第五章 重力侵蚀(5)

第5章重力侵蚀5.1重力侵蚀作用分析

5.2崩塌5.3滑坡5.4错落5.5蠕动5.6崩岗5.7陷穴与泻溜5.8重力侵蚀的防治5.1重力侵蚀作用分析

5.1.1坡面重力侵蚀作用

重力侵蚀是以单个落石、碎屑流或整块土体、岩体沿坡向下运动的一系列现象。由于坡地重力所移动的物质多系块体形式，故也称为块体运动。

当重力克服了物体的惯性力和摩擦阻力时，物体就要向下移动。

重力侵蚀的发生多在＞25°的山地和丘陵，在沟坡和河谷较陡的岸边也常发生重力侵蚀，由人工开挖坡脚形成形成的临空面、修建渠道和道路形成的陡坡也是重力侵蚀多发地段。1,斜坡(包括山坡、岸坡、人工边坡)上松散堆积物或风化基岩，由于本身重量而沿着斜坡向下运动或发生垂直下落。2,在块体运动中地表水、地下水以及地震等因素往往起促进和触发作用。3,块体运动是一种固体或半固体物质的运动，可以是快速运动，也可以是缓慢不易觉察的移动或蠕动。5.1.1坡面重力侵蚀作用重力侵蚀的类型

根据土石物质破坏的特征和移动方式，一般地可将重力侵蚀分为崩塌、滑坡、错落、岩层蠕动、陷穴、泻溜、崩岗、山剥皮、地爬等。（1）重力重力是促使斜坡上的物质向下运动的动力。当重力克服了物体的惯性力和摩擦阻力时，物体就要向下移动。（2）地表水块体运动程中，水也是一种重要的影响因素，它能促进块体运动的发生。水可以增大物质的重量。水还起着润滑作用，从而减少松散物质颗粒之间的粘结力以及整个物体和基底之间的摩擦阻力。应力及作用（3）地下水地下水在流动中具有渗透力，这种力作用在它所流经的沉积物或岩石颗粒上，其方向与水流方向一致，能促进沉积物或岩石的破坏。每当洪水退后河岸易发生坍塌，就是因为这时两岸的地下水均向河流排泄，其流向与渗透力的方向指向岸坡下方，从而破坏河岸的稳定性。（4）地震块体运动在地震或人工爆炸时也易于发生，这是因为震动产生的冲击力减小摩擦阻力，而触发了块体运动。应力及作用（5）其它促进块体运动的其它因素还有斜坡的负荷超过斜坡所能担负的重量、流水或波浪的掏蚀使斜坡过陡、水的冻结和融化交替发生、滥肆开采斜坡下部的岩石等。重力侵蚀常常是突然发生，给人们带来很大灾害。特别在山区无论是交通、厂矿、城镇或是大型水利枢纽建设都会遇到这个问题。

应力及作用5.1.2坡面重力侵蚀应力土粒岩屑或石块运动

（1）应力分析坡面上块体的重力G可分解为与坡面平行的下滑力T与垂直坡面的法向力N，其关系为：

T＝Gsinθ

N＝Gcosθ

式中：θ―坡角。从以上分析知坡面上块体愈重，则下滑力T愈大。同时坡面上坡角愈陡，则其下滑力也愈大。坡地表面的土粒岩屑或石块，一方面下滑力T有促使块体向下移运的趋向；另一方面由于有摩擦阻力f牵制下滑力，使块体趋向稳定。下滑力大于摩擦阻力则发生位移，反之则稳定。如两者相等块体处于极限平衡状态。θGFNT摩擦阻力τ增大到块体与坡面间最大摩擦阻力f时块体处于极限平衡状态。这时下滑力T

刚好等于摩擦阻力f。与此相应的坡角为临界坡角。将临界坡角称为该块体与该坡面间的内摩擦角（φ）也称休止角。若f为松散块体的抗滑强度，则有F＝N·tgφ＝Gcosθ·tgφ这时，坡面上的土粒、石块等的稳定条件应是：

T≤fGsinθ≤Gcosθ·tgφ

tgθ≤tgφθ≤φθGFNT5.1.2坡面重力侵蚀应力土粒岩屑或石块运动

土粒岩屑或石块运动

（2）内摩擦角φ的影响因素土、砂和松散岩屑的内摩擦角φ值随其颗粒大小、形状而异。粗大并呈棱角状而又密实的颗粒的休止角大。一般悄况下，风化岩屑离源地愈远，其颗粒因磨蚀圆度增加，磨擦力减小，休止角变小。因此愈近坡麓，坡度也愈缓和。值得注意的是，土的内摩擦角随含水量而变化。土粒间充满水分将增加润滑性，休止角变小。因此在同样条件下，湿润区的山坡坡度缓，干燥区的山坡坡度陡。一般来说山坡坡顶水分不易积累，显得较干燥，坡麓较湿润，因之，山坡坡度也有从坡顶向坡麓变缓的趋势。

块体的整体位移

5.1.2坡面重力侵蚀应力（1）应力分析

坡面上的块体运动并不限于在坡地表面移动，有时沿坡面以下一定深度的软弱面发生整体位移。这时还遇到另外一种阻力，即土层或岩层的粘结力

C。块体运动一定要克服粘结力

C

和摩擦阻力

f

才能发生位移。块体运动的抗滑强度(抗滑力：块体与坡面间最大摩擦阻力）为F＝N·tgφ十C·A

式中：C―粘结力(kg/cm2)；

A―运动块体与坡面的结触面积(cm2)。(2)影响因素土体的粘结力C与组成物质的成分、结构及土体含水量多少有密切关系。其中受水分影响最大。含水量少、处于干燥状态时，具有极其牢固的性质。如水分增加粘土可变成可塑状态，其强度大大降低，极易形成软弱面，土体往往沿此破裂而发生块体运动。块体的整体位移

5.1.2坡面重力侵蚀应力

坚硬岩体的粘结力C值很大，一般不易发生移动。但岩层中常常存在软弱的结构面(层面、软弱夹层、断层面、节理面、劈裂面等)。软弱结构面的内摩擦角φ和粘结力C都显著减小（粘结力C→0），因此容易产生破裂面而发生块体运动。块体的整体位移

5.1.2坡面重力侵蚀应力(2)影响因素软弱结构面容易引起重力侵蚀总之，坡地上的块仲运动主要受重力引起的下滑和岩土块体的内摩擦力及粘结力的相互关系而定。其稳定系数K

为K＝抗滑阻力/下滑力=N·tgφ+C·A/T

当K＝1时，岩体或土体处于极限平衡状态；当K＜1时，岩体或土体处于不稳定状态；

当K＞1时，岩体或土体是稳定的。工程上一般采用K＝2～3为安全稳定系数。

块体的整体位移

5.1.2坡面重力侵蚀应力块体的整体位移

5.1.2坡面重力侵蚀应力

自然界的山坡大多数的K值＞l，所以都是比较稳定的。如果坡麓地带因河流侧蚀或人工切坡，改变了坡地形态使边坡角加大，形成陡坎甚至是临空悬崖，坡面块体突出，不稳定体加大，将促使块体运动发生。5.2崩塌5.2.1崩塌作用方式斜坡上的岩屑或块体在重力作用下，快速向下坡移动称为崩塌。崩塌过程按块体的地貌部位和崩塌形式又可分为山崩、塌岸和散落。1、山崩

山崩是山岳地区常发生的一种大规模崩塌现象，崩塌体能达数十万立方米。山崩常阻塞河流、毁坏森林和村镇。山崩时大块崩落和小颗粒散落是同时进行的。2、塌岸

河岸、湖岸(库岸)或海岸的陡坡，由于河水、湖水或海水的掏蚀而发生崩塌，称为塌岸。3、散落

散落是岩屑沿斜坡向下作滚动和跳跃式地连续运动。其特点是散落的岩屑连续地撞击斜坡坡面，并带有微弱的跳动和向下作旋转运动。5.2.1崩塌作用方式5.2.2崩塌分类

崩塌的分类可按不同的原则来考虑，其一是根据组成坡地的物质结构分类，其二是根据崩塌的移动形式分类。1、根据组成坡地的物质结构分类（1）崩积物崩塌：山坡上已经过崩塌的岩屑和沙土等物质，处于很松散状态。（2）表层风化物崩塌：在地下水沿风化层下部的基岩面流动时，引起风化层沿基岩面崩塌。（3）沉积物崩塌：由厚层的冰积物、冲积物或火山碎屑物组成的陡坡，由于结构松散，形成的崩塌。（4）基岩崩塌：在基岩山坡上沿节理面、层面或断层面等发生的崩塌。2、根据崩塌体移动形式和速度分类

散落型崩塌，在节理或断层发育的陡坡，或是软硬岩层相同的陡坡，或是由松散沉积物组成的陡坡，常常形成散落型崩塌。

滑动型崩塌，这类崩塌沿一滑动面发生，有时崩塌土体保持了整体形态，这种类型的崩塌和滑坡很相似。

流动型崩塌，降雨时斜坡上的松散岩屑、砂和粘土，受水浸透后产生流动崩塌。5.2.3崩塌形成条件

1、地形条件

地形条件包括坡度和坡地相对高度。（1）坡度：坡度对崩塌的影响最为明显，一般大于33°的山坡不论岩屑大小都将有可能发生移动。不同岩性的山坡，形成崩塌的坡度也不完全相同。在无水情况下，一般岩屑坡的坡度休止角是30°～35°，干沙的休止角为35°～40°，粘土的休止角可达40°左右。如果为同一种岩性但其结构不同，它们的休止角也不同。例如原生黄土的结构较致密，超过50°的坡地才会发生崩塌，而次生黄土的结构较松散，30°左右就发生崩塌。（2）坡地相对高度：坡地相对高度和崩塌的规模有关，一般当坡地相对高度超过50m时，就可能出现大型崩塌。

2、地质条件

岩石中的节理、断层、地层产状和岩性等都对崩塌有直接影响。在节理和断层发育的山坡岩石破碎，很易发生崩塌。当地层倾向和山坡坡向一致，而地层倾角小于山坡坡度角时，常沿地层层面发生崩塌。软硬岩性的地层呈互层时，较软岩层易受风化，形成凹坡，坚硬岩层形成陡壁或突出成悬崖易发生崩塌。5.2.3崩塌形成条件

3、气候条件气候可使岩石风化破碎，加快坡地崩塌形成的时间。在日温差、年温差较大的干旱、半干旱地区，物理风化作用较强，在较短时间内岩石就会风化破碎。5.2.3崩塌形成条件

例如兰新铁路一些新开挖的花岗岩路堑，仅四、五年时间路堑边坡岩石就遭到强烈风化，形成崩塌。4、地震及其它5.2.3崩塌形成条件

（1）地震：地震是崩塌的触发因素。地震时能形成数量多而规模很大的崩塌体。例如1920年宁夏海原8.5级地震，有650多处发生大规模崩塌(其中有一部分是滑坡)，地震形成的崩塌分布在上万平方公里范围内。1970年秘鲁境内的安第斯山附近发生一次大地震，当时从5000～6000m高山上倾泻下来的岩块和冰块等崩塌体，连抛带滚波及到10km以外。

（2）其它：在山区进行各种工程建设时，如不顾及自然地形条件，任意开挖、常使山坡平衡遭到破坏而发生崩塌。另外任意砍伐森林和在陡坡上开垦荒地也常引起崩塌。5.3滑坡

滑坡(landslide)定义滑坡（slip，landslide，slopeslide）：坡面岩体或土体整体下滑或位移的现象滑塌或坐塌：滑坡体发生面积很小、滑落面坡度较陡。

5.3滑坡

5.3.1滑坡的地貌特征1、滑坡体

斜坡上向下滑动的那部分土体或岩体称之为滑坡体。滑坡体上的树木随土体滑动而东歪西斜称之为醉林。由于整体下滑，土体大体还保持着原有结构，它以滑动面与下伏未滑地层分割开来，滑坡体与其周围不动土体在平面上的分界线称之为滑坡周界，它圈定了滑坡作用范围。滑坡体规模大小不一，从十几立方米到几亿立方米。滑坡体沿之下滑的面称为滑动面。在均质土体中其剖面为一个近似半圆弧形，通常上陡下缓，中部接近水平，前缘出口处常常形成逆向的反坡。

滑动面附近的土体有明显的扰动或拖曳褶皱等现象构成滑动带。滑动带的厚薄不一，从数厘米到数米不等。2、滑动面或滑动带

5.3.1滑坡的地貌特征

滑坡体与坡上方末动土石体之间，由一半圆形的围椅状陡崖分开，这个陡崖称为滑坡壁。一般坡度为60°～80°，高度从数厘米至数米不等。滑坡体下滑时，因滑体各段移动速度的差异产生分支滑动面，使滑坡体分裂成为几个错台，称之为滑坡台阶。3、滑坡壁与滑坡台阶

5.3.1滑坡的地貌特征

滑坡体前缘常呈舌状突出称为滑坡舌。由于滑坡舌是被推动的，故称被动主体。滑体上部则称为主动主体。

滑体在滑动过程中滑坡舌前面常因受阻、挤压而鼓起，称滑坡鼓丘。4、滑坡舌与滑坡鼓丘

5.3.1滑坡的地貌特征滑坡滑动后，在滑坡壁下部和滑坡台阶的后缘，即滑坡台阶的反坡处，常常形成滑坡洼地。

有时因地面积水或地下水出露而形成滑坡湖或湿地。5、滑坡湖与滑坡洼地

5.3.1滑坡的地貌特征6、滑坡裂缝

5.3.1滑坡的地貌特征

滑坡地面裂缝纵横交错甚为破碎，按其受力状况可以分为四种：（1）环状拉张裂缝，由滑坡体向下滑动时产生的拉力造成的，属拉张裂缝。（2）剪切裂缝，因滑动土体与相邻不动土体之间相对位移产生剪切力造成。（3）鼓张裂缝，分布在滑体的下部，因滑体下滑受阻，使土体隆起形成的张开裂缝。（4）扇形张裂缝，在滑坡体最前缘，因滑坡舌向两侧扩散而形成的扇形或放射状张裂缝。1234568799910滑坡形态结构示意图2005-9-23土壤侵蚀原理滑坡形态结构示意图滑坡(landslide)滑坡的地貌特征滑坡体醉林滑动面滑坡壁滑坡台阶滑坡舌滑坡鼓丘滑坡湖与滑坡洼地5.3.2滑坡的力学机制及滑坡形成条件

1、滑坡滑动的力学机制

斜坡上的土体、岩体是否滑动，依其力学平衡是否遭到破坏而定。土坡的稳定系数K为：

K＝总抗滑力矩/滑动力矩对于均质土坡来说，滑动面上各点的抗滑阻力为:

F=N·tgφ十C。式中：C和φ为常数；

N为重力垂直于坡面的分力；

φ为内摩擦角。

由于斜坡土体、岩性特性不同，滑动面的性质也不一样，力学分析和计算方法也不相同。2、滑坡形成条件

5.3.2滑坡的力学机制及滑坡形成条件

（1）斜坡的地貌特征

斜坡的地貌特征决定了斜坡内部应力分布状态及地表流水特征。特别是斜坡的高度、陡度和外形，是决定滑动力大小的主要因素。一般外貌起伏和缓、坡度不大、植被覆盖较好的山坡，大多是比较稳定的。但在高陡的山坡或陡崖，斜坡上部的软弱面形成临空状态，加大了滑动力并减小了抗滑力，使斜坡上部土体或岩体处于不稳定状态，容易产生滑坡。（2）斜坡的物质组成与地质结构

斜坡的物质组成与地质结构也直接影响着滑坡的发生与否，它们的抗剪强度、抗风化、抗软化、抗冲刷的能力不同，发生滑坡的频率也不一样。粘土和松散堆积层浸水后，粘聚力骤降，大大增加了其可滑性。沉积岩互层地区如夹有软弱层次的薄层页岩、泥岩、煤系等地层容易发生滑坡。这些地层常称之为易滑地层。岩层的各种结构面，如层面、片理面、断层面、解理面等，常常构成滑动带的软弱面。特别当岩层结构面的倾向与坡向一致，岩层的倾角又小于斜坡的坡角时，最易发生滑坡。2、滑坡形成条件

5.3.2滑坡的力学机制及滑坡形成条件

2、滑坡形成条件

5.3.2滑坡的力学机制及滑坡形成条件

（3）地下水

地下水的作用是促使滑坡发生的极重要的因素，地下水浸湿斜坡上的物质，显著地降低其抗剪强度。实验证明当粘土的含水量增加至35%时，抗剪强度会降低60%以上，泥岩或页岩饱水时的抗剪强度，比天然状态下的抗剪强度降低30～40%。如果地下水在隔水顶板上汇集成层，还会对上覆岩层产生浮托力，降低抗滑力。地下水还能溶解土石中易溶物质，使土石成分发生变化，逐渐降低其抗剪强度。地下水位升高，还会产生很大的静水与动水压力，这些都有利于滑坡的产生。5.3.3滑坡类型及其发展阶段

滑坡类型

根据滑坡的物质，可划分为黄土滑坡、粘土滑坡、碎屑滑坡和基岩滑坡。根据滑坡和岩层产状、岩性和构造等，可划分为顺层面滑坡、构造面滑坡和不整合面滑坡等。根据滑坡体的厚度，可划分为浅层滑坡(数米)、中层滑坡(数米到二十米)和深层滑坡(数十米以上)。根据滑坡的触发原因，可划分为人工切坡滑坡、冲刷滑坡、超载滑坡、饱和水滑坡、潜蚀滑坡和地震滑坡等。滑坡发展阶段第一阶段为蠕动变形阶段，在斜坡内部某一部分因抗剪强度小于剪切力而首先变形，产生微小的滑动。第二阶段为急剧变形阶段，这一阶段长的可达数年，短的仅数月或几天。第三阶段为剧烈滑动阶段，在这一阶段中滑动面业已形成，岩体完全破裂，处于极限平衡状态。

第四阶段为渐趋稳定阶段，经剧烈滑动之后，滑坡体变形重心降低，趋向停止。5.3.3滑坡类型及其发展阶段

滑坡的发展阶段蠕动变形急剧变形剧烈滑动渐趋稳定斜坡形态的改变

山区斜坡常常因河流凹岸侧蚀和人工开挖坡脚，造成高陡的边坡而发生滑坡，或是在坡顶堆积弃土，或建造工程建筑物，这些不但改变了斜坡的外形，也加大了承载力，使基部的土体加大下滑力，可能发生滑坡。

5.3.4影响滑坡因素的分析

大气降水和地下水变化大雨、暴雨以及相随的大量地下水活动，使土体容量骤增，加大滑动力，减小抗滑力导致滑坡发生。山区河流水位具有很大变幅，高水位时滑带浸水范围扩大，增加土体容重，降低抗滑强度。5.3.4影响滑坡因素的分析

震动影响

5.3.4影响滑坡因素的分析

震动造成砂层或粗粉砂层的颗粒重新排列，促使发生滑坡。这种过程如发生在地下水面以上，可引起地面沉陷；如发生在地下水面以下，则引起浸水的砂或粉砂的液化发生流动。地震和不适当大爆破施工还直接破坏岩石结构，促使发生滑坡，震级高的为害尤烈。5.4错落

5.4.1错落的特征1、概念

错落是指陡崖、陡坎、陡坡沿一些近似垂直的破裂面发生整体下坐位移。它的特征是垂直位移量大于水平位移量。错落体比较完整，大体上保持了原来的结构和产状。错落体在形态上呈阶梯状，常常只有一级，多级的较少。错落体的后缘为几乎垂直的(70°左右)错落崖或错落坎。错落坎附近，有大致与它平行的较顺直的裂缝。错落体的基部有挤压鼓包等现象。2、错落与滑坡、崩塌的区别：错落以重力作用为主，水的作用较次。错落一般沿高倾角且比较平直的滑动面下坐位移，错落体边缘没有反倾斜块体，即不发生反向剪力对滑动力的抗衡。一次错落发生后，坡面将有相当长的稳定时间。（是采取整治措施的重要时机）5.4错落

5.4.1错落的特征可以把错落列为崩塌与滑坡之间的中间类型。5.4.2错落发生条件和原因

1、形成条件（1）地貌条件

错落主要出现在山区峡谷河道两侧受到强烈侧蚀的部位。新修水库的库岸、海蚀崖、湖蚀崖等处也常出现。发生错落的地面坡度一般大于35°～40°。而错落地点的上部山坡可以相当平缓，不足40°。5.4.2错落发生条件和原因

（2）地质条件

错落主要发生在粘结力较大的地层或坚硬岩层组成的陡崖或陡坡上常有大断层、大节理的地方。

大量统计结果表明坡角θ、内摩擦角φ和错落破裂面的角度A的经验关系式为

A＝（θ+φ）/21、形成条件2错落发生原因

山坡下部减少了支撑力量，如原为接近极限平衡的山坡，当河流下切侧蚀或波浪强烈击撞，或人工开挖路堑，造成隐伏的倾斜软弱面下端处于临空状态，都是引起错落的因素。

5.4.2错落发生条件和原因

5.5蠕动

5.5.l蠕动特征

蠕动主要是指土层、岩层和它们的风化碎屑物质在重力作用控制下，顺坡向下发生的十分缓慢的移动现象。移动的速度每年小的只有若干

毫米，大的可达几十厘米。根据蠕动的规模和性质，可以将蠕动划分为两大类型，即疏松碎屑物的蠕动与岩层蠕动。

5.5.2松散层蠕动(土屑或岩屑蠕动)

斜坡上松散岩屑或表层土粒，由于冷热、干湿变化而引起体积胀缩，并在重力作用下常常发生缓慢的顺坡向下移动。引起松散土粒或岩屑蠕动的因素是多方面的。温差和干湿变化

温差和干湿变化引起土粒或岩屑发生胀缩，膨胀时碎屑颗粒垂直于斜坡方向上抬，收缩下落时却是沿重力方向直落而下。

在寒冷地区，冻融作用是引起土屑或岩屑蠕动的主要因素。在温湿地区主要是因温差变化(包括冻融过程)或干湿变化引起土粒或岩屑发生胀缩。5.5.2.1引起松散层蠕动的因素粘土含量

碎屑中粘土含量越多，蠕动现象越明显。干湿变化对岩块碎屑体积胀缩的影响是微小的，而对粘土的影响特别大，对塑性指数较高的膨润粘土影响则更大。

5.5.2.1引起松散层蠕动的因素如粘土层中含水50%，则体积膨胀系数可达4.5%。坡度蠕动虽然可以出现在各种坡度的坡面上，但以在25°～30°左右的坡地上最明显。除此之外，蠕动还受到植物的摇动、动物践踏以及人类活动等因素的影响。5.5.2.1引起松散层蠕动的因素5.5.3基岩岩层蠕动

暴露于地表的岩层在重力作用下也发生十分缓慢的蠕动。蠕动的结果使岩层上部及其风化碎屑层顺坡向下呈弧形弯曲。岩层虽然发生弯曲，但并不扰乱层序，甚至在蠕动了的碎屑层中，层次都依然可见。崩岗定义崩岗是山坡剧烈风化的岩石、土体受水力与重力的混合作用，向下崩落和受冲刷的侵蚀现象。发生特征重力+水力南方花岗岩地区5.6崩岗

崩岗的基本形态集水坡地崩岗陡壁冲积扇崩积体流通段(沟道)沟头沟口崩岗分类按形态划分的类型条形崩岗（巷沟形、甬道形、蚕形）瓢形崩岗（浅/深围椅形、粪箕形）爪形崩岗（叉形、分支形、手掌形）弧形崩岗（河岸边）混合形崩岗（连通形、劣地形）5.6崩岗

崩岗分类2.按发展阶段划分的类型发展型 剧烈型缓和型稳定型5.6崩岗

崩岗危害产沙量大大于剧烈侵蚀的侵蚀模数 破坏大人身安全、水库、农田5.6崩岗

崩岗侵蚀的治