（土壤学专业论文）南方崩岗侵蚀的岩土特性研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的学位( 毕业) 论文，是本人在指导教师的指导下独立完 成的研究成果，并且是自己撰写的。尽我所知，除了文中作了标注和致谢中已作 了答谢的地方外，论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果。与我一同对本 研究做出贡献的同志，都在论文中作了明确的说明并表示了谢意，如被查有侵犯 他人知识产权的行为，由本人承担应有的责任。 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名旁 论文使用授权的说明 日期：o 石彳o 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定，即学 校有权送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 学位( 毕业) 论 指导教师亲笔签 保密，在年后解密可适用本授权书。口 保密。 口 日期：) 口口多占加 日期：2 o o 歹么勿 福建农林大学硕士研究生论文 南方崩岗侵蚀的岩土特性研究 中文摘要 本研究以福建省长汀县崩岗侵蚀区为研究对象，在大范围调查的基础上，选 出6 个典型崩岗剖面进行野外测定以及室内理化分析，探讨岩土特性与崩岗侵蚀 的关系，并通过因子分析将崩岗侵蚀岩土特性的指标压缩为少数几个综合因子。 结果表明：花岗岩风化壳内存在大量的节理和裂隙，主要有原基岩风化后残 留的构造裂隙或原生节理以及风化过程中产生的风化节理和卸荷节理；崩岗的形 成和侵蚀的发展规模受风化壳厚度的制约；把典型的崩岗剖面从上到下划分为： 红土层、砂土层、碎屑层和裂隙风化层( 亦称球状风化层) 4 个层次：崩岗土体 崩解的主要原因是土体失水后产生微结构的破坏和大量的干裂隙。在自然状态和 风干状态下，崩岗土体的崩解强度都碎屑层 砂土层 红土层；有机质含量绝大 多数在5 o o g k g 以下，含量很低，且红土层 砂土层 碎屑层；红土层一砂土层 一碎屑层，质地逐渐变粗；容重和紧实度是崩岗岩土特性的综合反映。总孔隙度 各层次差异较小，毛管孑l 隙度远大于非毛管孔隙度，红土层一砂土层一碎屑层， 毛管孔隙度有下降趋势，非毛管孔隙度有上升趋势；微团聚体主要集中在直径为 0 2 5 0 0 5 m m 和0 0 5 o o l m m 这两个粒径， 0 2 5 m m 团粒含量低，且红土层 砂 土层 碎屑层。红土层一砂土层一碎屑层，分散率增大，团聚度和团聚状况则明 显减小；红土层的凝聚力较大，内摩擦角也不小，其抗剪强度相对较高。砂土层 内摩擦角相对较大，但凝聚力较小。碎屑层的凝聚力很小，抗剪强度主要表现为 内摩擦力；对各层次的抗侵蚀能力进行评价结果如下：红土层主要表现为面蚀， 一般不发生崩塌，但由于厚度薄，很容易被蚀穿。砂土层抗蚀性和抗冲性都较弱。 碎屑层在较小的径流条件下，具有较强的抗冲能力，但是在较大的径流下，也容 易被侵蚀；通过因子分析把崩岗岩土特性的1 4 个指标压缩为3 个综合因子，分别 为颗粒组成和团聚状况因子，有机质和孔性因子和凝聚力因子，这3 个综合因子 可以很好地概括崩岗侵蚀的岩土特性。 关键词：花岗岩风化壳崩岗侵蚀岩土特性 福建农林大学硕士研究生论文南方崩岗侵蚀的岩土特性研究 a b s t r a c t t h i sp a p e rt o o kt h es e r i o u se r o s i o na r e ai nc h a n g t i n gc o u n t r y , f u j i a np r o v i n c ea s t h er e s e a r c ho b j e c t b a s e do nf i e l di n v e s t i g a t i o nw i l d l y , 6t y p i c a lp r o f i l e so fs l o p e d i s i n t e g r a t i o nw e r ec h o s e n ，b e i n gf o rf i e l dt e s ta n dl a b o r a t o r ya n a l y s i s ，r e l a t i o n s h i p s b e t w e e ns l o p ed i s i n t e g r a t i o na n dr o c k s o i lc h a r a c t e r i s t i c sw a sd i s c u s s e d ，a n d c o m p r e s st h er o c k - s o i lc h a r a c t e r i s t i c si n d e xo fs l o p ed i s i n t e g r a t i o ni n t o s e v e r a l c o m p r e h e n s i v ef a c t o r sb yf a c t o ra n a l y s i s i t ss h o w e dt h a t ，l o t so fj o i n t sa n df r a c t u r e se x i s ti ng r a n i t ew e a t h e r i n gm a n t l e ， i n c l u d et h ed e c e n c y j o i n t sa n df r a c t u r e s ，t h et e c t o n i cc r a c k sa n dr e l e a s ef r a c t u r e s ；t h e f o r m i n ga n d t h es c a l eo fd e v e l o p m e n to fs l o p ed i s i n t e g r a t i o nw e r ec o n t r o l l e db yt h e t h i c k n e s so fw e a t h e r i n gm a n t l e ；t h e r ea r e4l a y e r si nt y p i c a lp r o f i l eo fs l o p e d i s i n t e g r a t i o n ：t h er e ds o i ll a y e r 、t h es a n d ys o i ll a y e r 、t h ed e t r i t u sl a y e ra n d t h ec r a c k w e a t h e r e dl a y e r ( a l s oc l a i m e dt h eg l o b u l a rw e a t h e r e dl a y e 0 ；t h em a i nr e a s o no f d i s i n t e g r a t i o ni st h em i c r o s t r u c t u r ed e s t r u c t i o na n dt h em a s s i v ed r yc r e v a s s e sw h i c h m a d eb yd e h y d r a t e so fs o i lb o d y ；u n d e rt h en a t u r a ls t a t ea n dt h ea i rs e a s o n i n gs t a t e ， t h ei n t e n s i t yo fd i s i n t e g r a t i o ni si no r d e ro ft h ed e t r i t u sl a y e r t h es a n d ys o i ll a y e r t h e r e ds o i ll a y e r ；t h ec o n t e n to fo r g a n i cm a a e ra r eb e l o w5 o o g & gm o s t l y , i nl o wl e v e l ， a n df r o ms t r o n gt ow e e k ，i th a sao r d e r ，t h er e ds o i ll a y e r ，t h es a n d ys o i ll a y e ra n dt h e d e t r i t u sl a y e r ；t h et e x t u r ei nt h eo r d e ro ft h er e ds o i ll a y e r t h es a n d ys o i ll a y e r t h e d e t r i t u sg r a d u a l l yr u mr o u g h ；t h eb u l kd e n s i t ya n dt h ed e g r e eo fc o m p a c t i o na r et h e c o m p r e h e n s i v er e f l e c t i o no f r o c k s o i lc h a r a c t e r i s t i c so fs l o p ed i s i n t e g r a t i o n t h et o t a l p o r o s i t yh a sl i t t l ed i f f e r e n c ei nl a y e r s ，t h ec a p i l l a r yp o r o s i t yh i g h e rt h a nn o n c a p i l l a r y p o r o s i t y , f r o mt h er e ds o i ll a y e rt ot h ed e t r i t u s ，t h ec a p i l l a r yp o r o s i t yt u r nd o w na n d t h en o n - c a p i l l a r yp o r o s i t yt u r nu p t h em i c r o a g g r e g a t em a i n l yc o n c e n 仃a t eo nt w o s i z ew h i c hd i a m e t e ri n0 2 5 0 0 5 m ma n d0 0 5 0 0 1 m m t h ec o n t e n to f o 2 5 r a m a g g r e g a t ei si nl o wl e v e l ，a n di no r d e ro ft h er e ds o i ll a y e r t h es a n d y s o i ll a y e r t h e d e t r i t u sl a y e r w h i l et h el a y e rd e e p e n i n g ，t h ed i s p e r s i o ni n c r e a s e ，t h ea g g r e g a t i o nr a t e a n dt h ea g g r e g a t i o nr e d u c eo b v i o u s l y ；t h ec o h e s i v ef o r c eo ft h er e ds o i ll a y e ri s b i g g e rt h a nt h eo t h e rl a y e r s ，t h ee q u i v a l e n tf r i c t i o na n g l ea l s ob i gr e l a t i v e l y , s ot h e 2 福建农林大学硕士研究生论文 南方崩岗侵蚀的岩土特性研究 a n t i - s h e a r i n gi n t e n s i t yo ft h er e ds o i ll a y e ri sb i g g e rt h a nt h eo t h e rl a y e r s a st ot h e s a n d y s o i ll a y e r , i t se q u i v a l e n tf r i c t i o na n g l ei sb i gr e l a t i v e l y , b u tt h ec o h e s i v ef o r c ei s s m a l l t h ed e t r i t u sl a y e rh a ss m a l lc o h e s i v ef o r c e ，i t sa n t i s h e a r i n gi n t e n s i t ys t e m f r o mt h ee q u i v a l e n tf r i c t i o nf o r c e ；e s t i m a t i o no nt h ea n t i e r o s i o nc a p a c i t yo ft h e l a y e r sa sf o l l o w s ：t h er e ds o i ll a y e r sd i d n tc o l l a p s eb u ts h e e te r o s i o n ，b e c a u s eo f i t ，s t h i nt h i c k n e s st h a ti tc a nb ee r o d e dw e a l o f f t h es a n d ys o i ll a y e rh a sp o o r a n t i e r o s i o nc a p a c i t ya n ds o i la n t i - s c o u r i n gc a p a c i t y u n d e rt h el e s ss u r f a c ef l o w c o n d i t i o n ，t h ed e t r i t u sl a y e rh a v es t r o n ga n t i e r o s i o nc a p a c i t y , b u tw h i l et h er u n o f f e n h a n c e ，i ta l s oe a s i l yc o r r o d e d ；c o m p r e s st h er o c k - s o i lc h a r a c t e r i s t i c si n d e xo f s l o p e d i s i n t e g r a t i o ni n t o 3c o m p r e h e n s i v ef a c t o r sb yt h ef a c t o ra n a l y s i s ，w h i c ha r ec a l l e d t h eg r a i nc o m p o s i t i o na n dt h ea g g r e g a t es t a t ef a c t o r , t h eo r g a n i cm a t t e rd e g r e ea n dt h e p r o p e r t yo fp o r es p a c ef a c t o r , t h ec o h e s i v ef o r c ef a c t o r t h e s ec o m p r e h e n s i v ef a c t o r s s u m m a r yt h er o c k - s o i lc h a r a c t e r i s t i c so f s l o p ed i s i n t e g r a t i o nw e l l k e yw o r d s ：g r a n i t ew e a t h e r i n gm a n t l e ，s l o p ed i s i n t e g r a t i o n ， r o c k - s o i lc h a r a c t e r i s t i c s 3 福建农林大学硕士研究生论文南方崩岗侵蚀的岩土特性研究 l 引言 1 1 崩岗侵蚀的定义 “剧岗”一词是曾瑁旋先生于1 9 6 0 年提出的一个概念。它是指红士丘陵 风化壳地表产生的“崩口”地形，且多分布于低丘陵地区，所以称为“崩岗”。 它的命名具有发生学和形态学的双重意义，“崩”指以崩塌作用为主的侵蚀方式， “岗”是指经常发生这种侵蚀的原始地貌类型。1 。 在国外，此类地形被称为崩坡( l a n ds l i d e 或d e r r u m b e s ) 。1 、陡脊 ( s c a r c r e s t ) 、壁龛脊( n i c h e dr i d g e s 或n i s c h e n g r a t e ) ”3 或围坐椅状崩坡 ( d e e p s e a t e ds l o p ef a i l u r e ) 埘，也有人称之为劣地( b a d l a n d ) “。 在我国，该地形也有不同的叫法。阮伏水“1 认为该侵蚀由沟谷发育而成，它 具有沟谷发育的特征，应称为“崩岗沟”。但在土壤学、水土保持学和地理学文 献中普遍使用“崩岗”一词。 1 2 崩岗侵蚀的过程和形态 崩岗侵蚀是由冲沟迭水冲刷，发展到重力侵蚀作用下花岗岩土体本身崩塌和 洪积物搬运沉积的过程m 。它的侵蚀过程可以概括为：冲沟沟头后退一崩积堆再 侵蚀一沟壁后退一冲出成洪积扇，其中的崩积堆再侵蚀过程是最主要、速率最大 的过程，它提供了崩岗全部侵蚀量8 0 的沙源”3 。 根据对崩岗发生区的实地考察和有关文献“，崩岗的宽度一般为l o 4 0 m ， 最宽在l o o m 以上，深度一般为6 2 5 m ，最深的可达到5 0 m 以上，深度一般往下 游减小，沟床仅占沟底很小的部分，婉蜒届曲，仿佛平原上的曲流。崩岗的横剖 面多呈“u ”形，沟壁上壁部崩塌盛行，近于垂直，下部有的已经露出风化壳的 碎屑层。在沟内，常有锯齿状狭长的土墙、刀背或塔状峭壁的土柱，这是崩岗的 发生发展过程中的沟间地残余。崩岗纵剖面相对较缓，河床比降一般为5 0 1 0 0 。在浅沟汇入处，常形成沟壁跌水，加速了沟壁的崩塌。 崩岗侵蚀的基本形态是由单一冲沟或者数条冲沟组合连通发展而成，由于后 来重力坍塌的破坏，造成冲沟相互连通，形成崩岗“。一个崩岗在地貌形态上主 要包括坡面集水区、沟头、沟壁、沟头崩积体、沟间地、冲沟沟床( 沟道) 和出 口处洪积扇等要素( 如图1 ) ”，这些地貌部位在水力和重力作用下侵蚀或堆积， 4 福建农林大学硕士研究生论文南方崩岗侵蚀的岩土特性研究 便构成了整个崩岗的侵蚀过程。坡面集水区汇聚径流，产生迭水，从而加速崩岗 沟头的侵蚀和临空面的形成，不稳定土体崩塌后堆积在沟间地，而径流又把崩塌 后的土体冲刷带走，在沟口堆积成冲积扇，不同的地形部位及其发育方式反映了 崩岗侵蚀的过程“。并不是所有崩岗都完整具备以上几个地形部位，但一般都具 有坡面集水区( 集水盆) 、冲沟和扇形地( 洪积扇) 三部分“3 。 图l 典型崩岗形态系统示意图 由于局部地形和诱发因素的不同，崩岗随母岩、地形、径流汇集面积的大小， 风化壳裂隙的分布状态的不同，呈现出不同的地貌形态，而且在崩岗发育的不同 阶段，其规模和形态也不同。根据其主要特征，可以将崩岗的形态分为“”、”1 ： 瓢型崩岗、条型崩岗、爪型( 分叉) 崩岗、混合型崩岗和弧形崩岗5 种类型。 1 3 崩岗侵蚀的分布和现状 崩岗侵蚀是我国东南地区分布最普遍、发育最旺盛和危害最严重的侵蚀类 型，主要分布在广东、广西、海南、福建、江西、安徽、湖南、湖北8 个省，尤 以洞庭湖、鄱阳湖水系中上游以及南岭南北两侧分布比较集中，也较为典型。崩 岗多见于花岗岩、砂页岩、古坡积物、火山角砾岩等不同岩性的丘陵和台地，其 中以花岗岩风化壳基础上形成的崩岗最为发育“”。 水利部最新的调查“”，共涉及8 个省的6 8 个地( 市、州) 、3 1 3 个县( 市、区) ， 基本覆盖了南方崩岗分布的区域。据调查统计“”，8 省共有崩岗2 0 3 3 万个，崩 福建农林大学硕士研究生论文 南方崩岗侵蚀的岩土特性研究 岗面积1 1 2 4 2 0k m 2 。 福建省崩岗侵蚀主要分布于晋江流域南安县，西溪支流安溪县，东溪支流永 春县，韩江上游长汀县，西溪流域平和县，东溪领域诏安县，闽江流域尤溪县等， 其中最严重地区为安溪( 官桥、龙门) 、长汀( 河田) 、永春( 狮峰) 等地“。根 据调查“”，全省共有3 8 个县有存在不同程度的崩岗侵蚀，共有6 7 1 4 个崩岗，密 度为0 0 5 5 个k 2 。 1 4 崩岗侵蚀的危害 崩岗侵蚀的危害，山区群众将其危害概括为“烂了山，冲了土，塞了河，压 了田，穷了人“”1 。它的危害主要表现在两个方面，一是它会造成大量表土流失， 一般的水土流失年侵蚀模数只有几百吨，而崩岗侵蚀的年侵蚀模数一般在2 万吨以上，有的高达十几万吨，大大超过我国南方地区的土壤允许流失量 ( 5 0 0 t k m 2 a ) “”；二是它会产生大量的侵蚀物质，这些侵蚀物质含有大量石英 颗粒，酸性很大，流入农田立即引起减产，倾泻的泥沙淤埋农田，抬高河床，或 使居民点被迫迁移，或对人民生命财产造成毁灭性破坏。另外，它还具有发展速 度快和突发性强的特点，因而比一般的水土流失更具有威胁性，有时一场暴雨就 可以扩大崩岗侵蚀面积2 倍左右，溯源推进5 1 0 m 以上“。 以福建安溪为例。”，全县水田受崩岗侵蚀危害的面积占耕地总面积的2 8 ， 每年造成1 2 0 万余吨土壤流失，崩岗侵蚀产生的泥沙沉积，导致该县6 座水库报废。 另据统计嘶1 ，崩岗侵蚀累计造成民房倒塌1 3 2 8 间，受灾人口1 3 8 1 6 人，直接经济 损失近2 0 0 0 万元。 可见，崩岗侵蚀危害十分严重，是山区生态环境恶化的主要根源，制约了山 区经济的发展。 1 5 研究概况 1 5 1 崩岗侵蚀的研究概况 近年来，许多专家和学者对崩岗侵蚀进行了广泛的研究，发表了大量的研 究论文。有关研究主要涉及崩岗的侵蚀过程机制，崩岗地形的形成，崩岗发育程 度的划分，崩岗形成的影响因素和崩岗侵蚀的治理措施等方面。 许多学者认为崩岗侵蚀的过程机制是：重力和水力是崩岗发育的主要动力， 6 福建农林大学硕士研究生论文 南方崩岗侵蚀的岩土特性研究 重力作用产生的崩塌是崩岗侵蚀的主要形式”1 ；但也有人有不同看法，史德明 。“”( 1 9 9 1 年) 认为崩岗侵蚀属于水蚀范畴，张淑光呲3 ( 1 9 9 0 年) 、丁树文和 蔡崇法。”等人则认为崩岗侵蚀属于重力侵蚀范畴。 对崩岗地形的形成有比较统一的说法。一般认为：一个完整的崩岗，在地貌 形态上应具有坡面积水区、沟头、沟壁、沟头崩积体、沟问地、冲沟沟床( 沟道) 和出口处洪积扇等要素，这些地貌部位在水力和重力作用下侵蚀或堆积，便构成 了整个崩岗的侵蚀过程。丘世钧“1 ( 1 9 9 4 年) 、阮伏水。“3 ( 1 9 8 9 年， 1 9 9 6 年) 、吴克刚“3 “1 ( 1 9 8 9 年) 、丁树文和蔡岽法o ”( 1 9 9 5 年) 等人的研究 结果基本一致，仅在地貌部位的名称上略有不同，比如吴克刚把“沟头”称为“集 水盆”或者“凹沟”，“冲沟沟床”称为“沟道”。 崩岗发育程度的划分较为复杂，吴克刚“1 ( 1 9 8 9 年) 的研究表明崩岗侵 蚀过程分为深切期、崩岗期和夷平期三个阶段；牛德奎“3 ( 1 9 9 0 年、2 0 0 0 年) 通过大量调查研究后，认为崩岗的发育过程分成四个阶段，即网状细沟阶段、阶 梯沟阶段、深沟阶段和崩岗扩张阶段。吴志峰和李定强。”( 1 9 9 9 年) 则从物质 的输送和能量的转化而形成一个完整的侵蚀地貌系统方面进行分析得出结论：崩 岗侵蚀地貌系统发育规模通常首先表现出一个l o g i s t i c 增长过程，随后系统的演 化可持续发展、波动、稳定平衡和消亡四种趋势。 在崩岗影响因素方面，普遍认为气候、植被、地形、岩土特性和人为活动是 影响崩岗形成和发展的主要因素，并且上述因素的作用是综合的。湿热的气候条 件，造就了花岗岩母质的强烈风化过程，从而形成了深厚的风化壳，为进一步发 生崩塌提供物质基础。”；充足的降水所带来的强大的径流是崩岗发育的外部动力 和触发因素m 嘲；植被具有涵养水源和团结土壤的功能，植被覆盖一旦消失，地 表腐殖土很快被雨水冲刷掉，或发育为浅沟，侵蚀至其下的砂土层和碎屑层时， 便易发展为崩岗。；牛德奎“。( 2 0 0 0 年) 研究表明崩岗的发育规模、速度和 形状受地形因素影响很明显，凹陷的坡形面发育的崩岗为弧形且规模较大，凸形 坡面发育的崩岗为瓢型进而发展为爪形，平直的坡面发育的崩岗为条状且规模较 小。丁光敏0 7 1 ( 2 0 0 1 年) 的研究表明崩岗多分布于阳坡或半阳坡“”，坡度增大， 侵蚀量增大，2 5 4 2 6 4 是个转折点，侵蚀量变小，1 0 。2 5 。是最易产生崩岗 侵蚀的坡度；人为活动加速崩岗发育的根源是不合理利用土地资源或掠夺性地开 福建农林大学硕士研究生论文 南方崩岗侵蚀的岩土特性研究 发土地资源。贾吉庆”( 1 9 9 9 年) 对福建省崩岗的研究表明人为因素对崩岗发 育起到诱发和促进作用，是崩岗发育发展的重要原因，殷祚云、陈建新和王明怀 等人3 ( 1 9 9 9 年) 的研究也证明了这一点。 崩岗的防治各地取得了许多成功的经验。主要根据崩岗的类型和特点因地制 宜，因害设防，采取工程措施和植物措施互补的治理方案“”“。郑邦兴和张胜龙 ”。( 1 9 9 0 年) ，丁光敏“”( 1 9 8 9 年) 专门研究了植物措施技术，得出了坡面以草 灌混交效果最好，崩岗壁以爬藤类植物为主，沿崖壁上下边沿种植，崩岗场种植 针叶乔木，冲积扇种乔灌草的结论。 1 5 2 崩岗侵蚀岩土特性的研究概况 许多专家和学者都认为，疏松深厚的花岗岩风化壳是崩岗侵蚀的物质基础和 内在原因；崩岗侵蚀一旦切入砂土层和碎屑层，崩岗侵蚀发展速度大大提高。目 前，阮伏水、吴志峰和王继增、李思平、史德明、丘世钧、牛德奎等人对花岗岩 区崩岗侵蚀的岩土特性进行过专题研究。 阮伏水2 “”3 ( 1 9 8 9 年、1 9 9 1 年、1 9 9 5 年、1 9 9 6 年) 对花岗岩风化壳的 地球化学过程、形成条件及抗侵蚀特征进行了综合分析与评价。他的研究结果表 明：垂直节理发育的花岗岩体在持续的暖湿气候作用下，形成的疏松深厚风化壳 是土壤侵蚀特别是切沟和崩岗沟发育的物质基础。风化壳中抗侵蚀性极弱的砂土 层存在，是导致花岗岩土壤侵蚀特别严重的内在原因，并指出土壤的抗侵蚀能力 强弱是一个相对概念，其随侵蚀动力类型和强弱不同而显示不同的特征。在侵蚀 动力较弱情况下，抗蚀性是影响土壤抗侵蚀性能的主要方面，在较强侵蚀动力下， 土壤的抗冲性将上升为影响土壤抗侵蚀性能的主导方面；他还对崩岗的士体本质 和侵蚀动力及其机理进行了探讨，认为疏松深厚的花岗岩风化壳是崩岗侵蚀的物 质基础和内在原因。径流和重力侵蚀是崩岗发育的主要动力。崩塌是崩岗侵蚀的 主要形式。崩塌的基本模式有错断崩塌、拉裂崩塌、滑移崩塌和剥落4 种形式； 牛德奎“2 ”( 1 9 9 0 年) 对赣南地区山地丘陵区崩岗侵蚀阶段发育的研究中 也有涉及岩土特性对崩岗侵蚀的影响，他对颗粒组成和容重进行分析后，认为深 厚松散的花岗岩风化物是崩岗的物质基础，而且最松散最容易侵蚀的是底层的土 体，所以当一旦侵蚀沟切透红土层、砂土层进而入碎屑层，沟蚀反而加剧。这样， 基底不稳，必然会导致其上覆盖层的倾斜和倒塌，从而形成崩岗： 福建农林大学硕士研究生论文 南方崩岗侵蚀的岩土特性研究 李思平“( 1 9 9 1 年) 认为红土层对崩岗的发育起着控制作用，他对红土 层的物理化学特性、结构特征、崩解特性、物理力学特性进行研究，结果表明： 花岗岩风化土地区崩岗发育的内在原因主要是由于花岗岩风化形成的硅铝红土 型风化壳本身具有的若干特性造成的，即土体经过强烈的红土化作用，盐基遭受 强烈的淋失，因此土体松散，孔隙多，裂隙发育，崩解特性强，使得抗侵蚀能力 弱，力学性质受水的影响显著等，使土体的强度降低，加剧了崩岗的形成： 史德明“3 0 ( 1 9 9 1 年) 通过对风化壳各层次的厚度、有机质含量、粘粒含 量、抗冲指数、水稳性指数、f e ：0 。含量和a 1 ：o 。含量进行分析，结果表明：砂土 层和碎屑层不仅疏松而且深厚，为崩岗侵蚀提供了物质基础。在保留红土层的地 段，土壤的抗冲能力较强，侵蚀速度较小，向下切割至砂土层或碎屑层时，抗蚀 抗冲能力明显下降，下切速度明显加快，导致崩岗剧烈发生； 丘世钧o ”( 1 9 9 4 年) 在研究红土坡地崩岗侵蚀过程与机理时，有涉及红土 的机械组成与水作用产生的变化和风化壳内软弱的结构面两个方面的内容，他认 为崩岗的发生与下述4 种情况有关：红土的机械组成特征，以及与水发生物理化 学作用后发生的变化，风化壳内软弱的结构面，大暴雨触发作用以及各种地形要 素的影响： 吴志峰和王继增。”( 2 0 0 0 年) 对华南花岗岩风化壳的粒度特征、结构特征、 风化强度等进行研究，结果表明：华南花岗岩风化壳的粒度构成多具有粗细混杂 的特点，砾、砂( 粒) 含量较多，而粘粒含量较少，一般随风化强度的逐渐增强 而粒度随之变细。花岗岩经过强烈的红土化作用，脱硅富铝、盐基遭受强烈的淋 失，因而土体结构疏松，孔隙较多，加上风化壳不同层次在粒度、成分和结构等 方面的差异，使得风化壳抗冲抗蚀能力差，力学特性受水影响显著，在重力和径 流的作用下极易发生土体失稳崩塌而形成崩岗。 1 6 本研究的意义和目的 崩岗侵蚀是在水力和重力综合作用下产生的一种侵蚀类型，它给人们的生产 生活带来极大的危害，而且治理难度大。鉴于崩岗侵蚀的严重危害，江西等地的 人大代表曾多次提出加快治理的议案，有关专家也十分关注崩岗侵蚀的研究。崩 岗侵蚀的岩土特性研究，可以为福建省及其它相似地区的水土保持机构进行合理 决策以及崩岗侵蚀的防治、预报预测提供科学依据。表达崩岗侵蚀岩土特性的指 9 塑堡查苎查堂堡主翌塞生堡塞 堕查塑岂堡垫塑堂圭堑堡竺窒一 标很多，众多的指标在带来和崩岗侵蚀有关的信息的同时，也给数据的分析带来 了一定的困难。 因此。本研究以福建省长汀县崩岗侵蚀区为研究对象，在对崩岗侵蚀岩土特 性进行研究的基础上以期达到以下目标： ( 1 ) 揭示岩土特性对崩岗侵蚀的发生和发展的影响； ( 2 ) 对岩土特性进行数理统计分析，尽可能在不损失或者少损失信息的情 况下，将表达崩岗侵蚀岩土特性的多个指标压缩为少数几个综合因子，这些综合 因子可以高度概括大量崩岗侵蚀岩土特性指标中的信息a l o 福建农林大学硕士研究生论文 南方崩岗侵蚀的岩土特性研究 2 研究内容和方法 2 1 研究内容 基于对上述研究背景和目的的认识，本研究在借鉴前人研究成果及方法的基 础上，以福建省长汀县崩岗侵蚀区为研究对象，进行如下内容的研究和探讨： ( 1 ) 通过在大范围调查，了解花岗岩风化壳的内的节理和裂隙状况，花岗 岩风化壳的厚度与崩岗侵蚀的关系，并依据外观颜色和结构特征对花岗岩风化壳 垂直剖面的进行层次的划分； ( 2 ) 通过在研究区选点对崩岗士体的理化性质进行室内外试验，以获取崩 岗岩土特性指标( 崩岗土体的崩解状况，有机质含量，容重、孔性和紧实度，颗 粒组成状况，微团聚体的团聚和分散特征，抗剪强度) 的测试数据； ( 3 ) 通过对各指标进行对比分析，对崩岗侵蚀的岩土特性进行探讨，并分 析岩士特性与崩岗发生和发展的关系； ( 4 ) 通过对反映崩岗侵蚀岩土特性的指标进行因子分析，尽可能在不损失 或者少损失信息的情况下，将较多表达崩岗侵蚀岩土特性的指标压缩为少数几个 可以高度概括崩岗侵蚀岩土特性的综合因子。 2 2 研究区概况 研究区设在福建省长汀县。全县地质构造复杂，几个大的地质年代的地层均 存在，受中生代燕山运动影响，有大规模的花岗岩体侵入，花岗岩土壤侵蚀区是 长汀县水土流失最严重的地区。该研究区的概况如下： 2 2 1 自然概况强2 1 长汀县位于福建省西部，武夷山脉南段，为闽赣两省的边陲要冲，位于e 1 1 6 0 0 0 4 5 ”1 1 6 。3 9 2 0 ”，n 2 5 0 1 8 4 0 ”2 6 。0 2 0 5 。之间，东西宽6 6 公里。南北长8 0 公里。北与宁化相接，东北接清流，东邻连城，南邻上杭，西南连武平，西和西 北江西赣南交界。全县土地总面积3 0 8 9 9 平方公里。 全县地处中亚热带季风气候区，具有温和湿润的亚热带季风气候特征。夏季 盛行偏南风，冬季盛行偏北风，垂直气候明显，千湿两季气候分明，灾害性天气 较多。据统计，年平均气温1 7 5 1 8 8 c ，1 月均温5 8 5 ，7 ) 1 均温2 5 2 8 ，极端最高气温3 8 g ，极端最低气温一7 8 ；无霜期平均2 6 0 天，最长为3 0 9 福建农林大学硕士研究生论文南方崩岗侵蚀的岩土特性研究 天，最短为2 2 2 天；平均日照时数1 9 2 4 6 4 , 时，占可照时数4 4 2 3 1 小时的4 4 ； i o 。c 的积温为4 1 0 0 4 6 5 0 ，年平均降水量为1 7 3 7 1 m m ，最大年为2 5 5 2 m m ，最 小年为1 0 7 4 m m 。 长汀县地形破碎，岭谷相问，山中有丘，丘内有山，笳谷相间。长汀县存全 省地貌区划上属闽西南上古生代覆盖层低山丘陵地貌；可分为中山、低山、丘陵、 盆地、阶地五个类型：以低山、丘陵为主，占全县总面积7 1 。 长汀县河流众多，水系发达，分别属于韩江水系、闽江水系、赣江水系，全 县流域面积3 0 8 9 8 9 平方公里，3 0 平方公里以上的河流有5 6 1 条。汀江是长汀县最 大的河流，属韩江水系。全县多年平均径流深9 5 0 1 1 6 0 m m 之间，平均值为1 0 2 0 m m ， 年径流量3 1 5 4 亿立方米。年际变化大，变幅可达3 3 倍。年内分配不均，3 6 月径流量占全年的7 3 。 2 2 2 a = 壤侵蚀概况 长汀县是全省水土流失最严重的县份，水土流失历史长、面积广、程度重、 危害大。根据2 0 0 0 年的土壤侵蚀遥感调查表明0 1 ，长汀县的土壤总侵蚀面积为 7 0 3 6 3 9 8 0 k m 2 平方米，占全县土地总面积的2 2 7 7 。其中，轻度侵蚀面积为 4 5 1 4 5 2 6 1 k m 7 ，强度以上的侵蚀面积为1 8 3 5 1 1 7 7 k m 2 ，占总面积的2 6 0 8 。崩岗 侵蚀面积为2 】4 0 8 k m 2 ，崩岗个数为1 2 0 7 个，崩岗侵蚀密度0 ，3 8 9 个k j 】 2 。 长汀县的河田镇是我国南方花岗岩区典型的水土流失区之一。由于土地利用 长期不合理，河田镇内自然植被遭到严重破坏，在气候因子作用下，土壤侵蚀强 烈，表土侵蚀殆尽，土壤极为贫瘠。区内严重的水土流失现象主要发生在由花岗 岩所构成的低丘、浅丘陵，这些低丘、浅丘普遍发生了面蚀、沟蚀和崩岗侵蚀。 调查统计表明“1 ，全镇水土流失面积1 5 8 4 1 k m 2 ，占土地总面积的4 4 6 5 ，其中 强度水土流失面积占水土流失总面积的5 8 9 3 ，中度水土流失面积占2 0 0 4 ， 轻度水土流失面积占2 0 5 9 ，侵蚀模数大于1 5 0 0 0 r ( k m 2 a ) ，侵蚀率高达5 3 7 8 ，这意味着河田镇每年土壤流失量可达5 3 2 1 9 万t 之多。河田镇内崩岗侵蚀 不仅数量多，而且规模也较大。 2 3 研究方法 2 3 1 野外调查和采样 1 2 福建农林大学硕士研究生论文 南方崩岗侵蚀的岩土特性研究 于2 0 0 5 年在福建省长汀县崩岗侵蚀区内进行野外调查包括：进行大范围调 查，详细观察花岗岩风化壳内的节理和裂隙的发育状况，花岗岩风化壳的厚度与 崩岗侵蚀发生情况的关系，崩岗侵蚀剖面各层次的特征和划分，并选出6 个典型 的崩岗剖面，这6 个典型崩岗剖面位于长汀县的河田镇内，详细了解各剖面的自 然环境状况。 选取的6 个典型崩岗剖面，均广泛出露砂土层和碎屑层，崩岗严重发展，侵 蚀面积都达到坡面面积的5 0 以上。这6 个崩岗剖面都可以见到比较完整的特征 风化带。采样点位于河田镇内的游坊、修坊、小韩坊等地，采样点基本情况描述 列于表l 。 采样时自下而上分层采取，以免采取上层样品时对下层土壤的混杂污染。由 于红土层、砂土层厚度比较大，为了更准确体现其性质，分别采集三个位置的土 样。采样位置分别为红土层上部( i ) 、红土层往下l m ( i i ) 、红土层与砂土层 交界处的红土层( i i i ) 、红土层与砂土层交界处的砂土层( i v ) ，砂土层往下1 m ( v ) 、砂土层与碎屑层交界处的砂土层( ) 、碎屑层( e 1 ) 7 个位置。 采取多点采样混合法进行采样：在一定面积( 约0 5 h m 2 ) 采集3 5 个点形 成一个混合样。把土样放入取样袋中，贴上标签系好，带回实验室供实验备用。 采回样品风干后按物理性质分析和化学性质分析两种不同的分析要求，研磨过 筛、混匀、装袋保存以备各项测定之用。 2 3 2 试验方法 本次研究的试验分野外试验和室内实验，野外试验包括自然状态下的土体崩 解试验、紧实度和抗剪强度试验。风干状态下的土体崩解试验、有机质含量、颗 粒组成等则在室内测定。 2 3 2 1 野外试验 野外试验方法如下： ( 1 ) 自然状态下的土体崩解试验一简易浸水试验； 由于目前没有定型的崩解测试仪器，本试验采用简易浸水试验方法，步骤如 下：在自然状态和风干状态分别采集2 5 c m 球状的原状土，把土块置于网板上， 把网板置于盛水的盆中，记录下土块置于水中0 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