坡地重力地.ppt

1、第二节 块体运动与坡地重力地貌,一、概念 块体运动岩体或土体在重力作用及地表水、地下水影响下沿坡向下运动。 坡地重力地貌坡面上的风化碎屑、不稳定土体、岩体主要在重力并常有水分参与的作用下，以单个落石、碎屑流或整块土体、岩体沿坡向下运动所导致的一系列独特的地貌。 二、研究意义 具有突发性、破坏性大等特点，尤其在山区。加强坡地重力地貌的研究无论对我国还是我省都有十分重要的意义。 三、块体运动的力学分析,风化作用与坡地重力地貌,四、分类 （一）蠕动（十分缓慢的移动现象） （二）崩塌（重力作用、突然、急剧） （三）滑坡（重力和水、整体下滑）,风化作用与坡地重力地貌,Photograph by Pete

2、r L. Kresan,（一）崩塌及其地貌,1、崩塌的概念及其特征,（1）概念：在陡峻山坡上，巨大的岩体、土体或碎屑层主要在本身重力作用下突然急剧倾倒、崩塌，在坡角处堆积倒石堆或碎屑流。这种现象称为崩塌。(P42),（）特征,发生突然；运动速度快；,体积变化大；,块体运动没有固定的滑动面；,形成倒石堆。,风化作用与坡地重力地貌,60多米的山体突然崩塌，近1.5万立方米的石头倾泻而下，掩盖了整条高速公路，最大的石块足足有800立方米。,Photograph from: ,案例：浙江甬台温高速公路崩塌,风化作用与坡地重力地貌,、崩塌形成的条件和触发因素,（）形成条件,地形：崩塌只能发生于陡峻的斜坡

3、地段。地形条件包括坡度和坡高。,地质：主要是受岩性、结构和构造的影响。,气候：在一些日温差、年温差较大的干旱、半干旱地区，易形成崩塌。,强烈地震、爆破、冰雪融化、暴雨等。,（）触发因素,风化作用与坡地重力地貌,3、崩塌的类型,山崩：山坡上规模巨大的崩塌。, 坍岸：发生在河岸、湖岸、海岸的崩塌。,散落：岩屑沿斜坡向下做滚动或跳跃式 的连续运动。,风化作用与坡地重力地貌,4、崩塌堆积地貌倒石堆,倒石堆的概念 崩塌下落的大量石块、碎屑物或土体都堆积在陡崖的坡脚或较开阔的山麓地带，形成锥形体，称为倒石堆。（P44）,倒石堆的特征,组成物质一般分选性极差，不出现层序。但因重力分选作用，堆顶物质较细，底部

4、边缘物质较粗。,（1）倒石堆的坡面坡度一般较大，该坡度决定于组成倒石堆碎屑物质的颗粒大小，主要是颗粒的休止角。,（2）倒石堆的组成物质特征,组成物质的岩性与坡地的岩性有关；,第三章风化作用与坡地重力地貌,倒石堆发育的三个阶段,（1）正在发展中的倒石堆：陡峻，大块碎石，新鲜断裂面。,（2）趋于稳定的倒石堆：较和缓的轮廓，岩块风化，色泽不新鲜，呈上陡下缓的凹形坡，表面碎屑有一定固结。,（3）稳定的倒石堆：坡面和缓，呈上凹形，结构紧密，部分胶结，生长植被。,第三章风化作用与坡地重力地貌,（二）滑坡及其滑坡地貌,滑坡坡面上大量土体、岩体或其它碎屑堆积，主要在重力和水的作用下，沿着一定滑动面整体下滑的现

5、象。 （P）,第三章风化作用与坡地重力地貌,1.滑坡壁 2.滑坡湖 3.第一滑坡台阶 4.第二滑坡台阶 5.醉林 6.滑坡舌凹地 7.滑坡鼓丘和鼓张裂隙 8.羽状裂隙 9.滑动面 10.滑坡体 11.滑坡泉,滑坡地貌组合示意图,第三章风化作用与坡地重力地貌,滑坡体：斜坡上向下滑动的那部分土体或岩体。 醉汉树（醉林）滑 坡体上的树木随土体滑动而歪斜，这种歪斜的树木称为醉汉树。 马刀树如果滑坡形成已有相当长的一段时间，这种歪斜的树又会恢复垂直向上生长，慢慢长成弯曲形，叫马刀树。,1、滑坡的地貌特征,1.滑坡壁 2.滑坡湖 3.第一滑坡台阶 4.第二滑坡台阶 5.醉林 6.滑坡舌凹地 7.滑坡鼓丘和

6、鼓张裂隙 8.羽状裂隙 9.滑动面 10.滑坡体 11.滑坡泉,滑坡地貌组合示意图,第三章风化作用与坡地重力地貌,滑坡壁：滑坡体与坡上方未动土石体之间，由一半圆形的围椅状陡崖分开，这个陡崖称为滑坡壁 。,滑动面和滑动带 滑动面：滑坡体沿之下滑的面，叫滑动面。 滑动带：有时在滑动面附近的土体有明显的扰动和拖曳褶皱现象，构成滑动带 。,1.滑坡壁 2.滑坡湖 3.第一滑坡台阶 4.第二滑坡台阶 5.醉林 6.滑坡舌凹地 7.滑坡鼓丘和鼓张裂隙 8.羽状裂隙 9.滑动面 10.滑坡体 11.滑坡泉,滑坡地貌组合示意图,第三章风化作用与坡地重力地貌,滑坡台阶（阶地）：滑坡体下滑后在斜坡上形成的阶梯状地

7、形。,滑坡舌与滑坡鼓丘：滑坡体前缘常呈舌状突出，称为滑坡舌。 在滑坡体移动过程中，滑坡舌前面由于受到阻力挤压而鼓起，称为滑坡鼓丘。,1.滑坡壁 2.滑坡湖 3.第一滑坡台阶 4.第二滑坡台阶 5.醉林 6.滑坡舌凹地 7.滑坡鼓丘和鼓张裂隙 8.羽状裂隙 9.滑动面 10.滑坡体 11.滑坡泉,滑坡地貌组合示意图,第三章风化作用与坡地重力地貌,滑坡湖与滑坡洼地：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。 有时因地表水或地下水出露而形成滑坡湖。,1.滑坡壁 2.滑坡湖 3.第一滑坡台阶 4.第二滑坡台阶 5.醉林 6.滑坡舌凹地 7.滑坡鼓丘和鼓张裂隙 8.

8、羽状裂隙 9.滑动面 10.滑坡体 11.滑坡泉,滑坡地貌组合示意图,第三章风化作用与坡地重力地貌,滑坡裂隙 环状拉张裂隙：分布在滑坡壁的后缘。 平行剪切裂隙：分布在滑坡体中部及两侧。 鼓张裂隙：分布在滑坡体的下部。 扇形张裂隙：分布在滑坡体的最前缘。,陇海路卧龙寺滑坡剖面图 1.滑坡壁 2.滑坡洼地 3.滑坡台阶 4.醉林 5.滑坡坎 6.滑坡凹地 7.滑坡鼓张裂隙 8.9.滑动面 10.滑坡体,第三章风化作用与坡地重力地貌,2、滑坡的力学机制,3、滑坡的形成条件与触发因素,（1）滑坡的形成条件,斜坡的地貌特征：斜坡的高度、陡度和外形,斜坡的组成物质和地质结构：即岩性与构造,气候、地下水、地

9、震、人为因素,（2）滑坡的触发因素,第三章风化作用与坡地重力地貌,Photograph from：53:8081,第三章风化作用与坡地重力地貌,4、滑坡的类型,（1）按物质组成划分：黄土滑坡、粘土滑坡、碎屑堆积层滑坡、基岩滑坡。,（2）按滑动面与岩体结构关系划分：同类土滑坡、顺层滑坡、切层滑坡。,（3）按年代划分：古滑坡、老滑坡、新滑坡。,第三章风化作用与坡地重力地貌,5、滑坡的三个发展阶段,（1）蠕动变形阶段 ：斜坡后壁开始形成拉张裂缝，地表水下渗加强，两侧出现剪切裂缝，滑动面逐渐形成。,第三章风化作用与坡地重力地貌,（2）剧烈滑动阶段：滑动面已形成，滑坡

10、体与滑床完全分离；各种裂缝相继出现，裂缝错距加大；滑坡后壁出露面积越来越大；滑坡体前缘形成滑坡舌与滑坡鼓丘；坡脚渗出大股浑浊泉水。此时预示滑坡即将滑动。在其他触发因素的诱发下，将产生剧烈滑动。,（3）渐趋稳定阶段：经剧滑之后，滑坡体重心降低，能量消失于克服前进阻力和土体变形中，位移速度越来越慢，并趋于稳定。土体压实，裂缝逐渐闭合，滑坡壁变缓，形成马刀树。,第三章风化作用与坡地重力地貌,6、古滑坡的识别,滑坡壁遗迹 ； 反坡台阶、池沼或湿地 ； 坡脚出现渗泉、大弧石或弧形突出的堆积体 ； 斜坡上单沟转向与双沟同源 ； 岩层倾向异常及埋藏高度的变化； 滑坡泥、擦痕、滑动面和被填塞的裂缝。,例 湖北

11、清江隔河岩水库茅坪滑坡,Photograph from: ,第三章风化作用与坡地重力地貌,滑坡防治,（一）消除和减轻地表水和地下水的危害 1，水平钻孔疏干 2，垂直孔排水 3，竖井抽水 4，隧洞疏干 5，支撑盲沟。,（二）改善边坡岩土体的力学强度 1，削坡减载；用降低坡高或放缓坡角来改善边坡的稳定性。 2，边坡人工加固： 修筑挡土墙、护墙等支挡 钢筋混凝土抗滑桩或钢筋桩 预应力锚杆或锚索 固结灌浆或电化学加固法 SNS （Soft Protect Net Technology in Highway Edge-slope）边坡柔性防护技术 （生物措施防护、生物和三维植被网、钢绳网防护）。,挡土墙

12、,综合防护,锚杆加固 抗滑桩,锚杆支护,边坡支护工程,边坡支护工程,美国的滑坡防治工程分类,滑坡灾害防治,日本滑坡学会的滑坡防治工程分类,国际岩土学会滑坡治理措施简表,1,3. 支挡结构 3.1 重力式挡土墙 3.2 框架式挡土墙 3.3 笼式挡墙 3.4 被动式桩、墩和沉井 3.5 现浇的钢筋混凝土挡墙 3.6 聚合物或金属的条或片的加筋挡土结构 3.7 粗粒材料的支撑扶壁（盲沟）（力学作用） 3.8 岩石边坡的固定网 3.9 岩石崩塌的减缓和阻止系统（拦石的沟、平台、栅栏和墙） 3.10 抗冲刷的保护性岩石或混凝土块 4. 斜坡内部加固 4.1 岩石锚栓 4.2 微型桩群 4.3 土钉 4

13、.4 锚杆（预应力的或非预应力的） 4.5 注浆 4.6 石头的或石灰/水泥柱 4.7 热处理 4.8 冻结 4.9 电渗锚杆 4.10 种植植物（根系的力学作用）,我国滑坡防治措施简表,1,滑坡防治,（一）消除和减轻地表水和地下水的危害 1，水平钻孔疏干 2，垂直孔排水 3，竖井抽水 4，隧洞疏干 5，支撑盲沟。,（二）改善边坡岩土体的力学强度 1，削坡减载；用降低坡高或放缓坡角来改善边坡的稳定性。 2，边坡人工加固： 修筑挡土墙、护墙等支挡 钢筋混凝土抗滑桩或钢筋桩 预应力锚杆或锚索 固结灌浆或电化学加固法 SNS （Soft Protect Net Technology in Highw

14、ay Edge-slope）边坡柔性防护技术 （生物措施防护、生物和三维植被网、钢绳网防护）。,挡土墙,综合防护,锚杆加固 抗滑桩,锚杆支护,边坡支护工程,边坡支护工程,边坡排水沟,泄水盲洞,洞孔联合排水,平孔排水孔钻进 （福厦高速路宏路滑坡）,坡脚平孔排水 （福厦高速路宏路滑坡）,滑坡集水井中正钻水平孔（长野清水山）,滑坡上部减重,箭丰滑坡减重后全貌（福建205国道）,京广铁路坪石车站反压稳定滑坡,抗滑挡墙（贵昆线扒那块滑坡）,抗滑桩排（兰青公路享堂滑坡）,抗滑桩施工,锚索抗滑桩钢筋（川藏公路二郎山滑坡）,预应力锚索框架治理滑坡（太原古交公路K13+800）,锚索地梁和坡脚抗滑桩,锚索抗滑桩

15、和锚索地梁 （京珠高速公路粤北段K98滑坡）,锚索地梁和锚索框架（京珠高速公路粤北段K155）,高边坡锚索地梁加固（京珠高速公路粤北段）,预应力锚索（南昆铁路八渡车站滑坡）,编制锚索,锚索绑扎情况,地梁钢筋,地梁浇注砼,拉力分散型锚索,拉力分散型锚索,返回,二、蠕动地貌及其影响因素,根据蠕动体的性质，分为松散层蠕动和岩体蠕动两种。 （一）松散层蠕动及其影响因素 颗粒本身由于冷热、干湿变化引起体积膨胀、收缩，同时又在重力作用下产生的，包括土层蠕动和岩屑蠕动 影响 因素： 1粘土含量：在非寒冷地区，土层中粘土含量越多，越易出现蠕动。 2冻融交替：在寒冷地区，冻融交替是引起土层或岩屑蠕动的首要因素。

16、 3干湿和温差变化：强烈的干湿和温差变化可引起土层颗粒体积发生变化而产生蠕动。 4坡度：主要出现在25o30o的坡地上。因为大于30o的坡地上，粘土和水分不易存在；而小于25o的坡地，重力作用不明显。,（三）蠕动,蠕动坡面岩屑、土屑在重力作用下以极缓慢的速度顺坡向下移动的现象。（P）,1、松散碎屑物的蠕动 松散碎屑物的蠕动指颗粒本身由于冷热、干湿变化引起体积膨胀、收缩，同时又在重力作用下产生的，包括土层蠕动和岩屑蠕动。（P） （1)土层或岩屑蠕动的地面标志 (2）引起土层或岩屑蠕动的因素 干湿和温差变化； 冻融交替； 粘土含量； 一定的坡度。 2、岩体蠕动 岩体蠕动斜坡上的岩体在本身的重力作用

17、下，发 生十分缓慢的塑性变形或弹性变形。 （P）,第三章风化作用与坡地重力地貌,土屑蠕动不论是在寒带地区、温带地区或热带地区都可发生，它的形成主要是由于温度变化或湿度变化而引起斜坡碎屑和土壤颗粒的物理性质改变所致。另外，植物根的生长和动物的践踏也有助于斜坡上的土屑蠕动。 在寒冷地区，斜坡上冬天地面冻结而膨胀隆起从AB到CD，土壤中的颗粒或碎屑M随着地面膨胀沿垂直坡面方向上升到M；解冻时，地面恢复到原来位置AB，但颗粒或碎屑受重力作用则由M移到M，经过这样一次冻融作用之后，土壤颗粒或碎屑由M移到M（图2-9）。如此反复进行，土壤颗粒或碎屑将不断向下坡移动。,斜坡上的碎屑或土壤颗粒因日温差或干湿变

18、化而发生胀缩，也可造成向下坡蠕动。温带地区，温差变化可使硅酸盐岩块的体积有0.1%的变化量，干旱气候温差变化大，硅酸盐岩块的体积变化可达1%。干湿变化对粘土体积变化的影响也特别显著。当碎屑颗粒受湿或增温时，体积膨胀，颗粒相互挤压，碎屑被挤出原来位置而向下坡移动（图2-10.A）；碎屑变干或降温时，体积缩小，其间形成空隙，使上部碎屑失去支持引起下移（图2-10.B）。,岩屑或土层蠕动的地面标志,： 树根部向坡下弯曲，而树杆和树冠向坡上倾斜， 电线杆、篱笆、栅栏或建筑物顺坡倾斜，围墙扭裂 坡地上草皮呈鱼鳞状， 坡面岩屑出现微波状。,第二节 坡面侵蚀和坡积裙,大气降雨或冰雪融化后，在倾斜的坡地上，形

19、成面（片）状水流。面状水流是由许多细小股流组成的，它们无固定流路，在这种水流作用下，可使坡面降低，称为坡面流水侵蚀。被侵蚀的物质堆积在坡脚处，称坡积物，它们围绕坡地边缘分布，形似衣裙的花边，称坡积裙。 坡面侵蚀作用范围广，侵蚀量大，尤其在由松散细粒沉积物组成的裸露斜坡上更为明显，常造成严重的水土流失。 一、坡面流水侵蚀 坡面流水侵蚀只出现在降雨或融雪时期，故雨滴冲击作用和坡面径流侵蚀作用是坡面流水侵蚀的两种主要作用。 1雨滴冲击作用 雨滴降落的最高速度可达79m/s, 雨滴降落能使粒径小于0.5mm的土粒离开原位被激溅到离地面60cm以上的高度， 水平方向激溅的距离可超过1.5m。 在10%坡

20、度的坡面上土粒受到雨滴冲击后，约有6070%向下坡移动，只有2540%向上坡溅移。土粒向上下坡溅移距离和数量的差异，随着地形坡度加大而增加。 雨滴冲击坡面的能量在整个斜坡上应该是大致相等的，随着降雨时间的延长，由上坡激溅来的土粒搬运到下坡，这时雨滴冲击的能量有一部分需消耗在再激溅由上坡溅来的土粒上，于是雨滴对下坡坡面的冲击作用相对减小。此外，下坡的坡面水层逐渐加厚，对坡面土粒起了保护作用，雨滴对坡面的冲击作用也愈来愈小，甚至完全消失。因此，从整个坡面来说，上坡受到雨滴的冲击作用强，侵蚀强度大，下坡冲击作用弱，侵蚀强度小。,2坡面径流侵蚀坡面径流侵蚀力大小与地形、土壤和植被等因素有关。 地形（坡

21、长、坡度和坡形）控制坡面流水冲刷速度和冲刷量。从理论上说，坡度愈长，愈到下坡水量愈多，水流的能量也增强。但是，随着坡长的增长，水流挟带的泥沙量也随之增多，需要消耗一部分能量，而使水流侵蚀能力减小。因此，坡面径流侵蚀能力并不是随坡长增加而直线加大。坡度加大可使坡面径流速度加快，冲刷加强；坡度加大却又使径流量减小，因为在降雨强度不变的情况下，坡度加大，实际上坡面单位面积接受的雨量减少（图2-11）。坡度和坡长变化与坡面侵蚀强度之间的关系非常复杂，F.C.伦勒（Renner）和R.E.霍顿（Horton）的坡面侵蚀强度和坡度关系试验研究认为在2060之间坡面侵蚀强度最大。,土壤结构对坡面侵蚀也有很大

22、影响。土壤团粒结构好，可以吸收一部分雨水，使地表径流量减少；土层厚，吸水较多，也可减少地表径流量，使侵蚀减弱。 植被可以防止雨滴对坡面的冲击和减少坡面径流冲刷，表现在三方面： （1）植被可以减少坡面径流量； （2）植被可控制坡面径流速度； （3）植被可阻挡雨滴直接冲击地面。 在其它条件相同情况下，植被好坏对坡面侵蚀作用有显著差别。可见，植树造林是防止水土流失的有效方法之一。,图2-13 坡积裙的结构:A上缘部；B前缘部； C边缘部 dl坡积物；al冲积物,二、坡积裙 在坡面流水作用下，被带到平缓的坡麓地带堆积下来的沉积物，叫坡积物。坡积物围绕坡地形成的地形，形似衣裙，叫坡积裙。 坡积裙的纵向地

23、形线呈微凹下的曲线，坡度一般为710，边缘逐渐变缓。坡积裙的前缘部分常堆积在山麓平原或山间盆地边缘，或是在河谷底部，最边缘与其它成因类型的沉积物相互穿插。,坡积裙的碎屑物质的岩性成分取决于坡地的基岩成分。碎屑物的机械组分是亚砂土、亚粘土和石块或碎屑。因这些物质搬运距离不远，碎屑物的磨圆度很差。有时，坡地是由砾岩组成，或坡地上部有河流阶地发育，因而在坡积物中也能见到磨圆很好的砾石。 组成坡积裙的物质有粗略分选和微具层理结构。自坡积裙的顶部到前缘颗粒由粗变细，由碎石、粗砂逐渐变成细沙、粉砂直至粘土。由于每次降雨强度不等，坡面径流量和侵蚀强度的不同，各种粒径碎屑物的堆积范围也不同。当坡面径流量小或坡

24、面侵蚀强度弱时，一些细粒物就分布在前期堆积的较粗物质之上，剖面中可见到粗粒物质中夹粘土透镜体；如果当某一次坡面径流量特大，或坡面侵蚀强度剧增时，粗大颗粒物质就被带到坡积裙的前缘部分，叠压在前一时期沉积的较细颗粒之上，在剖面中就可看到在较细粒物质中夹粗颗粒碎屑透镜体。 分选-sorting沉积物粒度变化范围的表述。 透镜体-在相对均质的沉积中的剖面形状呈中心厚，两侧厚度减小形如透镜的异类沉积物。,坡地发育,坡地的形成发展与岩性、构造运动以及自然地理等因素有关，各种不同成因和不同发育阶段的坡地的表现形式也不一样。因此，坡地的形态特征包含着坡地成因和年代的许多信息。 构造运动形成的断层陡坎或称断层坡、地震震动形成的裂隙坡和火山活动在地表堆积的斜坡都属于内力作用形成的坡地； 前面提到的山崩、滑坡和一些由海洋、湖泊、河流、冰川等崩塌和侵蚀形成的坡地属外力作用形成的坡地； 人类活动也可形成各种坡地。 实际上自然界的坡地往往是多种营力作用形成的，例如内力作用的断层坡形成之后，随之受坡面流水和重力等外力作用，使断层坡不断变缓后退，时间愈长，坡度愈缓，高度愈低。上述各种不同成因的坡地，将在本书的有关章节中介绍。,坡地发育