地貌学 第二章 坡地地貌ppt课件.pptx
什么是山地灾害?山地灾害和坡地重力侵蚀地貌什么关系？,第二章 坡地重力地貌,第一节风化作用 第二节坡地及块体运动 第三节崩 塌 第四节 滑 坡 第五节 蠕 动 ,坡地上的岩块或土体在重力并常有流水参与作用下发生崩塌、滑动或蠕动形成的地貌，称为坡地地貌，斜坡地貌或重力地貌（P6）。 风化作用：坡地物质风化和岩石破裂并具备大量松散物质； 块体运动：坡地上的不稳定块体或风化碎屑在重力和流水作用下，发生迁移，形成各种坡地地貌。,山洪,什么是坡地地貌？,各种外营力作用中的先锋作用是什么？海底有没有风化作用？,风化作用它不仅和其它营力一样对地表进行着塑造，而且还为其它外营力作用创造了必要的条件。风化作用是其它外营力的先锋。,第一节 风化作用,岩石,风化作用,破碎岩块,外营力作用,侵蚀搬运堆积,受日光照射、温度变化、水的作用和生物作用等，,风化作用,物理风化化学风化生物风化,出露地表的岩石，,发生破碎和分解，形成大小不等的岩屑、砂粒和黏土。,一、风化作用及其类型,（一）风化作用的概念,（二）风化作用的类型,风化作用包括：物理风化、化学风化和生物风化。,1、物理风化： 温度变化孔隙水冻胀干湿变化,盐类重结晶矿物溶解岩体应力释放,温度变化,由于昼夜温差和季节温差的影响造成岩石发生不均匀的热胀冷缩而引起的。 岩石通常是由多种矿物组成的，不同的矿物具有不同的膨胀系数，在温度变化过程中会导致岩石中矿物之间的结合力减弱，最终松弛崩解。 即便是成分较为均一的岩石，由于存在着岩石的各向异性，甚至是晶格结构的差异，也可以造成热胀冷缩的差异，导致岩石的风化。,温差大的地区，在白天当太阳光直射时，岩石表层增温而膨胀，而内部膨胀小甚至未发生变化。 到了夜晚气温骤降，岩石表面收缩。这样使其岩石表面与内部产生应力差。 这种应力差就会使岩石破裂。,水的冻融冻结风化（冰劈作用）,水在冻结过程中由于密度降低，体积增大，会产生巨大的破坏力。周期性的冻结作用，很容易把岩石破坏成较小的块体，这种风化作用称为冻结风化。 主要发生有高纬度及高山区,当温度下降到摄氏零度以下时，贮藏在地表岩石空隙中的液态水就会结冰，因结冰后其体积将增大111左右，故在岩石空隙中产生巨大的膨胀压力（冰劈作用） ，造成岩石的崩裂。,冻 结 风 化 示 意,矿物的水分与结晶膨胀作用,由于岩石裂隙中的盐类反复结晶、潮解，使岩石崩解的作用。 多发生在干旱及半干旱地区。,盐结晶作用引起的蜂窝状风化,干湿变化,2、化学风化 是指岩石在大气、水与生物作用下发生分解进而形成化学组成与性质不同的新物质的过程。,化学风化的作用方式,水化作用水解作用氧化作用碳酸化作用,H2OO2CO2,水与一些不含水的矿物结合，把水分子结合到矿物的晶格中的作用。 水分子在矿物晶格中成为结晶水，只有在高温下才能分离出来，因而原矿物就变成含水的新矿物。,（1）水化作用（hydration）,赤铁矿褐铁矿 Fe2O3+nH2OFe2O3nH2O 硬石膏石膏 CaSO4+2H2O CaSO4 2H2O,水化作用的结果,增大矿物的体积增大对围岩的的压力导致矿物的硬度降低， 从而削弱岩石抵抗风化作用的能力,（2）水解作用(hydrolysis),在水中电离的矿物阴离子或阳离子与H2O离解成的H+和OH-相互结合，形成难电离的弱电解质的过程。,4KAlSi3O8 +6H2OAl4Si4O10(OH)8 +8SiO2+4K(OH） 钾长石 高岭石 蛋白石胶体Al4Si4O10(OH)8+nH2O2Al2O3+4SiO2+4H2O 高岭石 铝土矿,水解作用的结果,水解作用导致岩石和矿物的破坏。 水解时OH-离子与金属阳离子一 起进入海洋，而H+则与铝硅酸络阴离子结合生成难溶解的粘土矿物，残留在大陆。,（3）碳酸化作用_solution,岩石中矿物溶解于水而产生分解的过程。卤化物、硫酸盐、碳酸盐等矿物易溶于水，常见是碳酸盐矿物溶于含CO2的水溶液中，发生碳酸盐化作用。,CaCO3（方解石）+ H2O + CO2 Ca(HCO3)2,碳酸化作用,（4）氧化作用(oxidation),矿物与大气或水中的游离氧反应， 生成氧化物的过程。 4FeS2(黄铁矿)+19O2+mH2O2Fe2O3 nH2O+8H2SO4,铁帽（gossan）的形成,黄铁矿（FeS2）氧化生成FeSO4（硫酸亚铁） FeSO4继续氧化生成Fe2(SO4)3（硫酸铁） Fe2(SO4)3为 强酸弱碱盐 水解成Fe(OH)3沉淀 Fe(OH)3脱水形成褐铁矿,化学风化作用残留物的特点：1）松散2）出现富铁/铝/硅的化合物，如褐铁矿、高岭土、蛋白石等,3、生物风化,生物的生命活动引起岩石的分解。 可分为：1）生物物理风化作用：指生物活动导致岩石机 械破坏的作用。2）生物化学风化作用：生物在新陈代谢过程中 产生的分泌物和生物死亡后的遗体腐烂的分解产物使岩石分解破坏的作用。,土壤,残积层,基岩,风化壳,土壤 岩石经过物理风化作用、化学风化作用之后，再经过生物风化作用，形成具有矿物质、腐殖质、水和空气的松散堆积。 残积物 岩石经过长期风化作用后，形成一些在地表条件稳定的产物，（多为铁、铝的氧化物）残留原地。 （一）风化壳 由岩石风化的残积物和土壤构成的覆盖在陆地上的不连续薄壳。,二、风化作用的产物,24,第二节 坡地及块体运动,什么是坡？怎么描述坡？坡上怎么会有块体运动？,第二节 坡地及块体运动,一、基本概念,（一）坡地 倾斜角大于2的斜坡地面称为斜坡或坡。（二）重力地貌 坡面上风化碎屑和不稳定岩体、土体主要在重力并常有一定水分参与作用下，以单个落石、碎屑流或整块土地、岩体沿坡向下运动所导致的一系列独特的地貌。（三）块体运动 岩体和土体在重力作用及地表水地下水影响下沿坡向下运动称为块体运动。,坡地的形态主要有坡度、坡形、坡向和坡长等。按坡度（坡高/坡长）分为： 按坡向分为：阳坡、半阳坡、阴坡、半阴坡。按坡长：500 m 长坡，50 m 短坡按坡型：直行坡、凸形坡、凹形坡、复合型坡,坡地的形态特征指标,下滑力：T=Gsin 法向应力：N=Gcos 摩擦阻力：f=Ntg (土粒岩屑、碎块) f=NtgCA (块体整体),A,T,G,N,f,B,注：为坡角 为内摩擦角 A为块体与地面接触面积 C为粘聚力,抗滑力,NtgCA T, 1,=,稳定条件：,下滑力, ,K=,A,T,G,N,f,二、块体运动的基本原理,第三节 崩塌,一、定义,崩塌：斜坡上的岩屑或块体在重力作用下，快速向下移动。 山崩：发生在山地的大规模崩塌。 散落：岩屑沿斜坡向下作滚动或跳跃式地连续运动 塌岸：发生在岸坡 塌陷：发生在岩溶洞穴 塌方：发生在土石体中 特征： 速度快（一般为5-200 m/s） 规模差异大（小于1 m3-108 m3）。,山崩,塌岸,二、崩塌的分类,1根据坡地的物质组成可划分为：,2根据崩塌体的移动形式可划分为：,（1）散落型崩塌（2）滑动型崩塌（3）流动型崩塌（崩塌型泥石流）,（1）崩积物崩塌（2）表层风化物崩塌（3）沉积物崩塌（4）基岩崩塌,三、崩塌形成的条件,四、崩塌形成的地貌,（1）崩塌崖壁/基坡（山坡上部）（2）岩堆/倒石堆（坡麓）,崩塌崖体坡度很大常成悬崖峭壁。,（1）崩塌崖壁（山坡上部）,基底,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，形成倒石堆（岩屑堆或岩堆）。,（2）岩堆/倒石堆（坡麓）,结构： 多呈松散、杂乱、多空隙、大小混杂而无层理。形态： 呈半锥形 一般大型颗粒更多地堆积在下部，上部多细粒物质，碎屑物质构成的坡度接近于其自然休止角。,风化作用包含哪些？ 怎样描述坡地的形态？ 崩塌的主要特征？,第二章 坡地重力地貌,第四节 滑坡（Landslide）,上节提要,物理风化、化学风化、生物风化,坡度、坡形、坡长、坡向,岩屑或块体 重力作用 快速下落,一、滑坡二、滑坡力学机制三、滑坡的地貌特征 四、滑坡影响因素 五、滑坡的分类与发展六、滑坡的防治 ,本节提要,一、滑坡,定义： 斜坡上的大块岩（土）体，由于地下水和地表水的影响，在重力作用下，沿着滑动面作整体下滑的现象称滑坡。,特点 1、滑动的岩土体具有整体性2、斜坡上岩土体的移动方式为滑动3、规模大的滑坡一般是缓慢地往下滑动，其位移速度多在突变加速阶段才显著。但有些滑坡滑动速度一开始也很快，且在滑坡体的表层发生翻滚现象，因而称这种滑坡为崩塌性滑坡。,大型滑坡-千将坪滑坡,千将坪滑坡近景,小型滑坡-崩塌性滑坡,二、滑坡力学机制,Q,主动部分,被动部分,极限平衡状态 (力矩平衡) Pa=Qb+fR 平面解法 /简单有限元法分析,三、滑坡的地貌特征（P13-14）,1、滑坡体2、滑动面3、滑坡壁4、滑坡阶地5、滑坡鼓丘6、滑坡裂隙,滑坡壁,滑坡三要素：滑坡体、滑动面、滑坡壁,滑坡壁（山西）,滑坡阶地、滑坡鼓丘（陕西）, 环状裂隙：位于滑坡壁后缘，由拉力所致。 羽状裂隙：位于滑坡中部和两侧，由剪力所致。 鼓张（压）裂隙：位于滑坡体前部，由拉（压）力所致。 放射状裂隙：位于滑坡体前缘，由拉力所致。,滑坡裂隙,滑坡裂隙,临空面：斜坡陡、高度大、上凸下凹、坡面下部无支撑地形条件 坡度：基岩一般 300-400 ，松散堆积层 200 坡角状态：挖、冲、切, 松散堆积层与粘土有关岩性： 蒙脱石 主要粘土矿物 伊利石 吸水性 临界角 高岭石,必要条件,地质条件,岩性, 基岩滑坡主要与遇水易软化（如千枚岩、页岩等）,构造, 顺坡结构易形成滑坡：层理面、节理面、断层面等, 上部为透水层，下部为不透水层易形成滑坡,临空面 开挖+坡度+上凸下凹坡形 斜陡坡,洒勒,新庄,苦顺,滑坡床,滑坡堆积界限,图 洒勒山滑坡示意图,地质条件-构造,坡度,四、影响滑坡的因素,人为因素,1）破坏坡角。在兴建土建工程时，由于切坡不当，斜坡的支撑被破坏。 2）堆载不当。或者在斜坡上方任意堆填岩土方、兴建工程、增加荷载，部会破坏原来斜坡的稳定条件。 3）破坏排水。人为地破坏表层覆盖物，引起地表水下渗作用的增强，或破坏自然排水系统，使坡体水量增加。 4）排水不当。引水灌溉或排水管道漏水将会使水渗人斜坡内，促使滑动因素增加。5）爆破施工。,促发因素-人为+地下水+地表水,暴雨+人为引起的滑坡,人为不合理施工,五、滑坡的分类与发展 滑坡分类,按滑坡体的主要物质组成和滑坡与地质构造关系划分：覆盖层滑坡：粘性土滑坡、黄土滑坡、碎石滑坡、风化壳滑坡基岩滑坡(与地质相关) ：均质滑坡、顺层滑坡、切层滑坡特殊滑坡：冻融滑坡、陷落滑坡,按形成的年代划分,新滑坡：由于开挖山体形成的滑坡古滑坡：旧已存在的滑坡,按滑坡体的厚度划分,浅层滑坡：30米,新,古,蠕动变形阶段,滑动阶段,滑动阶段,停息阶段,五、滑坡的分类与发展 滑坡发展,滑动阶段,停息阶段,六、滑坡的治理,（一）治理原则 1）以防为主、整治为辅； 2）尽量避开大型滑坡所影响的位置； 3）尽可能综合治理； 4）整治最危险、最先滑的部位； 5）注意做好排水工程。,绕避对于大型滑坡体,原路线,选定建桥,原定,选定,选定隧道,（二）治理措施,1）排水 3）刷方减重2）支档 4）改善滑动面岩性,改善滑动面,1)排水 原则：区内水尽快汇集、排出 区外水应拦截、旁引 措施： （1）地表排水：设置截水沟和排水明沟系统。 -截水沟是用来截排来自滑坡体外的坡面径流 -排水明沟系统，以汇集坡面径流引导出滑坡体外 （2）地下排水：设置各种形式的渗沟或盲沟系统，以截排来自滑坡体外的地下水流。,地表排水,地下排水,地下排水,坡体内部排水 -减小自重 -降低水势面 -增加抗滑系数,盲沟/排水沟,引水明沟,渗水/渗流,2支挡（增大抗滑力） 在滑坡体下部修筑挡土墙、抗滑桩或用锚杆加固等工程以增加滑坡下部的抗滑力。 在使用支挡工程时，应该明确各类工程的作用。如滑坡前缘有水流冲刷，则应首先在河岸作支挡等防护工程，然后又考虑滑体上部的稳定。,河岸支档,挡土墙,锚杆锚固,抗滑桩,坡面锚固,挡土墙,坡面锚固,挡土墙+抗滑桩,3刷方减重（减小下滑力） 通过削减坡角或降低坡高，以减轻斜坡不稳定部位的重量，从而减少滑坡上部的下滑力。如拆除坡顶处的房屋和搬走重物等。 刷方减小坡度 减重减小滑体重量,4改善滑动面（带）岩土性质（增加强度） 原则：改良岩土性质、结构，以增加坡体强度。 措施：对岩质滑坡采用固结灌浆； 对土质滑坡采用电化学加固、冻结、焙烧等。,焙烧法是对粘性土进行焙烧,使其塑性消失,具有耐水性,使粘性土变为像砖一样的半岩石类土的一种土层硬化方法。,依据滑坡裂隙的性质、产状和分布确定滑坡体的范围 上部：环状拉张裂隙 两侧：羽状剪切裂隙 坡脚：扇状张裂隙依据滑坡裂隙的发育判断滑坡的发育阶段 蠕动阶段：上部与两侧裂隙呈断续分布，无错距 初动阶段：坡脚出现张裂隙，上部两组连通，出现大错距依据裂隙的产状判断滑坡的性质 浅层滑坡：裂隙面呈缓倾斜，长度短，互不连贯，数量多 深层滑坡：裂隙面陡而深，错距大，位置固定,a. 滑坡区留下圈椅状、槽状地形,a.滑坡区留下圈椅状、槽状地形,b. 滑体上出现“醉汉林”、“马刀树”,b. 滑体上出现“醉汉林”、“马刀树”, 滑坡的前兆 坡体前沿处的泉水复活，或泉水突然干涸（山坡上水塘中的水位是不是突然下降或全部漏掉了）滑坡体前部出现放射状裂缝(房前屋后是否出现裂缝，已出现的裂缝是否加宽加深)坡体前沿隆起，形成滑坡鼓丘的迹象滑坡体四周有小型崩塌（斜坡上的树木或者电线杆是否突然歪倒）坡体后沿有热气冒出一些动物有感应，如老鼠乱窜、蚂蚁活动、家畜烦燥天气变化，大暴雨,第五节 蠕动,蠕动是指斜坡上的土层、岩层和它们的风化碎屑物质在重力作用下，顺坡向下发生缓慢的移动现象。1、松散层蠕动 包括松散颗粒和岩屑蠕动，是由于冷热、干湿引起体积膨胀、收缩，在重力作用下产生的。,斜坡上的碎屑物质在热胀冷缩的反复作用下移动的示意图,2、岩体蠕动 斜坡上岩体在本身重力作用下，发生十分缓慢的塑性变形或弹塑性变形。,岩体蠕动,蠕 动,1）地形条件 松散层蠕动 25-30o坡，深度20 mm至数米 岩层蠕动 35-45o陡坡，深度3-5m，最大可达50m2）地质条件 粘土含量越高，膨胀和收缩辐度越大 软弱岩层，易发生弹塑性变化3）气候条件： 受干湿、冻融影响。4）人为及其他因素：动物洞穴、植物根系腐烂的空洞,3、蠕动发生的条件,本章复习总结,发生条件,知识点： 1.掌握风化作用（P6） 2.了解块体运行力学机制 3. 滑坡的动力学机制（P12） 4.掌握崩塌定义（P8）和形成条件（P9） 5.掌握崩塌堆积地貌：基坡、倒石堆实践意义（P11） 6.掌握滑坡定义（P12） 7.熟知影响滑坡的因素（P12）和地貌特征（P13） 8. 了解滑坡的预防治理措施思考题：1、山地灾害防治工作现状。思考题：1、山地灾害防治工作现状。建议扩展知识： 1.乔建平 中科院山地所 2010滑坡风险区划理论与实践 2.中国地质大学 2009 滑坡学,七、小结,
