地貌學(xué) 第二章坡地地貌

1、 地貌學(xué) 第二章 坡地地貌第二章 坡地地貌概念：坡地上的風(fēng)化碎屑或不穩(wěn)定的巖體、土體在重力或流水作用下發(fā)生的崩塌、滑動、蠕動所形成的各種地貌，稱為坡地地貌，或重力地貌。第一節(jié) 風(fēng)化作用概念：暴露地表的巖石，受太陽輻射、溫度變化、水和生物的作用，發(fā)生破碎和分解，形成各種巖屑、砂粒和粘土，這種作用稱為風(fēng)化作用。風(fēng)化作用可以分為物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物分化。一、風(fēng)化作用的類型（一）物理風(fēng)化概念：地表巖石由于溫度變化和孔隙中水的凍融以及巖類的結(jié)晶而產(chǎn)生的機(jī)械崩解過程。它使巖石從比較完整固結(jié)的狀態(tài)變?yōu)樗缮⑵扑闋顟B(tài)，使巖石的孔隙度和表面積增大。這種只引起巖石物理性質(zhì)變化的風(fēng)化作用稱為物理風(fēng)化或機(jī)械風(fēng)化。1

2、熱力風(fēng)化地球表面所接受的太陽輻射有晝夜和季節(jié)的變化，因而氣溫與地表溫度均有相應(yīng)變化。巖石是熱的不良導(dǎo)體，所以受陽光影響的巖石晝夜溫度變化僅限于很淺的表層；而溫度變化引起巖石體膨脹所產(chǎn)生的壓應(yīng)力和收縮產(chǎn)生的張應(yīng)力也僅限于表層。這兩種過程的頻繁交替使得巖石表層產(chǎn)生裂隙以至呈片狀剝落。在荒漠地區(qū)，白晝的地表溫度可高達(dá)6070，而夜晚溫度可降低到0以下，因為晝夜溫差大，所以巖石表面剝落較為嚴(yán)重，甚至有時聽到巖石爆裂的響聲；在濕潤地區(qū)，地面的晝夜溫差較小，巖石表面剝落現(xiàn)象不明顯。由多種礦物組成的巖石，更容易剝落，特別是結(jié)晶巖，多是多種礦物的集合體，礦物的熱力性質(zhì)各不相同，因而在晝夜溫度變化下的體積膨脹、

3、收縮差異明顯，容易在不同礦物界面產(chǎn)生不同應(yīng)力，彼此容易分離成為砂粒。球狀風(fēng)化：在具有等粒結(jié)構(gòu)的厚層砂巖或巖漿巖地區(qū)，風(fēng)化過程常由節(jié)理先把巖石分割成塊撞，而后的物理風(fēng)化特別集中在節(jié)理的棱角部位，因這些部位巖石的溫差變化最大且最迅速，所以最易受剝落。棱角的逐漸剝落使石塊圓化而形成石蛋地形。而巖漿巖地區(qū)由于物理與化學(xué)風(fēng)化綜合作用的結(jié)果，可以使巖塊呈同心圓狀薄層脫落，這種現(xiàn)象稱之為球狀風(fēng)化。2.凍融風(fēng)化寒冷地帶，巖石的孔隙或裂隙中的水在凍結(jié)成冰時，體積膨大（增大9%左右），因而它對圍限它的巖石裂隙壁產(chǎn)生很大的壓力，可達(dá)9602000kg/cm2，使巖石裂隙加深加寬。當(dāng)冰融化時，水沿擴(kuò)大了的裂隙更深入地

4、滲入巖石的內(nèi)部，同時水量也可能增加，并再次凍結(jié)成冰。這樣凍結(jié)、融化頻繁進(jìn)行，使裂隙不斷擴(kuò)大，以至使巖石崩裂成為巖屑。這種作用又叫冰劈作用。此外，在干旱區(qū)，當(dāng)巖石裂隙中的水，溶解著大量的鹽類礦物時，一旦含水量蒸發(fā)，濃度達(dá)到飽和，鹽類再結(jié)晶，使體積增大，對圍限它的裂隙產(chǎn)生膨脹壓力，使裂隙擴(kuò)大加深，也可以使巖石崩裂。（二）化學(xué)風(fēng)化概念：化學(xué)風(fēng)化是指巖石在水、水溶液和空氣中的氧與二氧化碳等的作用下所發(fā)生的溶解、水化、水解、碳酸化和氧化等一系列復(fù)雜的化學(xué)變化。它使巖石中可溶的礦物逐步溶蝕流失或滲到風(fēng)化殼的下層，在新的環(huán)境下又可能重新沉積?；瘜W(xué)風(fēng)化的主要方式有以下幾種：1溶解作用水是良好的溶劑。由于水分子

5、的非極性，它能同極性型或離子型的分子相互吸引。而礦物絕大部分都是離子型分子所組成的，所以礦物遇水后，就會不同程度地被溶解，形成水溶液隨水流失。巖石中易溶解礦物的含量越多，巖石越容易風(fēng)化。巖石中常見主要造巖礦物的溶解度大小為：食鹽石膏方解石橄欖石輝石滑石蛇紋石綠簾石正長石黑云母白云母石英。2結(jié)晶作用一般礦物的溶解度是隨著溫度的降低或溶劑的減少而減少。因此，在較高的溫度下達(dá)到了飽和狀態(tài)的某一礦物溶液，因為溫度的降低，部分多余的礦物就從溶液中結(jié)晶，這是一般飽和溶液遇冷的必然結(jié)果。另外，在地表條件下由于陽光和風(fēng)的作用使飽和溶液中的含水量蒸發(fā)，同樣有部分礦物從溶液中結(jié)晶。所以，在溫度變化幅度大、濕度小和

6、蒸發(fā)強(qiáng)的干旱區(qū)，最有利于溶液結(jié)晶作用進(jìn)行。3水化作用有些不含水的礦物（特別是極易溶解和易溶鹽類礦物）和水接觸后，其離子與水分子互相吸引結(jié)合得很牢固，形成新的含水礦物。如硬石膏經(jīng)水化作用后形成石膏：CaSO4+2H2OCaSO4·2H2O硬石膏 石膏硬石膏經(jīng)水化成為石膏后，硬度降低，比重減小，體積增大60%左右，對圍巖產(chǎn)生巨大壓力，從而促進(jìn)了物理風(fēng)化的進(jìn)行。另外，赤鐵礦水化成為褐鐵礦也是如此。Fe2O3+nH2O Fe2O3·nH2O赤鐵礦 褐鐵礦4水解作用純凈的水雖然是中性的，但仍然具有離解性，即部分能夠離解成H+離子和OH離子，而一些弱酸強(qiáng)堿或強(qiáng)酸弱堿所形成的鹽類礦物在水

7、中也能形成陰、陽離子。因此，某些礦物溶于水后，其離子能和水中的H+離子或OH離子結(jié)合而形成新的礦物。如正長石水解成為高嶺土。K2O·Al2O3·6SiO2+nH2OAl2O3·2SiO2·2H2O+4SiO2·nH2O+2KOH5碳酸化作用自然界的水很少是純水，實際上是一種水溶液。大氣和土壤中的CO2與水化合可形成碳酸，并在水溶液中部分電離：CO2+H2OH2CO3H2CO3H+ HCO3HCO3H+ CO32碳酸電離后形成的H+離子增加了水的溶解能力，從而使某些礦物更易溶解，并發(fā)生化學(xué)變化形成新的礦物。如正長石經(jīng)碳酸化后可形成高嶺土：K2O&

8、#183;Al2O3·6SiO2+ CO2+H2O Al2O3·2SiO2·2H2O+K2CO3+4SiO2在上述過程中，形成的K2CO3是易溶鹽，SiO2呈膠體狀態(tài)，在堿性溶液中不能凝聚，故和K2CO3一起隨水流失，只有高嶺土殘留原地形成高嶺土礦。6氧化過程空氣和水中都含有一定的氧，氧化作用通常在水的參與下，通過在空氣和水中的游離氧而實現(xiàn)的。許多低價元素在地表氧化環(huán)境下，形成高價元素的新礦物，如黃鐵礦經(jīng)氧化后成為褐鐵礦。2FeS2+7O2+2 H2O2FeSO4+2H2SO4黃鐵礦12 FeSO4+3O2+6 H2O4Fe2（SO4）3+4 Fe（OH）3 褐鐵

9、礦Fe2（SO4）3+6 H2O2Fe（OH）3+3H2SO4（三）生物風(fēng)化概念：是指生物在其生長和分解過程中，直接或間接地對巖石礦物所起的物理的和化學(xué)的風(fēng)化作用。生物的物理風(fēng)化，如生長在巖石裂隙中的植物根系對圍巖產(chǎn)生的壓力。生物的化學(xué)風(fēng)化，是指生物代謝過程中分泌的各種化合物和微生物對巖石礦物的破壞作用。由此可見，巖石的風(fēng)化，實質(zhì)上只有物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化兩種類型，他們彼此互相聯(lián)系。物理風(fēng)化作用，加大巖石的空隙度，使巖石獲得較好的通透性，這樣就更有利于含水量、氣體和微生物的侵入。巖石崩解為較小的顆粒，使表面積增加，更有利于化學(xué)風(fēng)化作用的進(jìn)行。從這個意義上說，物理風(fēng)化是化學(xué)風(fēng)化的前驅(qū)和必要條件。二

10、、影響風(fēng)化作用的因素（一）氣候因素：主要通過溫度和降水的變化來實現(xiàn)。在晝夜溫差大的地區(qū)有利于物理風(fēng)化作用的進(jìn)行。溫度變化的頻率比溫度變化的幅度更為重要。晝夜溫差大的地區(qū)對巖石的破壞作用也大。降水量大小在化學(xué)風(fēng)化中具有非常重要的作用。（二）地形因素：地形起伏、切割程度影響風(fēng)化的強(qiáng)度、深度和保存風(fēng)化物的厚度及分布情況。在地形高差很大的山區(qū)，一般風(fēng)化的深度和強(qiáng)度大于平緩地區(qū)，但因斜坡上，巖石破碎后很易被剝落、沖刷而移離原地，所以風(fēng)化層一般都很薄，顆粒較粗，粘粒很少；在平原或低緩的丘陵地區(qū)，由于坡度緩，地表水和地下水流動都比較慢，風(fēng)化層容易不被保存下來。特別是平緩低凹的地區(qū)風(fēng)化層更厚。（三）地質(zhì)因素：

11、巖石的礦物組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造直接影響風(fēng)化的速度、深度和階段。深色礦物比淺色礦物易風(fēng)化；粗粒巖石比細(xì)粒巖石易風(fēng)化；多種礦物組成的巖石比單礦物巖石易風(fēng)化；粒度相差大的和有斑晶的比均粒的巖石易風(fēng)化；有斷裂、裂隙、節(jié)理、層理的巖石易風(fēng)化。第二節(jié) 崩塌一、崩塌的特征1概念：陡坡上的巖體、土體、塊石或碎屑層，在重力作用下，突然發(fā)生急劇的快速下移（崩落、翻轉(zhuǎn)和滾落），在坡角形成倒石堆或巖屑堆，這種現(xiàn)象稱為崩塌。2 特征：速度快（一般為5200m/s）；規(guī)模差異大（小于1m3108m3）。 崩塌下落后，崩塌體各部分相對位置完全打亂，大小混雜，形成較大石塊翻滾較遠(yuǎn)的倒石堆。二、崩塌形成的條件和觸發(fā)因素（一）形成條

12、件：1地貌條件：崩塌只能發(fā)生在陡峻的斜坡地段。對于松散物組成的斜坡，坡度需大于碎屑物的休止角45°，黃土大于50°，堅硬巖石大于50º60º。2 地質(zhì)條件：在節(jié)理發(fā)育、構(gòu)造破碎的堅硬巖層上，特別是具有垂直節(jié)理的脆性塊狀結(jié)構(gòu)的巖層上，容易發(fā)生崩塌。片理、劈理、巖層順向和坡向相一致的變質(zhì)巖在它們的傾向和坡向一致的情況下容易發(fā)生崩塌；垂直節(jié)理發(fā)育的黃土；構(gòu)造運動強(qiáng)烈、地層擠壓破碎、地震頻繁的區(qū)域也容易發(fā)生崩塌。3 氣候條件：崩塌是和強(qiáng)烈的物理風(fēng)化作用密切相關(guān)的。在氣溫日較差和年較差大的干旱、半干旱區(qū)域，容易發(fā)生崩塌；凍融過程強(qiáng)烈的區(qū)域，如東北、西北和青藏高原一

13、些地區(qū)，凍融過程非常強(qiáng)烈，崩塌現(xiàn)象十分普遍，主要出現(xiàn)在初冬和早春季節(jié)。（二）崩塌的觸發(fā)因素暴雨、強(qiáng)烈的融冰化雪、爆破、地震等是崩塌的觸發(fā)因素。很多崩塌都發(fā)生在暴雨時或暴雨后不久。暴雨增加了巖體和土體的負(fù)荷，破壞了巖體和土體的結(jié)構(gòu)，軟化了粘土層，使上覆巖體和土體失去支持。人工過分開挖邊坡，改變了斜坡外形，產(chǎn)生大規(guī)模崩塌。三、崩塌的類型1根據(jù)坡地物質(zhì)組成劃分（1）崩積物崩塌：山坡上已有的崩塌巖屑和沙土等物質(zhì)，由于它們的質(zhì)地很松散，當(dāng)有雨水浸濕或受地震震動時，可再一次形成崩塌。（2）表層風(fēng)化物崩塌：在地下水沿風(fēng)化層下部的基巖面流動時，引起風(fēng)化層沿基巖面崩塌。（3）沉積物崩塌：有些由厚層的冰積物、沖擊

14、物或火山碎屑物組成的陡坡，由于結(jié)構(gòu)舒散，形成崩塌。（4）基巖崩塌：在基巖山坡面上，常沿節(jié)理面、地層面或斷層面等發(fā)生崩塌。2根據(jù)崩塌體的移動形式和速度劃分（1）散落型崩塌：在節(jié)理或斷層發(fā)育的陡坡，或是軟硬巖層相間的陡坡，或是由松散沉積物組成的陡坡，常形成散落型崩塌。（2）滑動型崩塌：沿某一滑動面發(fā)生崩塌，有時崩塌體保持了整體形態(tài)，和滑坡很相似，但垂直移動距離往往大于水平移動距離。（3）流動型崩塌：松散巖屑、砂、粘土，受水浸濕后產(chǎn)生流動崩塌。這種類型的崩塌和泥石流很相似。稱為崩塌型泥石流。四、崩塌堆積地貌1. 崩塌下落的大量石塊、碎屑物或土體堆積在陡崖的坡腳或較開闊的山麓地帶，形成倒石堆。2. 倒

15、石堆的形態(tài)規(guī)模不等。結(jié)構(gòu)松散、雜亂、多孔隙、大小混雜無層理倒石堆的形態(tài)和規(guī)模視崩塌陡崖的高度、陡度、坡麓基坡坡度的大小與倒石堆的發(fā)育程度而不同?；露?，在崩塌陡崖下多堆積成錐形倒石堆；基坡緩，多呈較開闊的扇形倒石堆。在深切峽谷區(qū)或大斷層下，由于崩塌普遍分布，很多倒石堆彼此相接，沿陡崖坡麓形成帶狀倒石堆。 由于倒石堆是一種傾卸式的急劇堆積，所以它的結(jié)構(gòu)呈松散、雜亂、多孔隙、大小混雜無層理。3. 倒石堆發(fā)育的三個階段：根據(jù)崩塌作用的強(qiáng)度以及后期的風(fēng)化剝蝕，可以把倒石堆劃分為三個發(fā)育階段： 正在發(fā)展中的倒石堆：陡峻，新鮮斷裂面，坡度陡。 趨于穩(wěn)定的倒石堆：較和緩的輪廓，巖塊風(fēng)化，呈上陡下緩的凹形坡，

16、表面碎屑有一定固結(jié)。 穩(wěn)定的倒石堆：坡面和緩，呈上凹形，結(jié)構(gòu)緊密，部分膠結(jié)，生長植被。在高山峽谷區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，特別是道路建設(shè)，常常會遇到倒石堆。那些不穩(wěn)定的倒石堆，很容易發(fā)生崩塌，下推力很大，可造成嚴(yán)重后果。因此事先必須充分估計可能發(fā)生的劇變，采用各種有效措施。第三節(jié) 滑坡一、滑坡的特征斜坡上的大量土體、巖體或其他碎屑堆積物，主要在重力和水的作用下，沿一定的滑動面做整體下滑的現(xiàn)象，稱為滑坡。滑坡是一種具有較強(qiáng)破壞力的常見自然災(zāi)害。例如1955年8月18日隴海鐵路寶雞附近臥龍寺車站東約2km處的渭河河谷階地上發(fā)生規(guī)模巨大的滑坡，滑坡體體積達(dá)2×107m3，滑坡舌把隴海鐵路向南推出11

17、0m。1滑坡體：斜坡上向下滑動的那部分土體或巖體。其上的樹木隨土體滑動而歪斜，稱為醉樹。2滑動面和滑動帶：滑坡體沿斜坡主體滑動的面。呈向上凹的圓弧形。上陡下緩，中部接近水平，前緣出口常成逆向反坡?；瑒用嬗袝r只有一個，有時有幾個?；瑒用嫔嫌心ス饷婧筒梁?。有時有滑動面上下明顯的擾動和拖曳褶皺現(xiàn)象，構(gòu)成滑動帶。3滑坡壁與滑坡階地：滑坡體與坡上方未動土石體之間，由一半圓形的圍椅狀陡崖分開，這個陡崖稱為滑坡壁?；卤谑腔瑒用媛冻龅牟糠郑母叨却硐禄木嚯x。滑坡體下滑時，由于滑坡體各個部分移動的速度差異，產(chǎn)生分支滑動面，使滑坡體分裂成為幾個滑坡階地。由于滑坡體沿弧形滑動面滑動，因此滑坡階地原有地面都向

18、內(nèi)傾斜呈反坡地形。4滑坡舌與滑坡鼓丘：滑坡體前緣常呈舌狀突出，稱為滑坡舌。在滑坡體移動過程中，滑坡舌前面由于受到阻力擠壓而鼓起，稱為滑坡鼓丘。5滑坡湖與滑坡洼地：滑坡滑動后，在滑坡壁下部和滑坡臺階的后緣，即滑坡臺階的反坡處，常常形成滑坡洼地。有時因地表水或地下水出露而形成滑坡湖。6.滑坡裂隙：滑坡剛滑動時，地面出現(xiàn)的縱橫交錯的裂隙。二、影響滑坡的因素1巖性：滑坡主要出現(xiàn)在松散堆積層中（76%），基巖滑坡相對較少（21%）。松散堆積層中的滑坡主要和粘土有關(guān)，滑動面主要發(fā)生在粘土夾層中?；鶐r主要發(fā)生在片巖、千枚巖、頁巖、泥灰?guī)r中。2構(gòu)造：一是與軟弱結(jié)構(gòu)面的關(guān)系，滑動面常發(fā)生在順坡的層面、大節(jié)理面、

19、不整合接觸面、斷層面上；二是與上部透水層和下部不透水層的構(gòu)成特征有關(guān)。3地貌：主要通過臨空面、坡面和坡地基部受沖刷來體現(xiàn)的。河流及溝谷水流對地表的切割，首先為滑坡創(chuàng)造了臨空面?；鶐r沿軟弱結(jié)構(gòu)面滑動時，要求坡度為30º-40º；松散堆積層沿層面滑動時，要求坡度在20º以上。凡是河流沖刷坡地基部的地方也是最容易產(chǎn)生滑坡的地方。4氣候：90%以上的滑坡與降雨有關(guān)，一般具有大雨大滑，小雨小滑，無雨不滑的現(xiàn)象；還與凍融作用有關(guān)，在凍融季節(jié)較常出現(xiàn)滑坡。5地下水：多數(shù)滑坡是沿飽含地下水的巖體軟弱面產(chǎn)生的。地下水浸濕斜坡上的物質(zhì)，顯著降低抗剪強(qiáng)度。實踐證明，當(dāng)粘土的含水量增加3

20、5%時，抗剪強(qiáng)度降低60%以上。6地震：直接破壞巖石的結(jié)構(gòu)，減小粘結(jié)力。7人為因素：人工開挖坡腳形成高陡邊坡，破壞了自然斜坡的穩(wěn)定狀態(tài)。三、滑坡類型及階段（一）滑坡類型1按物質(zhì)組成劃分：黃土滑坡、粘土滑坡、碎屑堆積層滑坡、基巖滑坡。2按滑動面與巖體結(jié)構(gòu)關(guān)系劃分：同類土滑坡、順層滑坡、切層滑坡。3按年代劃分：古滑坡、老滑坡、新滑坡。（二）滑坡發(fā)展階段1蠕動變形階段：在斜坡內(nèi)部某一部分，因抗剪強(qiáng)度小于剪切力而首先變形，產(chǎn)生微小的滑動。以后變形逐漸發(fā)展，直至坡面出現(xiàn)斷續(xù)的拉張裂縫。隨著裂縫的出現(xiàn)，滲水作用加強(qiáng)，使變形進(jìn)一步發(fā)展。后緣拉張裂縫逐漸加寬并漸漸出現(xiàn)不大的垂直斷距，兩側(cè)剪切裂隙也相繼出現(xiàn)。坡

21、腳附近的土層被擠壓，而且顯得比較潮濕，此時滑動面已基本形成。2劇烈滑動階段：在此階段中，巖體已完全破裂，滑動面已形成，滑體與滑床完全分離，只要有很小的剪切力就能使巖體滑動?；麻_始時，一般每分鐘數(shù)米或數(shù)十米，持續(xù)約幾十分鐘。3漸趨穩(wěn)定階段：經(jīng)劇滑之后，滑坡體重心降低，能量消失于克服前進(jìn)阻力和土體變形中，位移速度越來越慢，并趨于穩(wěn)定。第四節(jié) 蠕 動一、蠕動的特征斜坡上的土體、巖體和它們的風(fēng)化碎屑物質(zhì)在重力作用下，順坡向下發(fā)生緩慢的移動現(xiàn)象。移動速度緩慢，每年僅幾毫米或幾十厘米。這種變形也會給生產(chǎn)和建設(shè)帶來危害，如電線桿傾倒，圍墻扭裂，廠房破壞，地下管道扭裂，水壩變形等。根據(jù)蠕動體的性質(zhì)，可分為：松散層蠕動和巖體蠕動。二、松散層蠕動是指顆粒本身由于冷熱、干濕變化引起體積膨脹、收縮，同時又在重力作用下產(chǎn)生的，包括土層蠕動和巖屑蠕動。（一）土層或巖屑蠕動的地面標(biāo)志