Файл: Трофимов, А. М. Основы аналитической теории развития склонов (на примере осыпных и делювиальных).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 135
Скачиваний: 0
В появившихся работах Л. И. Барона (1950), и Ю. А. Рыж кова (1961), где описан эксперимент с насыпанием обломков на горизонтальное основание, дается обратная картина. Однако их данные получены в результате насыпания одно значных по размеру обломков (в природе смесь мелких с большими и определение ведется по ведущим), во-вторых, эксперимент с насыпанием на горизонтальную площадку не имеет, по существу, ничего общего с отложением осыпного материала у подошвы склона.
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
II |
|
К р и т и ч е с к и е у г л ы о т к о с а о с ы п е й р а з л и ч н ы х п о р о д |
|
|
||||||
|
Медианный |
|
|
|
|
|
|
|
Порода |
диаметр |
|
|
а |
|
|
К |
|
обломков, |
|
н- |
S i n c e |
|
|
|||
|
Md (см) |
|
|
|
|
|
|
|
Пески ал- |
Мелкозер- |
0,488-0,577 |
26-30° |
0,438—0,5 |
0,39—0,33 |
0,36 |
|
|
лювиальные |
нист. |
|
0,625 |
32° |
0,530 |
0,307 |
|
|
|
Крупно |
|
с о |
|
||||
|
зернист. |
|
|
|
|
|
|
|
Супеси, |
До 3 |
|
0,675 |
34° |
0,559 |
0,283 |
а з - |
|
|
СМ |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
суглинки |
3—5 |
|
|
|
|
|
О |
|
|
Выше 5 |
|
0,683 |
34°20 |
0,564 |
0,278 |
|
|
Глины |
ДоЗ |
|
0,620 |
ЗГ50 |
0,527 |
0,309 |
іО |
|
3—7 |
|
0 , 6 6 6 |
33°40 |
0,554 |
0,286 |
ос |
|
|
( я ) |
7—10 |
|
0,675 |
34° |
0,559 |
0,283 |
|
|
|
(М |
|
||||||
|
Выше 10 |
|
0,687 |
34°30 |
0,566 |
0,277 |
о |
|
Глины |
До 5 |
|
0,640 |
32°40 |
0,540 |
0,285 |
.СО |
• |
|
0 0 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
СО |
|
(Сг) |
5 -10 |
|
0,679 |
34°10 |
0,562 |
0,2804 |
с— |
|
|
см |
|
||||||
|
Выше 10 |
|
0,700 |
35° |
0,574 |
0,2706 |
о" |
|
Мергели |
До 5 |
|
0,649 |
33° |
0,545 |
0,294 |
а з |
|
(Я) |
5—8 |
|
0 , 6 6 6 |
33°40 |
0,554 |
0,286 |
•аз |
|
|
см |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
г— |
|
|
Выше 10 |
|
0,705 |
35°10 |
0,576 |
0,269 |
о |
|
Кремнистые |
ДоЗ |
|
0,649 |
35° 1 |
0,574 |
0,2706 |
0-1 |
|
мергели |
4 - 9 |
|
'0,713 |
35°30 |
0,581 |
0,265 |
$ |
1 |
|
см . |
|||||||
( г р) |
Выше 10 |
|
0,718 |
35°40 |
0,583 |
0,263 |
с > |
|
Опоки |
До 7 |
|
0,805 |
38°50 |
0,627 |
0,229 |
см |
|
(Pg) |
7-14 |
|
0,815 |
38°10 |
0,632 |
0,225 |
с я |
|
|
о |
|
||||||
|
Выше 14 |
|
0,829 |
39°40 |
0,638 |
0,221 |
|
|
|
|
|
|
|||||
Известняки |
До 9 |
|
0,819 |
39°20 |
0,634 |
0,224 |
СО |
|
|
г ~ |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
с о |
|
И доломиты |
10—25 |
’ |
0,834 |
39°50 |
0,641 |
0,219 |
Ем |
|
(Я) |
Выше 25 |
|
0,839 |
40° |
0,643 |
0,2106 |
|
|
70
Для определения этого спор |
|
|
|
|||
ного вопроса, проводились сис |
|
|
|
|||
тематические |
наблюдения |
над |
|
|
|
|
осыпями склонов Среднего По |
|
|
|
|||
волжья, сложенными различны |
|
|
|
|||
ми по возрасту и характеру по |
|
|
|
|||
родами. Размер обломков в каж |
|
|
|
|||
дом конкретном случае опреде |
График 19. Значения |
коэффи |
||||
лялся как их медианное значе |
||||||
ние. |
Результаты полученных |
циента сыпучести (Ксып) обломоч |
||||
данных по ряду показателей све |
ного материала для различных |
|||||
дены в таблицу 12. |
|
|
|
|
||
Одновременно с этим определялась степень подвижности |
||||||
обломков в осыпи при помощи |
нахождения |
коэффициента |
||||
сыпучести, |
определяемого |
соотношением |
(Барон, |
1967) |
||
kc = |
(1 — sin а)/(1 4- sin а). |
|
|
|
|
Для каждого комплекса пород подсчитывался Md и со ответствующий ему kc (также среднее значение kc). Получен
ные данные также внесены в таблицу 11 и кроме того пока заны графически (гр. 19). Из последнего заключаем, что коэффициент сыпучести увеличивается от более крупных Md к более мелким. Максимальной сыпучестью обладают пески. Так что никак нельзя говорить о том, что с увеличением обломков уменьшается угол откоса. Из таблицы 11 к тому же видно, что в пределах каждого из комплекса изучаемых пород, максимальной сыпучестью обладают мелкие обломки, минимальной — более крупные.
2. Оценка факторов, влияющих на угол откоса осыпи
Для оценки роли факторов использовались статистические данные по влиянию на угол откоса осыпи обломков различ ного размера и их состава. Фактор состава пород оцени вался по приведенным в таблице 11 градациям (всего семь): пески аллювиальные, супеси, суглинки; пермские глины; меловые глины; пермские мергели; меловые мергели; палео геновые опоки, пермские известняки и доломиты. Фактор размеров обломков дан с разбиением на три градации: 0 —5 см, 5—10 см, 10 см и выше.
Дисперсионный анализ показал следующие результаты
|
|
|
Влияющий фактор |
|
|
|
|
состав |
размер |
взаимо |
совмест |
остаточ |
общее |
|
пород |
обломков действие |
ное |
ное |
|
|
Сила влияния (tj2) |
0,261 |
0,062 |
0,671 |
0,994 |
0,006 |
1,000 |
Достоверность |
454,6 |
286,3 |
50,6 |
473,3 |
1 |
|
влияния (F) |
|
|||||
|
|
|
|
|
1 |
71 |
Следовательно, состав пород, как самостоятельный фак тор, влияет на угол откоса на 26,1%, а размеры обломков — на 6,2%. Кажется несколько неожиданным последний вывод, ибо природные примеры (см. график 20) показывают хорошую
связь размеров |
обломков и величины |
Дело в том, что |
||
размер обломков (его Md) в большей |
степени определяется |
|||
составом пород. |
Таким образом, возникает влияние одного |
|||
из факторов через посредство |
другого, а также совместное |
|||
их влияние. Взаимодействие факторов |
оценивается |
в 67,1%.. |
||
Таким образом, совместное влияние |
двух факторов, оце |
|||
ниваемое в 99,4%, указывает, |
на исключительную |
их роль |
в определении угла откоса осыпи. Роль остальных факторов неизмеримо меньше (0,6 %).
3. Уравнение зависимости угла откоса осыпи от размеров обломков и их состава
Данные таблицы |
11 |
о значения уклонов также нанесены |
на график (гр. 20), |
где |
по оси х отложены значения [*, а по |
оси у Md обломков.
Зависимость [j. (Md) более отчетливо сказывается у менее стойких пород и крутизна кривых уменьшается в том же направлении, что и последовательность положения пород в таблице. Такому изменению способствует характер и свой ства пород (Приклонский, 1952; Швецов, 1958).
График позволяет выделить 3 поля распределения зави-. симости. К первому полю относятся пески. Обособленность их связана с тем, что пески можно считать „идеально сыпу чей породой“ (в смысле довольно одинаковой крупности зерен, хорошей окатанности, твердости и полного отсутствия сил сцепления). Второе поле создают супеси, суглинки, глины, мергели, т. е. почти все те, обломки которых имеют агрегатное состояние. В силу их меньшей прочности по сравнению с более прочными породами, Md их обломков значительно меньший; крутизна кривых большая, в силу больших различий в размерах их обломков (обусловленных опять же малой прочностью, способных рассыпаться). И, на конец, третье поле составляют наиболее прочные, с боль шим Md обломки. Отличительная черта их кривых jj-(Md) — спрямленность, аналогичная той, что дают пески.
Особенностью зависимости p(Md) является довольно рез
кие изменения ц. при малых |
значениях Md |
и |
сравнительное |
|
постоянство у при больших |
Md. Так, |
у супесей и суглинков, |
||
реальные различия в значениях ц отмечаются |
до величины |
|||
Md равных 5 см; у глин и мергелей |
до Md = |
10 см; у опок |
||
до Md = 14 см; у известняков и доломитов |
до Md = 25 см^ |
72
* |
лород. |
Обозначения: |
I — аллювиальные пески; |
2 — супеси, |
суг |
|||
|
линки |
(агрегатное состояние); 3 — глины (Р2) (агрегатное состоя |
||||||
|
ние); 4 — глины |
(Сг2); |
5 — мергели (Р2); 6 — кремнистые |
мергели |
||||
|
<Сг,); |
7 — опоки |
(Ру); |
8 — известняки, доломиты |
(Р20; |
9 — |
обло |
|
|
мочный материал |
скальных |
пород (по данным Behre, 1933); |
10 — |
||||
|
поле зависимости n(M.d), |
построенное по данным Behre (1 9 3 3 ). |
73
При значениях Md выше перечисленных изменения р. незна чительные и практически могут быть приняты за постоянную величину (см. график 20). Последнее положение позволило для характеристики кривых зависимостей p(Md) воспользо ваться гиперболической функцией и записать эти кривые в виде уравнения
Р = |
Р, th x-Md, |
(1.2.3—1) |
|
где р,-— максимальное |
значение |
коэффициента |
трения покоя |
для данного комплекса |
пород, |
к — коэффициент, определяю |
щий кривизну кривой (определится эмпирическим путем; значение коэффициента к для перечисленных выше комплексов пород приведены в таблице 12).
|
|
Т а б л и ц а 12 |
|
Порода |
'М |
X |
|
Супеси, суглинки............... |
0,683 |
0,400 |
|
Глины ( Р ) .......................... |
|
0,687 |
0,450 |
Глины (сг) ...................... |
|
0,700 |
0,459 |
Мергели (Р) |
. . . . |
0,705 |
0,480 |
Кремнистые мергели (сг) . |
0,718 |
0,510 |
|
Опоки (Pg) .......................... |
доломиты (Р) |
0,829 |
0,580 |
Известняки, |
0,839 |
0,586 |
Таким образом, используя таблицу 12 для названных групп пород, можно с помощью уравнения (1.2.3—1) получить ин тересующую нас зависимость p(Md). Например, для пермских мергелей эта зависимость запишется в виде
|
Р = 0,705 |
th .0,'48 Md, |
(1.2.3-2) |
||
для палеогеновых опок |
|
|
|
|
|
|
Р = 0,829 |
th 0,58 Md, |
(1.2.3—3) |
||
и т. д. |
|
уравнения |
(1.2.3—2; 1.2.3—3 и др.), |
||
Используя частные |
|||||
можно с |
достаточной |
точностью |
определить |
те значения |
|
уклонов |
осыпи, которые |
формируются при укладке в осыпь |
|||
различных по величине |
обломков (в пределах |
данного ком |
|||
плекса пород). |
|
|
|
|
74
§ 4. КУМУЛЯТИВНЫЕ КРИВЫЕ ОСЫПНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
Основные |
морфологические |
элементы |
осыпи |
находятся |
|||
в большей |
связи |
и определяются характером |
движения, |
||||
накопления |
и |
упаковкой обломочного материала. |
В |
связи |
|||
с тем, какие морфометрические |
параметры |
будет |
иметь об |
||||
ломочный материал, |
в соответствии с этим будут изменяться |
||||||
и характер |
его движения, и характер упаковки |
и |
другие |
||||
элементы. Поэтому прежде всего |
мы должны основательно |
разобрать вопрос о характере распределения обломочного материала, закономерности этого распределения и другие аналогичные вопросы. С этой позиции необходимым является вопрос о характере распределения фракций обломочного материала в осыпи, на основании чего можно дать основные закономерности в распределении обломочного материала и основные морфометрические показатели (признаки) облом ков (которы могут отражать их генетические признаки).
1. А н а л и т и ч е с к о е в ы р а ж е н и е к у м у л я т и в н ы х к р и в ы х
Одним из методов, при помощи которых возможно графи ческое изображение распределения фракций обломочного материала по поверхности осыпи,является метод кумулятив ных кривых, применявшийся ранее для анализа различных отложений (обзор см., например, у А. И. Спиридонова, 1959-1963).
На графике 21 показаны типичные кумулятивные кривые для осыпных отложений. Ось у здесь — процентное содержа ние фракций в суммарном виде
У „ = £ ф „ , |
(1-2.4 1) |
|
/=і |
|
|
где Ф„ — процентное содержание фракций. |
и их про |
|
Кривая, в зависимости от |
количества фракций |
|
центного содержания, будет |
либо слабонаклонной |
(при мак |
симальном количестве фракций и при более или менее равномерном их значении — гр. 21, осыпь 1), либо крутой (при минимальном значении фракций и большим процентным
содержанием низких фракций — гр. 21, |
осыпь 4). |
|
каж |
||||
На графике 21 построены кумулятивные кривые для |
|||||||
дого метра осыпей 1, 2, |
3, |
4, 5, 6. |
Начиная |
от |
основания |
||
осыпи (высокие |
метры) |
к |
вершине, |
кривые |
перемещаются |
||
к координате у , |
что связано с уменьшением |
общего |
коли |
||||
чества фракций. |
Однако |
в |
некоторых случаях |
количество |
фракций на соседних метрах остается постоянным, а дефор мация кривых все же происходит. В этом случае она связана с изменением процентного содержания отдельных фракций,
75