第17章-塊體運(yùn)動(dòng)

第十六章塊體運(yùn)動(dòng)山坡上塊體(含巖石、松散沉積物以及它們的混合物)的向下運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為塊體運(yùn)動(dòng)(massmovement)。在此種運(yùn)動(dòng)中可以有水參加，但水不是塊體的搬運(yùn)營(yíng)力或介質(zhì)，而是同各種塊體物質(zhì)一道作同步運(yùn)動(dòng)的對(duì)象。塊體運(yùn)動(dòng)既發(fā)生在陸上，也出現(xiàn)在海底，它是改造地表形態(tài)，促使地殼物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)會(huì)給人們帶以破壞性后果。第一節(jié)控制塊體運(yùn)動(dòng)發(fā)生的因素地球內(nèi)部的熱能驅(qū)使造山運(yùn)動(dòng)，將地表抬高成山脈山系，而重力作用卻力圖使山地降低，重力起到削高補(bǔ)低的作用，重力不斷將地球上任何地方的物質(zhì)向下拖拉，產(chǎn)生地表物質(zhì)沿高處向低處的運(yùn)移。塊體運(yùn)動(dòng)是在重力作用下，坡地上的風(fēng)化碎屑、不穩(wěn)定的巖體和土體，沿斜坡向下的運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)通常與水的活動(dòng)有關(guān)。使斜坡上物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力主要來(lái)自自身的重力，同時(shí)還受水、冰雪、生物、地震、人類(lèi)活動(dòng)等的影響，其中最主要的自然營(yíng)力是重力和水的作用。一．重力的作用斜坡上的物體是否能保持穩(wěn)定取決于兩種作用力的對(duì)比。其一是剪切應(yīng)力(shearstress)。它力圖使物體沿斜坡向下運(yùn)動(dòng)，來(lái)自于物體重力沿斜坡的剪切分力。其二是物體的剪切強(qiáng)度(ShearStrength)，它是物體對(duì)向下運(yùn)動(dòng)的阻力。物體剪切強(qiáng)度的大小取決于物體的內(nèi)部因素：塊體的摩擦阻力(frictionresistance)；塊體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的聚合力(convergentforce)；植物根對(duì)塊體的固結(jié)作用等。只要剪切強(qiáng)度超過(guò)剪切應(yīng)力，物體就能保持穩(wěn)定狀態(tài)，一旦兩力趨于平衡，物體便趨向于運(yùn)動(dòng)。安全系數(shù)：剪切強(qiáng)度與剪切應(yīng)力之比值(safetyfactor)。當(dāng)安全系數(shù)小于1時(shí)，塊體運(yùn)動(dòng)的發(fā)生將是不可避免的。山坡的坡度可以受侵蝕或人工開(kāi)挖而變陡，也可因地震與勁風(fēng)吹動(dòng)而搖撼，這都會(huì)導(dǎo)致剪切應(yīng)力增大。相反，巖石的風(fēng)化、植物根的腐爛及雨雪水的浸潤(rùn)等都會(huì)導(dǎo)致剪切強(qiáng)度削弱。因此，上述各項(xiàng)都是塊體運(yùn)動(dòng)的觸發(fā)因素。山坡越陡，剪切應(yīng)力越大，故在具有高山深谷的山區(qū)塊體運(yùn)動(dòng)最易發(fā)生。二．水的作用水盡管不是塊體搬運(yùn)的營(yíng)力或介質(zhì)，但對(duì)于塊體的運(yùn)動(dòng)卻起著重要的作用。一堆干砂因缺乏內(nèi)聚力，極不穩(wěn)定；假如水少量存在，砂粒間便出現(xiàn)毛細(xì)管引力，增強(qiáng)其內(nèi)聚力，砂堆的粘性和強(qiáng)度便得到提高。如果用水過(guò)量，砂的內(nèi)聚力也會(huì)削弱，砂堆隨之而發(fā)生流動(dòng)。地殼巖層中逆掩斷層(overthrust)使巨大的巖塊發(fā)生大距離的水平運(yùn)動(dòng)，這是斷裂面中充填了以水為主的流體后產(chǎn)生了浮力效應(yīng)(buoyancyeffect)。汽車(chē)在雨后的路面上易于側(cè)滑、甚至翻車(chē)也是同一道理。塊體運(yùn)動(dòng)中水的作用主要在于減小土體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)聚力以及減小巖塊與基底之間的摩擦阻力，從而促進(jìn)塊體運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。第二節(jié)塊體運(yùn)動(dòng)的類(lèi)型塊體運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式因所涉及的塊體的組成與結(jié)構(gòu)、塊體中水的含量及山坡的陡度等因素的差異而不同。如不含沉積物的流水，含大量沉積物的流水，水起著重要作用的塊體運(yùn)動(dòng)，水不起實(shí)質(zhì)性作用的塊體運(yùn)動(dòng)等；它們?cè)谧匀唤缡且粋€(gè)連續(xù)過(guò)渡的系列。實(shí)際發(fā)生的塊體運(yùn)動(dòng)常兼有兩種類(lèi)型的特點(diǎn)，難以絕對(duì)劃分。一般地，將塊體運(yùn)動(dòng)劃分為與山坡突發(fā)性崩塌相關(guān)的塊體運(yùn)動(dòng)和沉積物流兩大類(lèi)。一．與山坡突發(fā)性崩塌相關(guān)的塊體運(yùn)動(dòng)其特點(diǎn)是山坡突然發(fā)生破損，破損而成的塊體下落，并形成穩(wěn)定的新山坡。大致包括以下三種具體形式:1．滑坡(slump)塊體沿著上凹的弧形滑面下滑，同時(shí)繞水平軸向內(nèi)旋轉(zhuǎn)。經(jīng)常，塊體頂面朝后傾斜。塊體可以是單體或成群、成階梯狀產(chǎn)出?；麦w的面積小到數(shù)平方米以?xún)?nèi)，大到數(shù)千平方米以上。人工開(kāi)挖路基常使山坡變陡，故公路或鐵路邊易發(fā)生滑坡。由于河水或海水侵蝕岸坡，也常導(dǎo)致河岸或海岸發(fā)生滑坡。四川雅礱江邊于1967年發(fā)生過(guò)大規(guī)模滑坡。有6800萬(wàn)m3的土石瀉入河中，堆成高達(dá)175—355m的石壩，使雅礱江斷流9天。隨后，河水溢流潰壩，形成了水頭高達(dá)40m的洪水，沖毀了下游的農(nóng)田和房舍，因事先警報(bào)，幸無(wú)人員傷亡。甘肅灑勒山于1983年3月7日發(fā)生過(guò)一次滑坡，系與滑坡前連續(xù)的大雪有關(guān)。滑坡體達(dá)5000多萬(wàn)m3；滑距達(dá)800-1000m，滑動(dòng)歷時(shí)僅2分鐘。有712．崩落(fall)塊體是由基巖拆離開(kāi)來(lái)的巖塊——巖落(rockfall)，或者是土體與植物的混合物——泥石落或碎屑落(debrisfall)。它們出現(xiàn)在陡峭的山坡。山體越高,崩落的速度越大。巨大巖塊在崩落過(guò)程中發(fā)生碰撞、變碎。無(wú)數(shù)的碎塊沿山坡滾動(dòng)、跳躍或滑動(dòng)，最后休止堆積于山麓。3．崩滑(slide)塊體沿滑面(含層面、斷層面、節(jié)理面等)快速下滑?；锸怯苫鶐r拆離開(kāi)來(lái)的巖塊或是大量較小的巖屑。前一種情況稱(chēng)為巖滑(rock-slide)，后一種情況稱(chēng)為泥石滑或碎屑滑(debrisslide)，均常見(jiàn)于陡峭的山坡?；锒荚谏铰炊逊e。二．沉積物流由沉積物(泥、粉砂、砂、石塊等)與水，或沉積物、水與空氣組成的運(yùn)動(dòng)性流體稱(chēng)為沉積物流(sedimentflows)。在沉積物流中，水和水中的固體物質(zhì)作為整體受到重力作用，然后同步運(yùn)動(dòng)，水不是搬運(yùn)的介質(zhì)。沉積物流有以下重要形式：1．泥流(slurryflow)有水飽和的沉積物流，密度大，碎屑物在水中懸浮，碎屑顆粒很少接觸和碰撞。其堆積體缺乏分選性。七律·山城梧州泥流忽起狂風(fēng)翻默盆，江傾岳變濁滔昏。雷鳴擊碎珠山夢(mèng)，雨急敲殘龍母魂。大樹(shù)移根橫擋道，泥流如虎嘯沖門(mén)。是誰(shuí)捅破長(zhǎng)天水，一夜山城哭喊冤。泥流中最常見(jiàn)的是泥石流或碎屑流(debrisflow)，其沉積物中包含泥質(zhì)物、砂和更粗的碎屑或石塊。泥石流中稠度特大的似混凝土，稠度小的似泥漿水。泥石流可以從滑坡體或泥石滑體演變而成，也可以是渾濁的溝谷流水在流動(dòng)中不斷捕獲谷坡上的松散沉積物后發(fā)展而成。它在暴雨后或火山爆發(fā)時(shí)最易發(fā)生。其運(yùn)動(dòng)速度不等，由每年數(shù)米以?xún)?nèi)到時(shí)速為100km。迅猛的泥石流可造成嚴(yán)重的破壞。泥石流瀉入溝口前緣平地后呈扇狀堆積。其沉積體有時(shí)具有粗略的層理。2．粒流(granularflow)不含水或含水少的沉積物流。后者因碎屑的形態(tài)和大小，而有利于水易從碎屑間的孔隙中逸出。因此，在粒狀流中沉積物的全部重量是靠碎屑相互接觸或碎屑間發(fā)生碰撞而支撐的。粒流中常見(jiàn)的是顆粒流(grainflow)。特點(diǎn)是沉積物碎屑主要是砂，不含水。其形成是由于砂粒聚積體的坡度超過(guò)休止角，從而發(fā)生砂粒運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，顆粒相互碰撞。其運(yùn)動(dòng)速度約為0.1-35m／s。粒流中運(yùn)動(dòng)速度極快的是泥石崩流(debrisaralancbe)，其時(shí)速可達(dá)數(shù)十到數(shù)百公里。它往往是崩落或崩滑的進(jìn)一步發(fā)展。如1717年發(fā)生于意法邊境MontBlanc山的一次大規(guī)模泥石崩流，自3601m標(biāo)高處跌落，其水平移動(dòng)距離為7.2km，歷時(shí)僅2-4分鐘，其時(shí)速超過(guò)125km。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生碰撞與粉碎的巨量巖塊沿陡竣的山坡洶涌而下，造成破壞性后果是不言而喻的。有的泥石崩流在高速跌落過(guò)程中獲得了巨大的慣性，因而能橫過(guò)山谷，從谷坡一側(cè)爬到另一側(cè)數(shù)十米以上的高度。大規(guī)模泥石崩流沉積物量可以達(dá)到數(shù)億到數(shù)十億m3以上，造成大范圍展布。如1980年美國(guó)圣海倫斯火山噴發(fā)所引起的泥石崩流，其沉積物覆蓋面積達(dá)60km2。3．蠕移(creep)是粒流中運(yùn)動(dòng)速度極其緩慢的一種。它出現(xiàn)在山坡的表層。發(fā)生蠕移的物質(zhì)是土體及其下墊基巖(常為產(chǎn)狀直立的巖層)的頂部。蠕移速度為每年數(shù)厘米以?xún)?nèi)。經(jīng)實(shí)測(cè)山坡的坡角為33o時(shí)，其土體蠕移速度為0.02mm／a。蠕移的速度雖小，但其累積的效果常很顯著。山坡上樹(shù)干發(fā)生彎曲，電線桿向下傾斜等即是由土體蠕移所造成的。山坡上近于直立巖層的頂部向下彎曲，可以成為緩和的褶皺，也是因蠕移所致。在寒冷地區(qū)土體蠕移的原因常與土體的反復(fù)凍融有關(guān)。土體冰凍時(shí)體積膨脹，其表面抬高，土體融化時(shí)體積收縮，其表面降低。土體上任一質(zhì)點(diǎn)的位置每經(jīng)過(guò)一次凍融，就要發(fā)生一次位移。經(jīng)過(guò)反覆的凍融過(guò)程后土體即可顯著下移。此外，干濕或冷暖的交替也能產(chǎn)生與凍融交替類(lèi)似的效應(yīng)最后應(yīng)該指出，塊體運(yùn)動(dòng)在海底有極其廣泛的分布。主要表現(xiàn)為海底滑坡、滑塌以及沉積物流。其規(guī)模往往比陸上的大得多。如北大西洋西部在水深5400m處，一個(gè)大規(guī)模海底滑塌體的展布面積可達(dá)40000km2。一個(gè)大規(guī)模海底滑坡體長(zhǎng)度可達(dá)54km。由海底滑塌及滑坡常常引起沉積物流，濁流就是其中最為常見(jiàn)的一種。第三節(jié)塊體運(yùn)動(dòng)的防治措施滑坡的防范措施主要有三種：減滑工程－包括邊坡減重，阻擋工程和排水工程等。用這種工程以改善邊坡?tīng)顟B(tài)和滑坡的形成；抗滑工程－包括興建擋墻和抗滑樁等。此種工程以阻擋滑坡的失穩(wěn)和沖系為主；改良巖體的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)為目標(biāo)，包括用電滲法降低土層含水量以加強(qiáng)巖層的固