（自然地理学专业论文）重庆市主城区坡地灾害形成机制研究.pdf

学科专业： 指导教师： 重庆市主城区坡地灾害形成机制研究 自然地理学 刁承秦教授 研究方向：城市地貌与城市发展 研究生：谭青( 9 7 1 0 9 ) 内容摘要 f 坡地灾害是指坡地上岩石土体在下滑力和抗滑力的共同作用下。向坡下或临空 方向迅速运动，并导致人类生命财产伤亡损失及自然资源破坏的现象。坡地灾害的实 质是坡地块体运动。研究城市坡地灾害的形成机制、致灾过程和分布规律，对预测坡 地灾害的发生，防灾减灾意义重大。 重庆市位于四川盆地东部，是著名的“山城”。全市总人口3 0 2 2 7 7 万人，土地 总面积8 2 3 3 9 3 6 k i n 2 ，人口密度为3 6 7a k m 2 。重庆市地处亚热带季风气候区，夏季 水热集中，暴雨频繁发生；地形以山地、丘陵为主，坡地面积广大；山地地质构造复 杂，河流深切。重庆作为西南地区最大的工业城市和长江上游的经济中心，人口密度 大，对用地的需求大。随着城市用地不断扩大，必然会加大利用和改造地貌环境的力 度。人类活动与自然过程相叠加，使重庆成为我国坡地灾害最严重的城市之一。因此， 探讨主城区坡地灾害的形成机制，既为减灾防灾提供了依据，也是保障中心城区功能 正常发挥的基础性研究。r 7 ” 本文结合科研课题三峡库区生态环境现状分析及综合治理对策研究，采用系 统分析方法，以坡地块体运动的力学分析为理论指导，研究坡地动态变化过程，从自 然环境和人为活动两方面综合分析主城区坡地灾害的形成原因。在阐述人类活动作用 机制时，将理论与实践相结合，自然机制与人文机制结合，以主城区典型地段具体案 例为例，系统阐述了主城区坡地灾害的发生机制和形成过程。，本文重点研究了以下几 个问题： ( 1 ) 从分析下滑力和抗滑力的矛盾着手，系统分析坡地块体所受到的下滑力、抗 滑力的构成、特点和影响因素，论述了下滑力和抗滑力相互作用引起的坡面过程。 ( 2 ) 从自然因素对下滑力和抗滑力的影响来分析二者关系的变化，进而阐述坡地 灾害发生的自然机制在重庆主城区，山地丘陵为主的地貌环境和亚热带季风性气候 条件下，影响坡地块体运动的自然因素主要包括坡地的坡度、岩性、降雨量和降雨强 度。 ( 3 ) 在人文机制研究中，基于主城区坡地广泛分布，城市中的人类活动多需利用 和改造坡地的特点，从清除植被、城市建设和修建水库等方面分析人类活动对坡地形 态和物质组成的改变及其对下滑力和抗滑力的稳定关系的影响，从地貌学的观点分析 人类活动导致坡地灾害发生的原因。 文章的结论是：随着城市建设和发展，人类活动已成为一种不可忽视的造貌营力， 不仅深刻影响和改造城市的自然环境，而且极大地改变了坡地物质所受下滑力和抗滑 力的稳定关系，从而成为坡地灾害发生的重要机制。重庆市主城区坡地灾害的发生不 仅与自然环境关系密切，而且与人类经济活动的强度有关。人类活动强烈的地方，坡 地灾害的潜在危险性越大。在进行城市规划建设时，应以坡地灾害形成机制为依据， 掌握坡地灾害分布规律和动态变化特征，采用工程措施和生物措施，使坡地物质下滑 力和抗滑力处于稳定状态，以减少坡地灾害的发生。 对主城区坡地灾害形成机制进行科学探讨，为减灾防灾提供地貌学依据是本文的 目的所在。卜一 厂 关键词 坡地灾害块体运动下滑力抗滑力 人类活动重庆主城区 2 r e s e a r c ho nt h ef o r m a t i v em e c h a n i s m o f s l o p e h a z a r d s i n c h o n g q i n gp r o p e r m a j o r d i r e e t i o n n t o r a u t h o r p h y s i c a lg e o g r a p h y u r b a no e o m o r p h o l o g ya n du r b a nd e v e l o p m e n t p r o f d i a oc h e n g t a i t a n q i n g ( 9 7 1 0 9 ) s l o p e h a z a r d sa r er e f e r r e dt ot h ep h e n o m e n o nt h a tam a s so f r o c k sa n de a r t h o na s l o p e ， u n d e rt h ej o i n ta c t i o no fd o w n w a r ds l i d i n ga n da n t i - s l i d i n gf o r c e s ，m o v e sa tah j g hs p e e d t o w a r d st h ef o o to ft h es l o p eo ri n t ot h ea i ra n dr e s u l t si nd e s t r u c t i o no fh u m a nl i v e sa n d p r o p e r t i e s ，a n dn a t u r a lr e s o u r c e s s l o p eh a z a r d sa l e ，i ne s s e n c e ，m a s sm o v e m e n t s o n s l o p e ar e s e a r c ho nt h e m e c h a n i s m ，p r o c e s s e sa n dd i s t r i b u t i o no fs l o p e h a z a r d si nu r b a na r e a si s i m p o r t a n t t op r e d i c ta n dc o n t r o lo c c u r r e n c eo f s l o p eh a z a r d s c h o n g q i n g ，s i t u a t e di n t h ee a s t e mp a r to ft h es i c h u a nb a s i n ，i saw e l l - k n o w na s m o u n t a i nc i t y ”c h o n g q i n gm u n i c i p a l i t yh a sap o p u l a t i o no f3 0 ，2 2 7 ，7 0 0a n dc o v e r sa n a r e ao f 8 2 3 3 9 3 6 k i n 2 啊”a v e r a g ed e n s i t yo fp o p u l a t i o ni s3 6 7p e rk m 2 c h o n g q i n g l i e s w i t h i nt h es u b t r o p i c a lz o n ew i t ham o n s o o nc l i m a t e ，i ti so b v i o u st h a tac o n c e n t r a t i o no f r a i n f a l la n dh o tw e a t h e ra n dah i g hf r e q u e n c yo fr a i ns t o r m si ns u m m e r ；i t st e r r a i ni s d o m i n a t e d b ym o u n t a i n sa n dh i l l s 。a n dh e n c e av a s ta r e ao fl a n do ns l o p e s ；t h eg e o l o g i c a l s t r u c t u r eo fi t sm o u n t a i n si sc o m p l i 咖da n dr i v e r sc u td o w nd e e p l y c h o n g q i n gc i t y , t h e l a r g e s tc i t yi ns o u t h w e s t e r nc h i n aa n de c o n o m i cc e n t e ra l o n gt h eu p p e rr e a c h e so ft h e y a n g t s er i v e r , i sd e n s e l yp o p u l a t e d a n di ns e r i o u sn e c e s s a r yo fl a n d w i t l li n c r e a s i n gu s eo f l a n di nt h ec i t y , i ti si n e d m b l et h a tg r e a t e re f f o r tw i l lb em a d et ou t i l i z ea n dr e m a k et h e l a n d f o r m s t h ec o m b i n a t i o no fh u m a na c t i o n sw i t l ln a t u r a le n v i r o n m e n t sm a k e s c h o n g q i n g o n eo f t h ec i t i e sm o s t s e r i o u s l ya f f t e db ys l o p ed i s a s t e r si nc h i n a t h e r e f o r e ，i nc h o n g q i n g p r o p e r , a ne x p l o r a t i o no f t h ef o r m a t i v em e c h a n i s mo f s l o p eh a z a r d sc a np r o v i d et h eb a s i s f o rr e d u c i n ga n dp r e v e m i n gd i s a s t e ra n di ti sa l s oab a s i cr e s e a r c ho nh o wt og u a r a n t e e n o r m a lf u n c t i o ni nt h ec e n t r a la r e ao f t h e c i t y 3 t h i sd i s s e r t a t i o ni sap a r to ft h er e s e a r c hp r o g r a m r e s e a r c ho n t h ec u r r e n ts i t u a t i o no f e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t sa n dc o l m t e r m e a s u r e sf o rc o m p r e h e n s i v em a n a g e m e n ti n t h r e e 。 g o r g e sr e s e r v o i ra r e a ”u s i n gt h em e t h o do fs y s t e m a t i ca n a l y s i s ，t h ea u t h e rs t u d i e st h e d y n a m i cc h a n g e o f s l o p ep r o c e s su n d e rt h em e c h a n i c st h e o r yo fs l o p em a s s m o v e m e n t sa n d a n a l y s e st h e c a u s eo fs l o p eh a z a r d sf r o mn a t u r a le n v i r o n m e n t sa n dh u m a na c t i o n si n c h o n g q i n gp r o p e r w h i l ee l a b o r a t i n gt h ef u n c t i o n i n gm e c h a n i s mo fh u m a na c t i o n s ，t h e a u t h e rs y s t e m a t i c a l l ye x p o u n d st h eo c c u r r i n gm e c h a n i s ma n df o r m a t i v ep r o c e s so fs l o p e h a z a r d so nt h eb a s i so fc o n n e c t i n gt h e o r i e sw i t hp m c t i c ea n dn a t u r a lm e c h a n i s mw i t l l h u m a nm e c h a n i s m t h ed i s s e r t a t i o ni sf o c u s e do nt h ef o l l o w i n gi s s u e s ( 1 ) o nt h eb a s i so f t h ec o n t l a d i c t i o nb e t w e e nd o w n w a r ds l i d i n gf o r c ea n da n t i - s l i d i n g f o r c e ，t h ef o r m a t i o n ，c h a r a c t e r i s t i c sa n da f f e c t i n gf a c t o r so f t h ed o w n w a r d s l i d i n ga n da n t i - s l i d i n gf o r c e sr e c e i v e db ys l o p em a s si sa n a l y s e d ，a n dt h es l o p ep r o c e s sc a u s e db yt h e i n t e r a c t i o nb e t w e e nt h et w ok i n d so f f o r c e si se x p o u n d e d ( 2 ) t h ev a r i a t i o ni nt h em u t u a l r e l a t i o nb e t w e e nt h et w of o r c e si sa n a l y s e di nt h el i g h to f t h ei n f l u e n c e se x e r t e do nt h e mb yn a t u r a lf a c t o r s ，t h e nt h en a t u r a lm e c h a n i s mf o r o c c u r r e n c eo fs l o p eh a z a r d si sc l a r i f i e d o nt h ec o n d i t i o no fl a n d f o r m se n v i r o n m e n tb y m o u n t a i n sa n dh i l l sa n dac l i m a t eo f s u b t r o p i c a lm o n s o o n i nc h o n g q i n gp r o p e r ，t h em a i n n a t u r a lf a c t o r si n f l u o n t i n gs l o p em a s sm o v e m e n t sa r es l o p e ，r o c kc h a r a c t e r ，r a i n f a l la m o u n t a n dr a i n f a l li n t e n s i t y ( 3 ) b e c a u s es l o p ed i s t r i b u t i o ni s 、 ，i d e ，i ti sn e c e s s a r yt h a th u m a na c t i o n su s ea n dr e m a k e s l o p e i ns t u d yo f t h eh u m a n m e c h a n i s m ，t h ec h a n g eo fs h a p ea n dm a t e r i a lc o m p o s i t i o no f s l o p ea n dt h ea f f e c t i o no ft h es t a b l er e l a t i o nb e t w e e nd o w n w a r ds l i d i n ga n da n t i - s l i d i n g f o r c e sa r ea n a l y s e d ，t h er e a s o n o f s l o p e h a z a r d sc a u s e db yh u m a na c t i o n si sa n a l y s e df r o ma g c o m o r p h i cp e r s p e c t i v ea c c o r d i n gt oe r a d i c a t i o no fv e g e t a t i o n ，c i t yc o n s t r u c t i o n ，r e s e r v o i r b u i l d i n g t h ec o n c l u s i o ni st h a th u m a na c t i o n sh a v eb e c o m ea nu n d e n i a b l el a n d f o r m c r e a t i n g f o r c ew i t l lt h ec o n s t r u c t i o na n dd e v e l o p m e n to fc i t i e s i tn o to n l yp r o f o u n d l ya f f e c t sa n d c h a n g e st h e u r b a nn a t t n me n v i r o n m e n t sb u ta l s oa l t e r st h eb a l a n c e dr e l a t i o nb e t w e e n d o w n w a r d s l i d i n ga n da n t i - s l i d i n gf o r c e s ，a n dc o n s e q u e n t l ya c t sa st h ep r i m a r ym e c h a n i s m f o rs l o p eh a z a r d s t h eo c c u r r e n c eo f s l o p eh a z a r d si s t i e d l l pw i t hn o tj u s tt h en a t u r a l e n v i r o n m e n t sb u tt h ei n t e n s i t yo f h u m a ne c o n o m i ca c t i o n si nc h o n g q i n g p r o p e r t h el a t e n t d a n g e ro fs l o p eh a z a r d si sg r e a t e rw h e r eh u m a n a c t i o n sa r em o r ei n t e n s e t h e r e f o r e ，u r b a n p l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i o ns h o u l dh a v ea c c e s st ot h ed i s t r i b u t i v e l a wa n dd y n a m i c 。c h a n g e f e a t u r eo fs l o p eh a z a r d so nt h cb a s i so fm a k i n g 嘲o f t h ef o r m a t i v em e c h a n i s mf o rs l o p e h a z a r d s i ti sn e c e s s a r yt or e d u c es l o p eh a z a r d sb yu s i n gs t r u c t u r a la n db i o l o g i c a lm e a s u r e s f o rk e e p i n gi nas t a b l es t a t eb e t w e e nd o w n w a r ds l i d i n gf o r c ea n da n t i - s l i d i n gf o r c eo fs l o p e m a s s t h eg o a lo ft h i sd i s s e r t a t i o ni st om a k eas c i e n t i f i c e x p l o r a t i o no ft h ef o r m a t i v e m e c h a l l i s mo f s l o p eh a z a r d sp r o p e ra n dp r o v i d eg e o m o r p h i cs u p p o r tt or e d u c ea n dp r e v e n t s l o p e h a z a r d si nc h o n g q i n g k e yw o r d s ：s l o p e h a z a r d sm a s sm o v e l 咀e n tt h ed o w n w a r d s l i d i n g f o r c e a n t i - s l i d i n g f o r c eh u m a na c t i o n s c h o n g q i n gp r o p e r 5 重庆市主城区坡地灾害形成机制研究 问题的提出 坡地灾害的形成过程，其实质是坡地块体运动形成过程。坡地过程是地貌学一个 重要的研究课题，中外学者的研究相当多。既有实践运用，也有理论研究a 实践研究 主要是一些局部、具体地段的研究。在理论研究中，一般将坡地块体受力分为主要由 重力引起的下滑力和块体内摩擦力及粘结力组成的抗滑力，坡地块体是否发生运动取 决于两者的对比关系。在分析坡地块体运动的成因时，这些研究多侧重于对各种自然 力的研究。而涉及人类活动对坡地块体运动影响机制的不多。事实上，随着城市的建 设和发展，人类活动作为一种强大的造貌营力大大影响和改造了城市的地貌环境。因 此，从理论和实践上探讨人类活动对坡地块体运动形成的影响是有必要的。 重庆是有名的“山城”，坡地灾害十分严重。基于此，作者选定重庆主城区作为 研究范围，结合科研课题山峡库区生态环境现状分析及综合治理对策研究，对主 城区坡地块体运动的形成机制和分布规律作地貌学的分析。 本文力图从下滑力和抗滑力的矛盾关系着手，对坡地块体的受力状况进行系统分 析；并结合主城区自然环境特点和人类活动特点，分析主城区坡地失稳、形成坡地灾 害的原因和机制。 从力学分析的角度系统探讨重庆主城区坡地灾害形成机制是本文的出发点和归 宿。 重庆市是中国西部地区唯一的直辖市，是著名的“山城”，“江城”。重庆主城区 是重庆的中心城区，位于北纬2 9 。2 8 - - 2 9 。3 8 ，东经1 0 6 。2 27 1 0 6 。4 0 ， 面积约6 0 0 k i n 2 。主城区东起铜锣山，西至中梁山，北起井口、人和、唐家沱，南至 小南海、钓鱼嘴、道角f l 】。主城区包括渝中区、大渡口区的全部和江北区、沙坪坝、 九龙坡区、南岸区的部分区内以非农人口为主，为2 2 2 7 9 万人，平均人口密度为3 7 1 3 a k m 2 ，人口密度最高在渝中区，为2 6 3 0 0 人，k m 2 【2 j 。 主城区位于两列南北向低山夹持之中，东为真武山，西为中梁山，山地海拔5 0 0 7 0 0 m ；受长江和嘉陵江切割，地面破碎，起伏大，地貌类型以各种丘陵、山地和河 流阶地为主，坡地面积大、分布广泛：地质构造复杂，地层以侏罗系泥岩夹砂岩为主。 区内气候温湿。雨量充沛。在这种特有的“山城”自然环境下，容易发生滑坡、崩塌、 坡地泥石流等坡地块体运动。 重庆是我国西南地区最大的工业城市，长江上游的经济中心。城市社会经济活动 和工程建设强烈而频繁，人类建设活动大多是在坡地上进行的。人类活动与地貌环境 6 的共同作用，常导致坡地失稳，发生坡地块体运动，形成坡地灾害。据统计”1 ，城区 由人类活动直接产生或诱发产生的坡地灾害，占坡她灾害总量的7 0 左右。 主城区由于人口稠密，建筑物和工厂密集，一旦发生坡地灾害，不论规模大小都 将造成很大损失，危害严重。因此，探讨坡地灾害发生的自然机制和人文机制，特别 是人类活动对坡地灾害的影响，以加强对人类活动的调控，减少坡地灾害的发生，是 重庆主城区城市灾害地貌研究的一个重要而紧迫的课题。 l 重庆城区坡地灾害概况 坡地灾害是指坡地上的岩石、土体在下滑力和抗滑力的共同作用下，向坡下或临 空方向迅速运动，并导致对人类生命财产伤亡损失及自然资源破坏的现象1 4 】。坡地灾 害的本质是坡地块体运动，当它危及人类生命财产和生存环境时，就成为一种灾害。 i i 皱地灾害的危害 特殊的自然条件和城市不尽合理的工程活动，使重庆坡地灾害危害严重。根据资 料l l 】，主城区各类坡地灾害点共计2 0 0 个，其中滑坡点1 3 6 个，面积2 3 5 7 0 万m 2 ，土 石方量2 3 5 3 7 3 万m 3 ；崩塌点共计2 8 个，面积6 8 7 l 万m 2 ，土石方量8 0 3 6 9 万m 3 ： 危岩点共计3 0 个，土石方量9 8 3 8 万一；泥石流点共计6 个。 全市每年发生坡地灾害数千次。1 9 9 8 年洪汛期间，全市4 0 个区、县、市均不同 程度的发生崩塌及山体滑坡等自然灾害。仅城区就发生崩塌2 7 9 万次，滑坡体达5 0 亿m 3 ，造成6 4 6 5 万人受灾，直接经济损失n 1 3 4 亿元。占当年重庆g d p 的7 , 9 o 】， 造成大量公路、桥涵、水库、渠道、电讯、电力设施、农田、鱼塘、果园、林木等被 毁。仅1 9 9 5 - - 1 9 9 7 年，国家投入主城区治理地质灾害的费用就达2 1 亿元。近期主 城区需要治理项目有4 7 处，需费用4 3 8 亿元。 很明显，严重的坡地灾害已成为重庆城市社会经济发展的一个制约因素。 1 2 坡地灾害的主要类型 根据成因可将熏庆主城区坡地灾害划分为如下几种类型： 1 2 1 滑坡 滑坡是指斜坡上大量土体、岩体或其他碎屑堆积物沿一定的滑动面整体下滑的现 象。由于坡面物质移动，使建筑物拉裂、倒塌甚至掩埋，也可造成公路路基下沉，路 面开裂，河道堵塞。 按滑坡体的物质组成，可将区内滑坡分为松散堆积层滑坡和基岩滑坡p 1 。 1 2 2 崩塌 崩塌是指在陡峻的斜坡上，巨大的岩体、土体、块石或碎屑层在重力作用下，突 然发生急剧的崩落、翻转和滚落，在坡脚形成倒石堆或岩屑堆。危岩是斜坡岩体被裂 7 隙切割后与其母体的分离体，发生崩塌的潜在危险性大。崩塌以突发的方式产生，具 有很大的势能和运动速度，常造成人员伤亡和财产损失，破坏交通。 按崩塌的方式，可将区内崩塌分为滑塌式崩塌和坠落式崩塌l ，】。 1 2 3 泥石流 泥石流是一种含大量泥沙石块等固体物质，突然爆发，历时短暂，来势凶猛，具 有强大破坏力的特殊洪流。 区内泥石流可分为沟谷型泥石流和坡面型泥石流。沟谷型泥石流淤埋迅速，破坏 严重；坡面泥石流规模虽小，但也常给交通、工厂和建筑物造成一定危害嗍。本文所 论述的主要为后者。 1 3 坡地灾害的时空分布特征( 见圈1 ) 1 3 1 区域差异明显，坡地灾害的发育与地貌类型密切相关。在重庆按坡地灾害发育 程度分为三个区： 两江沿岸强发育区；东西两侧低山山麓中等发育区；低缓丘陵弱发育区。 1 3 2 空间分布层次明显，与地质构造、岩性、微地貌基本吻合。 背、向斜核部的崩塌滑坡比两翼发育。 滑坡多发育于泥岩坡地：崩塌多发育于砂岩坡地。 长江北岸多于南岸，嘉陵江南岸多于北岸。这是因为长江北岸和嘉陵江南岸都是 强冲刷带。 l 3 3 坡地灾害与人类活动具有同发性。在城市建设活动活跃期。坡地灾害有增多加 剧趋势。 1 3 4 季节活动性。坡地灾害与降雨、洪水具有同发性，并略为滞后。本区年内降雨 集中于5 9 月，河流汛期为6 - - 9 月，每年夏季地面水流泛滥，山洪暴发，江水陡涨 陡落是坡地灾害发生的高峰季节l ”。 2 坡地灾害发生机制的力学分析 坡地灾害本质上是坡地块体运动导致的。坡地上的物质受到下滑力和抗滑力的 共同作用。当下滑力小于抗滑力时物体处于静止状态：当下滑力等于抗滑力时，物 体处于极限平衡状态；当下滑力大予抗滑力时，物体发生运动，即为块体运动。运动 时以侵蚀作用为主；一旦物质停止下来，就以堆积作用为主。不论侵蚀还是堆积，块 体运动都使坡地发生变形从而造成坡地灾害 2 1 下滑力 导致坡地物质发生块体运动的下滑力主要有重力、水的压力、水流的力、降雨产 生的撞击力、膨胀力嘲。 l 僦 嚣 j 。 自鹤十h 融q s 目 何家房子芯s 日6 j l s l 街 l l j l l i 溉桥铺 大j i l l 么 大鼍蛰l | s 硼黟 & n 硪? 繇 l 缳 j i s 马璁 张器 s 茄 心 i 航f 。江 谶濑 n 3 b i 7 宙 1 7 1 1 朱家湾 s q 试 fl l s s 一 1 6 9 q 卸一t za fi 沟谷谎 泥岩代号 砂岩代号 松散土体代号 重庆主城区滑坡、崩塌、泥石流分布图 么 _ 粗 p 2 1 1 重力 物体的重力，源于该物体的重量，重力方向铅直向下。设坡角为n ，则重力g 可 分为沿坡面向下的切向分力g s i n q 和垂直于坡面的法向分力g c o s a 。所以，重力的 大小与坡度、物体自熏和坡地上的水分状况有关。 2 1 2 水的压力 静止水体产生一种压力，浸在水中的物体由于顶部和底部的压力差，产生了自下 而上的上推力，即水的压力，与浮力相似。在水面与坡面平行时，上推力与坡面垂直， 因而有效降低了促使物质保持在坡面上重力的法向分力。 在岩石裂缝充水时，缝壁将承受静水压力。静水压力沿滑面切向的水力为滑体提 供下推力，沿滑面法向的分力减少了滑面的有效应力，从而增大了下滑力盯3 。 水的压力与岩性和水层厚度有关。入渗水量越多，水在不透水岩层上聚集越厚， 水的压力越大。 2 1 3 水流的力 水流分地表水流和地下水流。 根据动能公式：e = l 2 m v 2 ，物体运动所具有的能量e 与它的质量i n 的大小成正比， 和速度v 的平方成正比。因此，坡地上地表水流的流量越大，流速越快，对坡面块体 的冲刷破坏作用就越大。 影响地表水流作用的因素，主要有坡度、流量、降雨的地下入渗量等。 地下水流是以低速通过土壤孔隙流动的水。渗入土壤中的水，可以改变方向以壤 中流形式顺坡向下流动。当降暴雨时，由上方渗下来的水在弱透水层开始受阻，水量 不断积累增加，下滑力增大。 地下水流与渗透水的渗透压力和水力梯度有关。渗透水压越大，水力梯度越大， 地下水流作用越显著。 2 1 4 降雨的撞击力 打击地表的雨滴，对地面产生净压力，在斜坡上可分为垂向坡面作用的压实力和 沿坡面作用的剪切力。这个力的平均量很小，但可使岩屑沿坡向下出现净位移，同时 促使颗粒分散。 降雨的撞击力与降雨强度和地面状况有关。降雨强度越大，地面物质越松散，降 雨的撞击力越明显。 2 t 5 膨胀力 土壤中的膨胀作用，可使表面上隆，并使土体形成龟裂。岩体膨胀收缩可产生很 大的力，促使岩石破裂。它在克服土壤阻力中起重要作用。 1 0 其大小与含水量的变化、温度、土壤的冻融作用、风化时的化学变化、植物根的 生长有关。 2 2 抗滑力 坡地表面对重力以及其它搬运泥沙的过程或力表现出抗滑力，这种抗滑力又称抗 剪强度，它与重力和运动流体所产生的剪切应力相对应。 2 2 1 平面摩擦力 坡面物体平面摩擦力( f ) 取决于摩擦系数( i i ) 和重力的法向分力( g c o s a ) ， 即卢ug c o sa ，它与下滑力对立存在。摩擦力增大是有一定限度的，由于滑动摩擦 系数小于静摩擦系数，因此，一旦物体克服最大静摩擦力开始下移时，摩擦力就下降， 此时物体只需较小下滑力就可以继续移动。所以，坡地物质一旦移动后，摩擦力减小t 再次移动的可能性增大，坡地灾害容易复活的原因在于此。 导致摩擦力变化的因素为摩擦系数和重力的法向分力。摩擦系数与坡地的粗糙度 和坡地接触面水的有无有关。重力的法向分力取决于坡地物体的重力和坡度。 2 2 2 粘结力 粘结力是物体颗粒固结在一起的力。分为岩石粘结力和粘土的粘结力两种。 岩石粘结力是由于矿物颗粒胶结和熔解所致。这种粘结力本身很大。但岩石如具 有发育良好的节理面或层面，会使岩体的粘结力大大降低。这些地方通常代表岩体最 脆弱的部位，而物体的破坏往往从最脆弱的部位开始。 粘土的粘结力比岩石粘结力小的多，它是由于颗粒之间物理化学力引起的，它随 矿物颗粒接触面的增大而增大。粘土的粘结力取决于粘土的密度和孔隙含水量。一般 说来，粘土颗粒越紧实，密度越大，粘结力越大。当含水量增大时，粘结力下降甚至 消失。 2 2 3 有效法向应力 作用于剪切面的法向应力为总法向应力，它由两部分构成：由土壤骨架支持的有 效法向应力和由空气或水承受的孔隙压力。 有效法向应力受土壤含水量的影响。当土壤含水量超过临界含水量时，孔隙水、 气必然承受由于孔隙度的减少而产生的挤压力，同时原来疏松颗粒在大量水渗入后开 始悬浮，以致土壤骨架压力转为剩余孔隙压力，此时有效法向应力受到孔隙压力的增 加而减少，当有效应力趋于0 ，土体的抗剪强度就接近最小值，土体的重力侵蚀就会 产生f s 】 2 3 过程下滑力和抗滑力的相互作用 坡地上的物质受下滑力和抗滑力的共同作用。坡地物质是否发生运动取决于下滑 力和抗滑力的对比关系，一般用安全系数来表示，安全系数k f f i 抗滑力下滑力。当k l 时，物质处于稳定静止状态，当k 2 5 m m d ，开始出现地表侵蚀现象： 降雨强度一 5 0 m m d ，地表侵蚀现象普遍产生并加剧； 降雨强度1 0 0 m m d ，稳定性差，处于临界稳定状态的斜坡地段开始变形，局部 破坏失稳； 降雨强度1 5 0 m m d ，稳定性较差的斜坡地段普遍出现变形、破坏并发生崩塌、 滑坡和泥石流等灾害； 降雨强度一 2 0 0 m m d ，除稳定性较差的地段普遍出现斜坡变形、破坏和发生崩塌、 滑坡和泥石流等地质灾害外，一些相对稳定的地段也开始出现稳定性恶化或变形现象； 降雨强度一 2 5 0 m m d ，在森林覆盖率较高，斜坡稳定性相对较好的地段也会出现 斜坡变形、破坏并发生坡地灾害。 3 1 3 3 岩性 由于泥岩风化使坡地物质疏松，易被地表水冲刷带走。同时，泥岩又是吸水层和 隔水层，吸水后减少下渗，增大地表径流量，增大冲刷。 3 1 3 4 嘉陵江和长江在汛期流量大，水位高，流速快，含沙量大，冲刷力强。江水上 涨使岸坡浸没范围扩大，增强了对岸坡前部特别是凹岸岩土体的冲刷力，增大岸坡坡 度，为坡地灾害提供有效临空面，导致上伏岩体或沿软弱面发生滑坡，或失去支撑发 生崩塌。使岩体中软弱夹层或亲水矿物软化与泥化，牵引上伏岩体拉裂，岩体产生剪 切破坏，从而降低岸坡的稳定性。本区长江北岸和嘉陵江南岸易发坡地灾害就是这个 道理。 地下水流主要与岩性、降雨量及强度、水力坡度有关。 3 1 3 5 本区泥岩风化强烈，砂岩裂隙发育，降雨后地表径流进入风化松散物质，在基 岩与松散物的界面下渗水受阻积累，产生高的水力梯度，动水压力产生，增大下滑力， 使块体不断受冲刷，并将坡体中细粒物质冲移，降低物质的凝聚力，形成潜在滑动面， 诱发坡地灾害发生。 1 6 地表水体的水位升降( 汛期山洪猛涨猛落、库水位调节) 直接影响到岸坡内部地 下水位的变化，特别在江水位迅速下降时，坡体中地下水水力坡度增大动水压力产 生。因此，暴雨洪水后，滑坡崩塌灾害易产生。 3 i 4 自然环境对降雨撞击力的影响 降雨撞击力在坡地上主要起三个作用：堵塞土壤孔隙，降低透水性，增大地表径 流量；分散土壤颗粒；促使岩屑向坡下位移。它与降雨强度和地面状况有关。 重庆降雨量大且多为暴雨，故降雨强度大，加之地面泥岩抗风化性弱，降雨撞击 力强，促进土壤颗粒分散并向坡下位移主城区坡地缺少植被保护，风化强烈，降雨 赢接打击地面，坡地物质分散容易。 3 1 5 自然环境对膨胀力的影响 岩土体膨胀收缩产生的膨胀力可使岩石破裂，并促使物质向坡下移动，对坡地物 质下滑起促进作用。其大小与岩性、气候有关。 泥岩矿物成分分析表明，重庆泥岩中蒙脱石和伊利石占矿物总量的2 0 - - 4 0 以 上，泥岩层吸水后，膨胀率可达o 2 一1 1 7 ，产生9 5 - - 131 k p a 的膨胀压j ，大大 促进岩体破裂，加快了风化作用的进行和水流的侵蚀冲刷，增大了下滑力，促进坡地 变形。 本区日温差较大，处在斜坡上的块体，在温度变化过程中产生的坡体热胀缩作用， 始终保持着向坡下位移的总趋势。主城区降雨丰富，千湿变化显著，有利于坡地物质 的膨胀和裂隙的发生扩大，进一步促进水流和风化作用的进行。 3 2 自然环境对抗滑力的影响 3 2 i 自然环境对摩擦力的影响 导致摩擦力变化的因素是摩擦系数和重力的法向分力。 主城区以人工地貌为主，植被缺乏。故坡地缺少植被的拦挡，坡地粗糙度低，摩 擦系数小，坡地物质摩擦力小，风化作用、水流冲刷作用显著，坡地易失稳。 本区坡地为主，各种坡度坡地皆有，重力的法向分力随坡地坡度的增加而减小。 摩擦力减小。 降雨后，雨水进入岩体或松散堆积物，在泥岩层面或在松散堆积层和岩石界面之 间，不断冲刷，软化和泥化岩层，降低了摩擦系数，使之成为易滑岩层，对坡地稳定 产生负面影响泥岩的不透水性使渗透水产生积聚，增大对岩层的浮托力，减小重力 的法向分力。 本区风化强烈，岩石破碎，降低摩擦系数，同时使坡地物质重量分散，重力的法 向分力减小，摩擦力减小，安全系数降低。 1 7 3 2 2 自然环境对粘结力的影响 粘结力与岩性、软弱结构面和水有关。 岩石的粘结力大，但由于岩石具有发育良好的节理面和层面，而使这些部位粘结 力大大降低成为软弱结构面。本区发展为滑动面的软弱结构面主要有：不同岩性的堆 积物界面；覆盖层与岩层的界面；沿袭层理、劈理、节理、断裂、裂隙等地质结构面。 发展为滑坡后壁、侧壁的主要软弱结构面为：各种陡倾节理面：陡倾的层面：陡倾的 断层面。这些部位粘结力大大降低，抗剪强度小。 物体的破坏总是从最薄弱的部位开始，而上述软弱结构面正是斜坡上岩土体的薄 弱部位，因此滑动也就容易从具备这些软弱结构面的部位起动【1 5 】。 本区风化强烈，固体岩块经风化变为岩屑堆积的过程，也是粘结力逐渐丧失的过 程。 本区降雨丰富，粘土遇水软化、泥化，粘结力大大减小，抗剪强度降低，易发生 坡地灾害。 3 2 3 自然环境对有效法向应力的影响 本区泥岩性软，加上风化作用强烈，很容易风化形成松散堆积物。在降雨时，松 散堆积物入渗量增加，当其含水量超过临界含水量时，孔隙压力增加，有效应力降低。 当松散堆积物位于不透水基岩上时尤其如此。在这种情况下，渗漏水被阻滞在土壤与 岩石的界面上，孔隙压增大，抗剪强度暂时下降，就可能出现滑坡。本区松散堆积物 滑坡多沿基岩面滑动就是这个道理。 总的看来，蘑庆主城区自然环境，特别是在夏季，有利于下滑力增加和抗滑力的 降低，导致安全系数降低，增大坡地灾害发生的可能性。 4 坡地灾害的人文机制 城市是人类活动最集中，表现最明显的地区，亦是人类活动与地貌环境相互作用 最强烈的地区。重庆主城区人口稠密，人类活动频繁而集中。随着新城区开发，旧城 区改造，城市建筑规模不断扩大，高层建筑和大型构筑物日益增多，人类活动在滑坡、 崩塌等坡地灾害的形成和发育中起的作用越来越大。 从本质上讲，人类活动使坡地形态、物质组成发生改变，使坡地上部侵蚀和下部 堆积发生变化，从而影响坡地下滑力和抗滑力的对比关系，改变坡地的稳定程度。 重庆主城区人类活动按作用方式可分为以下3 种：清除植被：城市建设( 包括建 筑物的建造活动和道路的建造活动) ；修建水库。下面分别予以阐述。 4 1 清除檀棱 森林植被具有削减地表径流、保持水土的作用。熏庆主城区森林过度砍伐，现有 森林多为人工林，覆盖面积小，重庆现有人均公共绿地只有2 m 2m 1 ，远低于城市绿地 要求，绿化率不到2 0 。破坏植被在坡地上造成如下地貌效应： 4 1 1 增大下滑力 4 1 1 1 植被破坏后，土壤裸露，雨滴直接打击土壤表面，雨滴溅击力作用增大，土壤 颗粒分散，有利于坡地松散物质积累，增大下滑力。 4 1 1 2 坡地缺少植被覆盖。导致岩石风化速度加快。由于本区是砂泥岩互层为主的岩 层，差异风化速度快。植被清除后，基岩裸露，温度和水的风化作用更明显。导致坡 地松散物质的积累，增大坡地物质重力的下滑分力，为坡地失稳提供物质基础。 4 1 1 3 植被破坏后，土壤裸露，缺少植被截流，雨滴直接打击土壤表面，使其结构破 坏，严重阻碍雨水渗入土壤水库，减小土壤下渗能力，导致地表径流总量增加，流速 加快，地表冲刷力增强，坡地物质