重力侵蝕作用分析培訓(xùn)課件

重力侵蝕作用分析培訓(xùn)課件一、坡面重力侵蝕應(yīng)力1.概念重力侵蝕是以單個落石、碎屑流或整塊土體、巖體沿坡向下運動的一系列現(xiàn)象。由于坡地重力所移動的物質(zhì)多系塊體形式，故也稱為塊體運動。斜坡(包括山坡、岸坡、人工邊坡)上松散堆積物或風(fēng)化基巖，由于本身重量而沿著斜坡向下運動或發(fā)生垂直下落，在塊體運動中地表水、地下水以及地震等因素往往起促進(jìn)和觸發(fā)作用。塊體運動是一種固體或半固體物質(zhì)的運動，可以是快速運動，也可以是緩慢不易覺察的移動或蠕動。它既是地質(zhì)作用的動力，又是地質(zhì)作用的對象，因為當(dāng)它沿斜坡向下運動時，一方面破壞沿途可能遇到的基巖，同時運動的物質(zhì)本身也遭受破壞。2.應(yīng)力重力是促使斜坡上的物質(zhì)向下運動的動力。當(dāng)重力克服了物體的慣性力和摩擦阻力時，物體就要向下移動。在這一過程中，水也是一種重要的影響因素，它能促進(jìn)塊體運動的發(fā)生。這不僅因為水可以增大物質(zhì)的重量，更重要的是水還起著潤滑作用，從而減少松散物質(zhì)顆粒之間的粘結(jié)力以及整個物體和基底之間的摩擦阻力。此外，地下水在流動中具有滲透力，這種力作用在它所流經(jīng)的沉積物或巖石顆粒上，其方向與水流方向一致，能促進(jìn)沉積物或巖石的破壞。每當(dāng)洪水退后河岸易發(fā)生坍塌，就是因為這時兩岸的地下水均向河流排泄，其流向與滲透力的方向指向岸坡下方，從而破壞河岸的穩(wěn)定性。另外，塊體運動在地震或人工爆炸時也易于發(fā)生，這是因為震動產(chǎn)生的沖擊力減小摩擦阻力，而觸發(fā)了塊體運動。促進(jìn)塊體運動的其它因素還有斜坡的負(fù)荷超過斜坡所能擔(dān)負(fù)的重量、流水或波浪的掏蝕使斜坡過陡、水的凍結(jié)和融化交替發(fā)生、濫肆開采斜坡下部的巖石等。重力侵蝕常常是突然發(fā)生，給人們帶來很大災(zāi)害。特別在山區(qū)無論是交通、廠礦、城鎮(zhèn)或是大型水利樞紐建設(shè)都會遇到這個問題。我國是多山之國，山地丘陵和高原的面積占三分之二，更應(yīng)注意坡地重力侵蝕的研究。二、坡面重力侵蝕外營力使坡地物質(zhì)發(fā)生運動的外營力，除自身的重力外，還受水、冰雪、風(fēng)、生物、地震以及人為等因素的影響。其中最主要的外營力是重力和水的作用。分析塊體運動的力學(xué)過程，可以分為位于坡面上的松散土粒、巖屑和在坡地表層沿一定軟弱面發(fā)生位移的較大土體、巖體兩種情況。1.土粒巖屑或石塊運動位于坡地表面的土粒巖屑或石塊，一方面在重力作用下產(chǎn)生下滑力T，有促使塊體向下移運的趨向，另一方面塊體與坡地的接觸面間由于有摩擦阻力τp牽制下滑力，使塊體趨向穩(wěn)定。下滑力大于摩擦阻力則發(fā)生位移，反之則穩(wěn)定。如兩者相等塊體處于極限平衡狀態(tài)。要使坡面上的碎屑物質(zhì)穩(wěn)定，需要下滑力小于抗滑強(qiáng)度。而要下滑力小于抗滑強(qiáng)度，坡角必須小于坡面物質(zhì)的內(nèi)摩擦角。若坡面上的巖屑處于極限平衡狀態(tài)時，則下滑力等于抗滑強(qiáng)度，即坡角和塊體的內(nèi)摩擦角相等。因此內(nèi)摩擦角φ反映了塊體沿坡下滑剛好起動的坡角，代表物質(zhì)的休止角。特別對那些沒有粘結(jié)力的砂層或松散巖屑堆積層來說，內(nèi)摩擦角和休止角是一致的。這時，凡坡面的坡角θ小于物質(zhì)內(nèi)摩擦角φ時，坡面上的物質(zhì)是穩(wěn)定的。土、砂和松散巖屑的內(nèi)摩擦角φ值隨其顆粒大小、形狀而異。粗大并呈棱角狀而又密實的顆粒的休止角大。一般悄況下，風(fēng)化巖屑離源地愈遠(yuǎn)，其顆粒因磨蝕圓度增加，磨擦力減小，休止角變小。因此愈近坡麓，坡度也愈緩和。值得注意的是，土的內(nèi)摩擦角隨含水量而變化。土粒間充滿水分將增加潤滑性，休止角變小。因此在同樣條件下，濕潤區(qū)的山坡坡度緩，于燥區(qū)的山坡坡度陡。一般來說山坡坡頂水分不易積累，顯得較干燥，坡麓較濕潤，因之，山坡坡度也有從坡頂向坡麓變緩的趨勢2.塊體的整體位移塊體運動并不限于在坡地表面移動，有時沿坡面以下一定深度的軟弱面發(fā)生整體位移。這時還遇到另外一種阻力，即土層或巖層的粘結(jié)力C。塊體運動一定要克服粘結(jié)力C和摩擦阻力τf才能發(fā)生位移。其塊體運動的抗滑強(qiáng)度為τf＝N·tgφ十C·A(5.6)

式中：C――粘結(jié)力(kg／cm2)；A――運動塊體與坡面的結(jié)觸面積(cm2)。土體的粘結(jié)力與組成物質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)及土體含水量多少有密切關(guān)系。粘土的力學(xué)性質(zhì)受水分影響最大，含水量少、處于干燥狀態(tài)時，具有極其牢固的性質(zhì)。如水分增加粘土可變成可塑狀態(tài)，其強(qiáng)度大大降低，極易形成軟弱面，土體往往沿此破裂而發(fā)生塊體運動。堅硬巖體的粘結(jié)力C值很大，一般不易發(fā)生移動。但巖層中常常存在軟弱的結(jié)構(gòu)面(層面、軟弱夾層、斷層面、節(jié)理面、劈裂面等)。軟弱結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角φ和粘結(jié)力C都顯著減小，因此容易產(chǎn)生破裂面而發(fā)生塊體運動總之，坡地上的塊仲運動主要受重力引起的下滑和巖土塊體的內(nèi)摩擦力及粘結(jié)力的相互關(guān)系而定。其穩(wěn)定系數(shù)為K＝抗滑阻力/下滑力=N·tgφ+C·A/T(5.7)理論上當(dāng)K＝1時，巖體或土體處于極限平衡狀態(tài)；當(dāng)K＜1時，巖體或土體處于不穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)K＞1時，巖體或土體是穩(wěn)定的。工程上一般采