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第三章 重力地貌及其堆积物

归档日期:07-01       文本归类:岸滩      文章编辑:爱尚语录

  第三章 重力地貌及其堆积物_农学_高等教育_教育专区。第三章 重力地貌及其堆积物 一、定义和分类 山坡稳定性,是工程地质的重大问题。促使山坡变化的地质作用种类繁多,重力堆积 造成山坡的剥蚀作用是其中之一。这类剥蚀作用,按其运动方式,可分为崩塌作用、撒落作

  第三章 重力地貌及其堆积物 一、定义和分类 山坡稳定性,是工程地质的重大问题。促使山坡变化的地质作用种类繁多,重力堆积 造成山坡的剥蚀作用是其中之一。这类剥蚀作用,按其运动方式,可分为崩塌作用、撒落作 用,滑坡作用及泥流作用等。山坡在上述作用的影响下,将不断受到改造,并形成相关的堆 积物和堆积地貌。这些堆积物统称为重力堆积物。 重力作用:位于斜坡上部被裂隙分割的岩层或松散堆积物,在普遍存在的重力作用下,沿斜 坡向下运动的过程,叫重力作用或块体运动。 根据运动特点分为 4 个类型: 崩塌作用:快速的、突然的坠落; 潜移(蠕动)作用:长期缓慢的运动,无滑动面,有滑移带; 滑动作用:先缓慢、后快速的运动; 流动作用:泥、砂、石与水搅和成粘稠体的流动过程。 二、地形和堆积物 (一)崩塌地形及崩积物 崩塌作用:山坡上部由于风化、剥蚀、地震及裂隙等影响的岩石,在自重力作用下, 整块向下坠落,迅速地跨向坡脚的作用。 崩积物(xd):崩塌作用形成的堆积物。 崩积物常见于山坡陡峭(45°) ,坚硬岩石组成的边坡,特别是地震区。大规模的崩 积物,可堵塞山谷,构成一条天然堆石坝,在坝堤后形成堰塞湖。如 1933 年四川叠 溪地震引起山崩,崩积物使岷江堰塞成大、小海子。 崩积物特点:未分选,成分简单,由具棱角的大小不一的岩块和岩屑组成,其中的巨 型岩块有时可被误认为是基岩露头。其成分与山坡上部基岩成分一致。 剖面结构下粗上细,不具层理。 倒石堆:崩积物呈圆锥形在坡脚堆积,称倒石堆。 倒石堆的岩性与斜坡上部的岩石基本一致,颗粒大小混杂,垂直剖面上看颗粒自下而 上逐渐变细。当斜坡坡度逐渐变缓时,崩塌作用逐渐减弱。有时几个倒石堆连接在一 起形成倒石裙。在一般情况下,当自然坡度小于 30 度左右时,岩石的重力作用不能克 服碎石间的阻力,倒石堆处于相对静止状态。 (一) 崩塌的形成条件及影响因素 1. 地形地貌条件:地形是引起崩塌的基本因素。斜坡坡度大于 55° 、高度超过 30m 的 地段有利于发生崩塌。 1 2. 岩性条件:岩性对崩塌有明显的控制作用。坚硬脆性的岩石组成的高陡边坡易发生 崩塌;另外,硬、软岩相间构成的边坡,因风化的差异性造成硬岩突出、 软岩内凹,这样突出悬空的硬岩也易于发生崩塌。 3. 地质构造:岩体中各种不连续面的存在是产生崩塌的基本条件。当各种不连续面的 产状和组合有利于崩塌时,就成为发生崩塌的决定性因素。 坚硬岩石中节理的大量存在有利于岩石的崩塌。随着风化作用的进行, 节理发育和扩大,使陡岩边坡愈来愈趋于不稳定状态,一旦遇到地震、 暴雨、地表水冲击或人工开挖及爆破等因素的触发,就会沿裂隙发生崩 落。此外,岩石中层理、片理、劈理的倾向如与斜坡倾向一致,沿这些 构造面也容易发生崩塌。 4. 水的条件:水是诱发崩塌的必要条件。一般来说,崩塌绝大多数发生在雨季,特别 是大雨过后不久,渗入节理裂隙中的水,增大了岩体重量,软化了岩体 强度,增加了水的静、动水压力,促使节理扩展、连通,诱发了崩塌。 5. 气候因素: 高寒地区冰劈作用广泛发育, 干旱、 半干旱气候区日温差及年温差较大, 这些地区物理风化强烈,岩石易破碎成碎块,崩落极为盛行。 6. 其它条件:主要是人为因素和震动影响。如果在工程设计和施工中处理不当,会促 使崩塌的发生; 地震、 列车、 爆破施工引起的震动, 也是诱发崩塌的因素。 1967 年8月29日,13 时 23 分,川藏公路东久拉月地方,突发大崩塌。 当时东久河 右岸,一山突然崩倒下来,撞击公路对面山体,对面山体又反撞崩塌,山崩之下,飞鹰 难逃! 这就是轰动全国的拉月大塌方。恰好通过这里的解放军司机 10 名当场死亡,尸 骨无存(即川藏线 英雄)。自此拉月地区山河面貌为之骤变,东久河改道,现只看 到一座已整体落架、仅余桥头石碑的木桥,这是塌方前公路原线的桥。从现场估计,这 次崩塌方量达 2500 万立方米。嗣后于 1973 年、1977 年、1978 年、1980 年又先后发生 过崩塌,并伴有河谷泥石流活动。 撒落作用:山坡上部基岩,由于物理风化崩解成岩屑,在重力作用下沿山坡向下滚动 的作用。由撒落作用形成的堆积物为撒落堆积物。 撒落与崩塌作用区别: (1)撒落堆积物为细小的碎石或岩屑,不是规模巨大的岩块。 (2)持续时间长,崩塌作用时间则极为短暂。 (3)涉及范围广,崩塌作用仅限于山坡某一狭窄部位 2 撒落堆积物特点:大小混杂,较崩塌堆积物略有分选,剖面的颗粒下粗上细。这是由 于岩屑沿山坡滚动时,大而重者产生的动能大,滚动较远。撒落堆 积物中岩屑成分象崩塌一样,比较单一,与山坡上部基岩成分完全 一致 。 倒石锥:撒落堆积物展布于坡脚,形成上尖下圆的锥形体。 (二)地滑地形和堆积物 地滑作用:位于斜坡上的岩石或松散堆积物,沿一个不连续的剪力面向斜坡下部移动 的一种块体运动。 1. 地滑的发生和发展:由滑动的岩体和滑动面两个基本要素组成。 形成和发生的条件: (1)可以引起重力滑动的斜坡; (2)松散堆积物或有裂隙、孔隙的岩石; (3)水的参加。 滑动可以在坡度较为 10 度的斜坡上发生;坡度较越大越利于滑坡的发生;但发生 滑坡的坡度角一般不大于 30 度,因为在大于 30 度的斜坡上一般不发生滑动,而 是崩塌。 滑动作用通常以潜移作用为先导,并可转化为崩落作用。 影响滑坡发生的主要因素: 岩性:滑坡是由重力引起的一种扭性破裂变形,其发生和山坡的物质组成有关。 坚硬致密块状的石灰岩、花岗岩和石英岩等脆性岩,其抗剪强度大,由这些岩石 组成的山坡高陡而稳定,很少产生滑坡。页岩、粘土岩及其它松散的第四系堆积 物多是塑性的,它们的抗剪强度低,由这些物质组成的山坡容易发生滑坡。 地形:山坡高度、坡度和横断面的形状,决定山坡内部应力状态,也是影响滑坡活动的 重要因素之一。一般松散堆积层的滑动坡度在 20°以上,基岩滑动坡度 30 – 40 度易形成滑坡。 地质构造:岩质坡体内部各类裂隙和结构面(层面、断层面、节理面、片理面、不整合 面等)的存在,可以削弱滑坡体的内聚力,并为地下水的活动提供通道,因 而滑坡往往是沿一定的结构面滑动的。特别是结构面与山坡坡面平行时,坡 体最容易发生滑坡。 水的作用:滑坡常发生在雨季或雨后。水库水位的骤然变化,以及施工中排水不当,都 可引起滑坡。事实表明,滑坡的发生,水的作用是十分显著的。其表现为: (1)水渗入岩体或土体中的孔隙,减少土粒间的吸附力,加强土体的重量, 加大其剪应力,使之下滑; (2)地下水的浸润、潜蚀和溶滤,使颗粒间的粘结力大大地降低; 3 (3)水大量渗入斜坡,使潜水面升高,相应地增加了静水压力和动水压力, 对滑体起着浮托作用,降低了抗滑力; (4)不透水的软弱地层受地下水作用发生软化成为滑动层,促使上覆地层 下滑。 从上可见,水的作用可通过静水压力、动水压力,冲刷作用和软化作用等方 面的影响来表现。 静水压力和动水压力:洪水期或水库蓄水,引起地下水位升高,静水压力增大,由静水 压力产生的浮托力会降低山坡的抗滑力。 反之, 如洪水迅速消退, 或水库水位骤降,则产生地下水向坡面渗透的动水压力,这也增 加了山坡的滑动能力。 水的冲刷:水冲刷坡脚,使山坡增高,坡面变陡,导致边坡比增大,破坏山坡内原来的 稳定应力平衡状态,引起滑坡。此外,流水冲刷切穿岩体内部与坡向一致的 结构面,山坡将沿着这样的结构面发生滑动。 软化作用:水的渗入,使较松软岩石软化,在重力作用下沿斜坡滑动。 除上述四种最普遍因素外,地震、爆破或在山坡下部挖掘土方,建筑物的附加荷载等, 都可导致滑坡的发生。 滑坡发生的三个阶段: 蠕动变形阶段:从山坡稳定状态受到破坏,到整体滑动之前的变形阶段。当斜坡上的岩 (土)体内抗剪强度小于剪应力时,产生塑性蠕动变形,使土体内应力调 整,并在后部产生拉张性裂隙,故渗水作用加强,张性裂缝加宽,开始出 现小的位错, 两侧也出现扭性破裂面, 坡脚受到挤压, 滑坡出口潮湿渗水, 滑动面大部分形成,但尚未完全贯通。该阶段是滑坡的前兆,长的可达几 年,短者仅几天。 滑动阶段:随着斜坡变形的发展,后缘张裂加宽,错距增大,两侧的羽状扭裂贯通并撕 开,前缘被挤压鼓起,产生鼓张裂隙,滑坡出口附近渗水浑浊,这时滑动面 已全部形成,接着便开始整体向下滑动。为剧烈滑动(应力释放)阶段。大 型滑坡开始整体滑动前,岩石受到挤压错动,会发出响声。 渐趋稳定阶段:滑坡滑动中,当抗滑力超过滑动力时,滑坡停止滑动。该阶段滑坡体内 部松散物质在自重作用下逐渐压紧,重心降低,能量不断消耗,地面的 各种裂缝逐渐被充填,提高了滑坡物质的抗剪强度,滑坡的稳定性日益 4 增加。 滑坡台地已变平缓, 其后壁坡度变换并生长草木, 不再发生崩塌。 坡体物质变的很紧实,地表无明显裂缝。滑坡前缘已无水渗出,或流出 清晰的泉水,表明滑坡已基本趋于稳定。这段时间要经过 3-5 年的,甚 至更久。 滑坡类型: 崩塌性滑坡:滑坡以每秒几米甚至几十米的高速度下滑,由于速度快,来势猛,滑动时 伴有巨响,并产生很大的气浪,因而往往造成巨大灾害。如四川雅砻江某 地滑坡,只有几分钟的时间内,6,800 ×104m3 的坡体全部滑下。 牵引式滑坡:滑坡下部先行滑动,然后牵引上部下滑的滑坡。 推移式滑坡:滑坡上部先变形滑动,尔后象推土机一样推动下部一起滑动的滑坡。 滑坡稳定后,如诱发滑坡的主要因素已消除,滑坡将转入长期稳定。若诱发因素尝未完 全消除,且又不断积累,到一定时候,稳定滑坡又重新活动,即滑坡复活。 2.地滑的堆积地形:地滑的基本地形是滑体与母体岩层分裂所形成的地滑崖和由滑体所构 成的地滑堆积地形。 滑坡作用形成的堆积物称滑坡堆积物。在基岩山坡上的滑坡堆积物,往往会保持着岩层 或岩体的构造,因而容易被误认为是基岩露头。 滑坡形态示意图 1-滑坡体;2-滑坡面;3-滑坡基座(滑坡床) ;4-滑坡壁;5-滑坡平台;6-滑坡台坎;7-滑坡舌;8-滑坡堤; 9-滑坡凹地内的湖泊;10-后缘引张裂隙;11-扇形引张裂隙;12-鼓张裂隙;13-扭裂隙 (三)流动地形和堆积物 流动体的基本类型 泥流:以泥土为主; 石流;以石块为主; 泥石流:泥砂、石块和水的混合物。 5 泥流作用:分布在山坡的松散堆积物,被水浸湿后,在本身的重力作用下,便会缓慢地 顺坡往下移动,这种作用叫做泥流作用。 泥流作用一般发生在粘土或亚粘土含量较高的松散堆积物内,因它们的持水性较好。而 要使斜坡堆积物里保持大量的粘土或亚粘土,斜坡必须平缓,这样才不至于使粘土和亚 粘土被水流冲走。因而,泥流作用一般发生在坡角 10°-20°缓坡上,坡角最大者不超 过 30°。 泥流作用主要发生在冰缘区或多暴雨的热带地区。 泥流堆积物:泥流作用形成的堆积物。 泥流堆积物一般由较细的物质组成,也可含有粗粒物质,当其流动时细粒物质含水多流 动较快,粗粒物质流动较慢,沉积于斜坡上部。具有分选性差,磨圆度低,无层理构造 等特点,与冰碛物有相似之处,但泥流堆积物的砾石成分不如冰碛复杂,与坡上基岩完 全一致,碎屑棱角尖锐,剖面内无任何流水冲刷的痕迹,这些特点是它与冰碛物的主要 区别。 泥流阶地:泥流作用形成的台阶状地形。它是由若干个高度很低的台阶组成,每个台阶 呈舌状,舌尖朝坡外。 由于几次间歇的泥流过程形成。 土流:经常由暴雨产生,在其形成过程中,过饱和是一个基本条件。多形成于小沟的源 头部分,那里地表径流汇流集中,水渗入细粒物质使其过饱和并发生土流。小沟 源头分布厚层细粒物质土流易于发生。坡麓挖掘、植被破坏也是产生土流的一个 主要原因。伴随土流还常常发生崩塌现象。 土流扩大成碗型进入河谷变成软泥流。 半干旱和干旱地区, 暴雨急流的水中含大量泥沙, 6 到达山麓时,洪流扩散变成软泥流。 火山泥流:是形成于火山锥坡的一种碎屑物流。暴雨、火山伴生水、火山锥陡坡、细粒 的火山喷发物,是形成火山泥流的基本条件。 泥石流:一种含大量泥砂石块的特殊洪流。 泥石流是山区特有的一种自然地质现象。它是由于降水(暴雨、融雪、冰川)而形成的 一种挟带大量泥砂、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。 泥石流与一般洪水不同,它爆发时,山谷雷鸣,地面震动,浑浊的泥石流体,仗着陡峻 的山势,沿着峡谷深涧,前推后拥,冲出山外。往往在倾刻之间给人们造成巨大的灾害。 泥石流爆发具有突然性,常集中在暴雨或积雪大量融化时,是一种山区的地质灾害,主 要分布北纬 30-50 度之间,具有强大的破坏性。 泥石流形成条件:1. 有丰富的松散固体物质: 由构造运动形成:断层破碎带及影响带;褶曲轴部。 由新构造运动形成:地壳抬升;地震。 由岩石风化形成: 由支沟冲刷形成: 由人为弃渣形成: 地质构造复杂,断层褶皱发育,新构造活动强烈,地震烈度较高。 结构疏松软弱、易于风化、节理发育的岩层,或软硬相间成层的岩层。 2.有陡峻地形:上游形成区的地形多为三面环山一面出口的瓢状或漏斗 状,地形比较开阔,周围山高坡陡。 中游流通区的地形多为狭窄陡深的峡谷,谷床纵坡大。 下游堆积区的地形为开阔平坦的山前平原或河谷阶地。 3.有充沛的水动力来源: 短时间内突然性的大量流水。 突然性大量流水有:①强度较大的暴雨; ②冰川、积雪的强烈消融; ③冰川湖、高山湖、水库等的突然溃决。 水的作用:浸润饱和山坡松散物质,使其摩阻力减小,滑动力增大以及水流对松散 物质的侧蚀掏挖作用。 其他条件:如人为地滥伐山林,造成山坡水土流失;开山采矿、采石弃渣堆石等, 7 往往提供大量物质来源。 上述条件概括起来为:①有陡峻便于集水、集物的地形; ②有丰富的松散物质; ③短时间内有大量水的来源。此三者缺一便不能形成泥石流。 按流体特征分:粘性泥石流,固体物质大于 40%; 稀性泥石流,固体物质小于 40%。 a.黏性泥石流:也称结构型泥石流,含大量黏土、细颗粒物质的泥石流或泥流,稠度大, 黏性大,密度高,浮托力强,有铺床作用和阵流现象。固体物质占 40%~ 60%,最高达 80%,水不是搬运介质,而仅是组成物质;大石块有浮运和 翻腾现象。 b.稀性泥石流:也称紊流型泥石流,含黏细颗粒少,稠度稀,黏性小,密度低,浮托力 弱,水为主要成分,固体物质占 10%~40%,石块流速小于泥沙、浆体, 呈翻滚、碰撞、跃移运动。 2005 年 6 月 10 日下午 14 时 30 分左右,黑龙江省牡丹江地区宁安市沙兰镇遭受百年不 遇的山洪和泥石流灾害,造成 3000 人受灾。 14 时 30 分左右,洪水瞬间到达沙兰镇,由于 沙兰镇地势低洼,沙兰中心小学 352 名学生和 31 名全校教师全部被围水中。当时学生正在 沙兰镇中心小学上课,因洪水来势较猛,一、二年级年龄较小的学生被淹死,此外还有数名 村民失踪、死亡。许多房屋被冲垮,洪峰过去四五小时后,乡里一些路段还有相当的深水。 当地电力设施全部冲垮,通讯中断。在 40 分钟内,降雨量达到 150 毫米~200 毫米,瞬间 形成洪峰,引发泥石流,最高洪峰水位达 2 米左右,冲向沙兰镇。截至 6 月 18 日,因洪灾 死亡人数达到 106 人,其中学生 102 人,村民 4 人。另有 3 名学生失踪。 (四)蠕动地形和堆积物 蠕动变形:是指边坡岩体主要在重力作用下向临空方向发生长期缓慢的塑性变形的现 象,有表层蠕动和深层蠕动两种类型。 表层蠕动:主要表现为边坡表部岩体发生弯曲变形,多是从下部未经变动的部分向上 逐渐连续向临空方向弯曲,甚至倒转、破裂、倾倒。 表层蠕动多发生在陡倾层状岩层或陡倾结构面发育的岩体中,层面或结构 面走向与斜坡面走向平行或交角很小。一般反坡向倾斜或倾角大于 60?者 更易发生。 深层蠕动:是由于坚硬岩层组成的边坡底部存在较厚的软弱岩层时,由软弱岩层发生 塑性流动而引起的长期缓慢的边坡蠕动变形。 潜移作用:地表松散堆积物或岩层长期缓慢向坡下移动的过程。动力是重力,水是润 滑剂 特点: 8 1、运动速率慢; 2、移动体与不动体之间无明显滑动面,而是渐变过渡的。 9

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