1引言
1.1崩岗侵蚀的定义
“崩岗”一词在1960年由曾昭旋引入(杨学震,2005),特指我国南方红壤地区山坡土上石体在水力、重力的共同作用下发生的侵蚀现象。这样的命名同时具备了发生学和形态学的双重意义,“崩’,指的是以崩塌为主的侵蚀方式,“岗”则是指发生这类侵蚀的低丘地貌类型,尤其是在我国南方地区,“岗”也特指具有一定立土高度的土石陡壁(史德明,1984;曾昭漩,1992 )。但也有一部分学者认为崩岗侵蚀在地形上具有沟谷发育的特征,并且多发于低丘岗地区,因此,更应将其归类为沟谷侵蚀的范畴,故应称其为“崩岗沟”(阮伏水,1996)。但目前在上壤学、水土保持学和地理学等学科的文献中“崩岗”一词使用更为普遍。
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1.2崩岗侵蚀过程及基本类型
崩岗侵蚀是指由冲沟跌水冲刷,发展到重力作用下花岗岩土体本身的崩塌,加上洪积物搬运沉积的过程(阮伏水,1996)。国内许多专家学者认为崩岗的侵蚀过程中的主动力为重力和水力,而重力作用所产生的崩塌则是崩岗侵蚀的主要形式;但也有人持不同的观点,史德明就认为崩岗应属于水蚀范畴,而丁树文(1995)等人则认为崩岗侵蚀应归属于重力侵蚀的范畴。
崩岗在复杂的发生发展过程中,逐渐形成了其特有的侵蚀地貌。曾昭漩(1992)认为,崩岗侵蚀是水土流失中的特殊现象,主要是由于风化壳结构的崩塌作用所形成的,大多发育在瀑流的集水盆部分。部分学者将崩岗侵蚀地貌划分为集水盆、沟道、洪积扇3部分,但吴志峰(1999)等人则认为这样的划分很容易使崩岗与泥石流、滑坡等其他侵蚀相混淆。他们通过野外现场调查,认为崩岗地貌都可划分为崩壁、崩积堆、洪积扇3部分,只是在具体形态和规模上表现不同。
崩岗侵蚀的过程一般都要经历冲沟沟头后退、崩积堆的再侵蚀、沟壁后退、洪积扇的形成等几个阶段(史德明,1984;江金波,1995)。而崩岗地形发育和崩岗演变过程中最主要的部分是由崩壁的崩塌完成的(李思平,1992)。但是,也有部分专家学者指出崩积堆的再侵蚀过程能提供全部崩岗侵蚀量80%的沙源能,是整个崩岗侵蚀过程中最主要、侵蚀速率最大的过程。(李思平,1993;张淑光等,1993)。后来,丘世钧((1994)通过对广东花岗岩红土坡地典型崩岗的研究,认为崩岗的侵蚀过程主要包括沟墙(特别是沟头沟墙)的后退作用,以及崩积体的再侵蚀过程。丁树文(1995)则通过对鄂东南花岗岩地区崩岗形成规律的研究将崩岗形成过程简单概括为:陡坡的形成—盒的形成—崩岗的形成三个阶段。颜波(2009)也认为崩岗的崩岗地貌的形成是由冲沟发展而来的,花岗岩风化土遇水软化和崩解的水理特性为水土侵蚀提供了物质来源,在重力侵蚀的共同作用下,冲沟不断发展扩大,沟头不断发生塌陷后退而逐渐形成的。
目前,国内有许多专家学者从多角度对崩岗进行分类,有的是依据崩岗侵蚀的面积进行分类,根据其面积大小,以1000扩、3000时及3000厅以上为界限将其分为小、中、大三型(冯明汉等,2009)。也有学者根据崩岗的外表形态等特征进行划分,将其分为混合形崩岗、瓢形崩岗、簸形崩岗、弧形崩岗、条形崩岗和爪状崩岗等几种类型(丁敏光,2001);也有学者根据崩岗的崩塌活跃程度将其分为活动型、稳定型崩岗。同时,还可根据崩岗剖面形态分为单沟、复沟型崩岗(徐朋,2001)0
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2研究内容、意义与技术路线图
2.1研究的意义
崩岗侵蚀是我国南方特有的,危害性极大的一种水土流失现象,是在水力和重力共同作用下所产生的,是造成当地生态环境恶化的重要原因,而且崩岗治理难度极大。经调查结果表明,正处于侵蚀发育旺盛期的活动型崩岗数量占88.50%,如不加以治理,活动型崩岗所产生的侵蚀量将不断增加,崩岗侵蚀面积也将不断扩大,侵蚀程度将日益加剧,对土地资源的破坏非常严重。
南方花岗岩区崩岗侵蚀已经进行了多年的研究和治理工作,科研工作者进行了大量有关崩岗侵蚀机理及治理措施的研究,并取得了一定的研究成果,但崩岗侵蚀的机理并没有完全明确,虽然抗剪强度,崩解性与含水量关系的研究在土力学方面的已有较多的研究,但将其用于崩岗机理分析的较少。崩岗崩壁土体失稳崩塌很大程度上的原因就是由于抗剪强度的下降以及崩解性的增强,在这个过程中,土体含水量的变化起到很大作用。
目前干湿循环对土体结构、强度的影响主要是以膨胀土为研究对象,较少运用在崩岗发生机理的分析上,但通过野外观察,发现崩岗多发生于阳坡,而阳坡相对于阴坡而言其干湿循环的程度较大,因此推测干湿循环作用对崩岗的发生、发展有一定的促进作用。
因此,本研究通过对鄂东南花岗岩地区崩岗土体水分含量及干湿循环变化与其各个层次岩土特性(抗剪强度、崩解性)关系的研究,以期能更全面、更深入的了解南方花岗岩崩岗侵蚀机理,同时能为对崩岗的治理工作提供理论依据。
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2 研究内容、意义与........... 21-23
2.1 研究的意........... 21
2.2 主要研究内..................21-22
2.4 技术路线................22-23
3 材料与方............... 23-29
3.1 研究区概........... 23
3.2 实验测定方................. 23-29
3.2.1 试验点的............23-24
3.2.2 分层与采............. 24
3.2.3 实验设...................24-25
3.2.4 实验方.................26
4结果与分析
4.1崩岗剖面的基本岩土特性
4.1.1崩岗剖面的性状描述
崩岗土体性质是崩岗发育形成的内在本质。花岗岩风化壳具有明显的层次性,各层次的性质差异较大。根据土壤剖面的植被根系、颜色、颗粒大小等特征来确划分层次,将剖面自上而下划分为五个层次,分别为表土层、红土层、过渡层、砂土层、碎屑层。两处崩岗土体各层的厚度及特征如图4-1和表4-1,可看出试验区崩岗的风化壳较深厚,整个剖面层次明显。
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结论
本文以鄂东南花岗岩区崩岗为研究对象,从崩岗的土体基本岩土特性、土体抗剪强度与含水量关系、初始含水量对崩岗崩解性的影响、以及干湿循环对土体稳定性的破坏入手,分析讨论水分变化引起土体岩土力学特性的改变在崩岗发生、发育中所起的作用。得出以下结论:
(1)通过对两处崩岗基本岩土特性的研究,发现虽然两处崩岗外貌形态上略有差异,但在剖面各层次岩土特性上却基本相似,各层土体间基本岩土特性差异较大。虽然表土层的阳离子交换量,有机质、游离氧化铁等胶结物含量较高,土体pH值低,但其容重、粘粒含量偏低,非毛管孔隙度大,结构较为松散;红土层则是粘粒含量高、容重大,结构紧实,毛管孔隙度高,同时有机质、游离氧化铁等胶结物质较多,土壤颗粒间的聚集较强,粘聚力大,但在降雨过程中排水不畅,导致其土体自重增加,易造成土体失稳,或大裂隙的产生,使水分集中的进入下层土体,而下面的过渡层、碎屑层、母质层花岗岩风化程度依次较弱,较大颗粒含量增多,土壤结构松散,各胶结物含量少致使颗粒间缺乏胶结,抗剪强度弱,易于被侵蚀。
(2)通过对崩岗土体各层土体抗剪强度与含水量关系的研究发现,土体抗剪强度受含水量影响较大,随着含水量的增加,土体抗剪强度都呈下降趋势,但不同的土层下降幅度不一样。在崩岗剖面各土层中,除碎屑层外土体抗剪强度都是由粘聚力和内摩擦角组成,红上层土体抗剪切能力最强,在水分含量较低的时候不易发生崩塌,但红土层也是受含水量影响最大的一层,但随着水分的增加,其粘聚力会急剧下降,进而影响整体强度,加上在高含水量时其自重的影响,使土体易于发生断裂、崩塌;表土层的抗剪强度随水分的增加则是表现出先增大后减小的趋势,这与其有机质、游离氧化铁等胶结物质含量高,却又结构疏松的土体特性有关。而砂土层、碎屑层虽然受含水量影响程度,没有红土层大,但由于本身在低法向应力下抗剪强度低,一旦暴露,及易被侵蚀,这也是为什么崩岗侵蚀一旦切入砂土层和碎屑层,崩岗侵蚀发展速度大大提高的内在原因。
参考文献(略)