平行于坡面的下滑力T。塊體在坡地上能否發(fā)生運(yùn)動(dòng)取決于與Ip的對(duì)比關(guān)系，若TIp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，作用在同一條直線上。塊體與坡地的

7、摩擦力的大小主要與重力的垂向分力有關(guān)。,即 IpKN K為摩擦系數(shù) 這樣有 TIpKN GSinK GCos Ktg 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： TIf GSinGcostg tgtg ,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

8、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)那些沒有粘結(jié)力的砂層或松散碎屑堆積層來說，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)K K（Ntg+CA）/T 理論上 K1 極限穩(wěn)定狀態(tài) K 1 穩(wěn)定 K 1 滑動(dòng)不穩(wěn)定,

9、第二節(jié) 崩塌及其地貌 一、崩塌及其類型 （一） 崩塌及其特征 陡峭山坡上的巖體，土體或碎屑層，主要在重力作用下突然發(fā)生急劇的崩落，翻轉(zhuǎn)和滾落，在坡角形成倒石堆或巖屑堆的現(xiàn)象，稱為崩塌。,崩落形成的地貌,崩塌的特征： 1、動(dòng)速度快 有時(shí)可達(dá)到自由落體的速度。 2、體積變化大 小者可小于1m3，大者可大到幾億立方米（108m3） 。 3、塊體經(jīng)過崩塌后已不具備后來巖體或土地的任何結(jié)構(gòu)。 4、運(yùn)動(dòng)塊體沒有固定的滑動(dòng)面。,60多米的山體突然崩塌，近1.5萬立方米的石頭傾瀉而下，掩蓋了整條高速公路，最大的石塊足足有800立方米。,案例：浙江甬臺(tái)溫高速公路崩塌,（二）崩塌的類型 根據(jù)崩塌體的移動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)

10、速度可將崩塌劃分為如下類型: 1、板狀崩塌 2、巖崩 3、巖石剝落 4、粒狀崩解,二、崩塌的形成條件及觸發(fā)因素 （一）形成條件 1、地貌條件 崩塌一般僅發(fā)生在陡峻且高度較高的坡地上。 坡度：松散物質(zhì)組成的斜坡坡度要大于碎屑的休止角，一般大于45黃土狀物質(zhì) 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、地層產(chǎn)狀、巖性等都有影響 3、氣候條件 一般來說崩塌是與強(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、人工開挖坡角

11、等。,2009年5月18日，三峽庫區(qū)重慶巫山縣龔家坊河段發(fā)生山體崩塌，約兩萬立方米泥石滑入長江,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，無明顯層序。但因重力分選作用，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)的那部分巖土體稱為滑坡

12、體。它以滑動(dòng)面與下伏未滑動(dòng)地層分開。（醉漢林、馬刀樹） 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茅坪滑坡,2010-4-25，臺(tái)灣高速公路南下3.1公里處，25日下午發(fā)生有史以來最嚴(yán)重的山體滑坡。,二、滑坡的類型、發(fā)生過程與影響因素 (一) 滑坡的類型 按組成物質(zhì)分類：黃土滑坡、粘土滑坡、碎屑層滑坡、基巖滑坡 按滑層厚度分類：淺層滑坡（20米） 按滑動(dòng)面與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系分類： 構(gòu)造面滑坡、順層面滑坡、不整合面滑坡 按

13、滑動(dòng)年代分類：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：主要通過臨空面和坡度 4、氣候：主要是通過降水和冰的融化 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)象稱為蠕動(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

14、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)的類型 1、松散層蠕動(dòng) 可分兩類 （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)在頁巖、片巖、千枚巖、粘土巖等柔性巖層組成的坡地上。 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

15、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期作用下，應(yīng)力超過了巖體本身的彈性限度，發(fā)生了破裂變形，或由于長期受力的結(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 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)。這種作用稱為雨滴擊濺侵蝕。,據(jù)計(jì)

16、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。一般來說坡地上部大于下部，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。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

17、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，形成堆積帶。,三、坡面流 一般來說，影響流水侵蝕的因素主要有坡長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)野外觀測所得的經(jīng)驗(yàn)公式，坡面流水侵蝕作用的侵蝕量W與L，I，M有如下關(guān)系： W=AI0.75L0.5M1.5 A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

18、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的松散沉積物稱坡積物，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,一、坡面過程特征概況,二、坡地發(fā)育模式 （一）Davis的模式 在戴維斯看來，坡地地貌的發(fā)育是從一個(gè)比較平坦的地面開始的，這個(gè)初始的平坦地面稱為始準(zhǔn)平原。,始準(zhǔn)平原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)原來始準(zhǔn)平原上的河流開始強(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始的。