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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

 

 

 

 

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

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