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: 116
Скачиваний: 0
гравитационных процессов, действующих равномерно по всему разрезу верхней части склона и отсутствия или почти отсутствия плоскостного и ручейкового смыва, вызванного паводковыми и дождевыми водами, влияющего на характер бровки.
Подобные склоны можно наблюдать в эрозионных формах рельефа, глубоко врезанных в плато с ровной поверхностью или даже с уклоном в противоположную сторону от склона. Кроме того, это, как правило, склоны южной или западной экспозиции, которые так широко представлены на террито рии Среднего Поволжья. Выполаживание склона в указан ном случае будет зависеть целиком от интенсивности роста осыпи и достижения ею бровки склона, то есть выравнива ние .снизу“.
Таким образом, при характеристике уступа
и л . 1 -1 )
где о — сопротивляемость пород разрушению (аі — отступание
бровки уступа за единицу времени |
о} — отступание |
ниж |
ней части уступа); в любой момент |
времени Дt форма |
про |
филя выразится уравнением |
|
|
= (* + <,..) |
(1.1.1-2) |
|
или |
|
|
-У=1* + Л ,(')], |
(1.1.1-23) |
|
где t — время. Смысл других обозначений ясен из графика 2.
2.Крутая часть склона имеет угол откоса менее 90° и
отступает параллельно себе (а, = о;.; a„_t = an <90°; Гр. 2,
I — Б; II — А). Следы |
недавнего отступания такого уступа |
наблюдал, например, |
Твайдел (Twldale, 1967) в ряде рай |
онов хр. Флиндерс (Южная Австралия). В таком случае воз можны два принципиально различных варианта развития
верхней части склона: формирование |
выпуклого и вогнутого |
|
склона. |
определения характера их развития является |
|
Основой для |
||
линейная форма |
крутой части (гр. |
2 — 1, Б). Для каждого |
фиксированного момента времени конфигурация профиля выразится прямой линией, записывающейся уравнением
y = k ( x + au ), |
(1.1.1-3) |
где £ — коэффициент, определяющий уклон |
(т. е. k = lga = |
— h/au ); и в общем виде |
|
У = W ai.;] (х + ai. у)> |
(1.1.1—4) |
где /г — высота склона. |
» |
20
Шнщшщв
|
оцепом развитом |
мрут ыж склонов различная |
|
||||||
|
комрмгурощт поперечного профиля |
|
|
||||||
^\ф орм а попе- |
|
|
|
|
|
|
|||
N |
*речного |
|
|
|
|
|
|
|
|
развит пя\. |
прямолинейном |
выпуклом |
|
вогнутая |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
t |
|
2 |
|
|
3 |
|
Параллельное 1 |
|
|
|
|
|
|
|||
отступание с |
ИИу(Ц) |
|
|
|
|
||||
сагропенпе* |
|
|
|
|
|||||
вертикального |
|
|
|
|
|
|
|||
|
уступа |
|
|
|
|
|
|
|
|
Параллельное |
* |
|
|
Y = |
< |
4к р« |
+ |
||
отступание |
|
|
|
||||||
|
|
|
Различия для шпуклыл и |
||||||
|
|
|
|
|
вогнутыя силаи о вввели - |
||||
|
|
|
|
|
чине |
Р і |
|
||
Отступание |
J |
|
|
|
|
|
|
||
по радиаль |
|
|
|
r |
- |
a |
« W |
||
ной слете |
|
|
|
Различия в велтиие п |
|||||
(выположнбомие) |
« |
|
|
|
|
|
|||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||
Совместный * |
|
|
|
|
1 |
|
|||
|
|
Различные тодирииоцни |
|||||||
|
эффект |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
уравнении ячеей 22,25, |
|||||
(отступание |
Ец, |
||||||||
|
32,33 |
|
|||||||
V |
выпалами- |
|
|
||||||
|
Ванне) |
4 |
* |
0 |
|
|
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
График. 2. Возможные вариации развития крутой части склона. Индексы обо значены: ІА— параллельное отступание с сохранением вертикального уступа. ІБ — параллельное отступание с сохранением первичного уклона (ПА — то же, но для случаев выпуклой и вогнутой крутой части склона). ІВ — радиальное отступание крутой части склона (ИБ— то же, но для выпуклого и вогнутого случаев). 1Г — отступание крутой части склона с изменением уклона (ИВ — то
же, но для выпуклого и вогнутого случаев).
Для нелинейной конфигурации профиля наиболее характер ными являются два указанных нами вида: выпуклая и вогнутая.
Склон приобретает выпуклую форму за счет действия плоскостного и мелкоручейкового смыва (Шанцер, 1965а, 19656; Dylick, 1955). Водосборная площадь такого склона
сравнительно небольшая и почти горизонтальна, |
в резуль |
||||||
тате чего |
потоки талой |
и дождевой |
воды имеют |
течение |
|||
близкое к |
ламинарному, |
которое |
не |
производит |
линейной |
||
эрозии и ограничивается плоскостным смывом, |
понижая тем |
||||||
самым и закругляя бровку склона. |
Продолжающийся в этом" |
||||||
направлении процесс |
выполаживания |
верхней |
части склона |
||||
приводит |
в конечном |
счете к уменьшению |
углов |
наклона |
|||
(гр. 2, II, |
А — пунктирная линия) |
настолько, |
что |
склон пе |
|||
рекрывается растительностью |
и приобретает устойчивое |
||
положение (т. е. выравнивание |
„сверху“). |
Фиксация профи |
|
лей во времени учитывается уравнением |
|
||
у = |
а (х + ог у.)л, |
(1.1.1—5) |
|
где п — коэффициент, |
характеризующий |
кривизну профиля, |
|
а — коэффициент пропорциональности.
2Г
Во-вторых, |
склон может приобрести |
вогнутую |
форму, |
|||
В этом случае коренное плато, |
в которое |
врезана |
эрозион |
|||
ная форма, имеет некоторый уклон в сторону |
склона, а ли |
|||||
тологические |
и фильтрационные |
особенности |
слагающих его |
|||
шород обусловливают наличие |
подземных вод, |
и, |
соответ |
|||
ственно, благоприятные условия для оползания |
и |
оплыва |
||||
ния склона. Последовательность положения профилей во времени может быть учтена также уравнением (1.1.1—5).
Очевидно, |
для данного случая изменится только величина |
||||
коэффициента п. |
вогнутого |
профиля может |
происходить |
||
Формирование |
|||||
іи тогда, |
когда |
отступает |
только верхняя |
часть |
крутого |
• склона (гр. 2, I, |
В; И, Б) |
(Характеристика |
склона: |
oj = 0; |
|
< ая_і < 90°). <В этом случае в результате действия павод ковых и особенно дождевых вод, приобретающих уже тур булентное значение (Маккавеев, 1955; Шанцер, 1966), про исходит интенсивная денудация в верхней крутой части склона* и накопление материала в нижней, то есть четко вырисовывается деление на две зоны — преобладающей де нудации и аккумуляции.
Если же плоскостной смыв в силу небольшой площади водосбора и незначительных уклонов местности будет менее интенсивным, чем в предыдущем варианте, то развитие рельефа пойдет по пути выработки выпуклого профиля.
Каждое последующее положение нелинейного профиля
учитывается уравнением |
|
У = |
(1.1.1-6) |
где у = ср (а,) = X (ср (()). |
|
В зависимости от конкретной величины п (см. |
уравнение |
1.1.1—5) образуется выпуклый, либо вогнутый склон, и в об
щем виде уравнение (1.1.1 —6) перепишется |
|
|||
|
|
У = ах |
9(чрл |
|
|
|
(1.1.1-7) |
||
Для |
нелинейной |
конфигурации профиля (гр. 2; 1, В) |
оно |
|
несколько отлично |
|
|
|
|
|
|
V= (1 /S |
(1.1.1-8) |
|
|
|
/=о |
П/ |
|
3. |
Помимо |
описанных |
выше случаев развития |
крутой |
части склона могут быть и другие, отличающиеся различной интенсивностью отступания крутого склона в различных его частях, углами наклона, сохранением параллельности или ее нарушением и т. п. (гр. 2; 1, Г; II, В). При характеристике
* См., например, результаты лабораторных данных А. И. Спиридонова (1951) и данные стац. наблюдений Н. И. Маккавеева (1955).
22
склона |
|
|
|
|
3/ > |
аі + До; = ab |
ап-1> |
ап + 90° |
|
суммарный учет |
разобранных |
выше |
факторов |
приводит' |
к уравнению |
|
|
|
|
|
3'==---- ----- AU + 3|.), |
|
(1.1.1-9)' |
|
|
П |
|
|
|
|
S % |
|
|
|
|
/=о |
|
|
|
позволяющему фиксировать моменты развития крутой части |
||||
склона, сохраняющей линейность конфигурации. |
Однако |
|||
динамика склона с указанными отклонениями в конечном
счете повторит одну |
из двух |
принципиальных схем |
(выра |
|
ботка выпуклого или вогнутого профиля) |
и соответственно |
|||
выравнивание „сверху“ либо |
„снизу“ (по |
принципу |
уравне |
|
ний 1.1.1—5 и 1.1.1— 7). |
|
особенности мо |
||
Вполне возможно, |
что литологические |
|||
гут обусловить и ступенчатый характер склонов, однако обобщенный профиль его и дальнейшая тенденция развития
будет |
соответствовать |
одному из разобранных вариантов. |
|
§ 2. ПРЕДЕЛЬНАЯ ВЫСОТА КРУТОСТЕННОГО |
СКЛОНА. |
||
|
СВЯЗЬ ЕЕ С УКЛОНОМ |
|
|
По |
мнению Л. Кинга (King, 1962) вертикальный откос |
||
может |
сохранять свою |
форму до тех пор, пока |
воздействие |
напряжения не будет преобладать над силами сцепления между частицами породы. Как уже указывалось, горизон тальное напряжение увеличивается с врезания реки (увели чение относительных высот). За пределами критической высоты никакой откос (какими бы породами он не был сло жен) не может оставаться устойчивым. Л. Кинг показал приближенное значение этой высоты в виде отношения
критическая высота = [4Х сцепление]/[давление X V ÂTJ, где КА определяется как константа для данных пород.
Им приводится пример, относящийся к этому равенству. Плотная глина (ЛГД= 1 ) со сцеплением 1000 фунтов/гбут2
(\,3 кг/см2) и давлением 200 фунтов!фут2 (0,26 кг/см2) должна иметь высоту 20 футов (8 метров). Песчаные толщи, согласно формуле, могут иметь откосы высотой сотни и даже тысячи футов.
По В. Н. Славянову (1964) предельная высота может быть определена через посредство величины сопротивляе мости пород раздавливанию (р ) и объемного веса (у):
23-
где Кя — коэффициент надежности откоса, зависящий от возможных колебаний сопротивления сжатию, точности
определения и |
некоторых |
других причин (для лессовых |
пород он равен |
0,75—0,9. |
Чем однороднее порода, тем |
ниже ЛТН). |
|
|
Следует привести еще одну эмпирическую формулу кри тической высоты вертикально уступа определенную с по мощью соотношения силы сцепления (с) и объемного веса (у), полученную К. Тарцаги (1961)
Акр = 2 , 6 7 ^ ,
где объемный вес для скальных пород заменяется удельным весом.
Зависимость высоты крутого склона от его предельного углового значения интересовала исследователей в первую очередь с инженерно-геологической точки зрения. Однако замеры велись спорадически и бессистемно, в результате чего в литературе лишь упоминается о существовании этой зависимости и только в некоторых случаях ведутся работы по определению зависимости заложения склона от его вы соты (Орлов, 1969), правда, лишь для оползневых склонов. Инструментальные замеры, проведенные Г. С. Золотаревым (1964) на склонах, сложенных верхнеюрскими и меловыми глинами и аллювиальными песками, а также замеры Л. И. Ба рона (1967), проведенные на искусственных откосах, пока зывают (таблица 1), что эта связь обратная, т. е. чем выше крутой склон, тем меньше угол его откоса. Один из при меров связи уклона крутого склона с высотой показан на графике 3.
Имеющиеся в литературе данные по связи высоты кру того склона с его уклоном большей частью случайные, по лученные параллельно с изучением других вопросов. Спе циальных исследований по этому вопросу не проводилось. Однако определение характера вида указанной зависимости весьма существенно прежде всего с практической точки зрения.
Для определения связи высоты крутых склонов с их уклоном было рассмотрено (Дедков, Трофимов, 1972) около 80 склонов Северо-Востока Приволжской возвышенности и юга Вятского Увала, а также использовались данные по склонам оврагов, развитых в песчано-суглинистых террасо вых отложениях р. Волги. В строении изученных склонов принимают участие известняки и доломиты карбона и перми; глины, мергели с подчиненными прослоями известняка и доломита татарского яруса верхней перми; глины нижнего
24