книги из ГПНТБ / Трофимов, А. М. Основы аналитической теории развития склонов (на примере осыпных и делювиальных)

Однако, как показал Е. В. Шанцер (1966), некоторые из факторов имеют подчиненное значение, т. е. не определяют общий ход денудации, что должно учитываться при по­ строении классификации процессов. Например, по особен­

тическим типам континентальных образований, эта класси­ фикация несколько дополнена, и на основании анализа ве­ дущих экзогенных факторов, выделено пять главных форм склоновой денудации:

1)обвальные накопления (дерупций),

2)осыпные накопления (дисперсий),

3)оползневые накопления (деляпсий),

4)солифлюкционные накопления (дефлюксий или соли-

флюксий), 5) делювий.

1—4 типы противопоставляются по динамике процесса накопления делювию, поскольку основным фактором здесь является сила тяжести. Еще ранее Н. И. Николаев (1946) выделил всего лишь две группы:

—парагенетическую группу гравитационных отложений и

—парагенетическую группу делювиальных отложений.

В парагенетической гравитационной группе чисто гра­ витационными являются лишь две первых — обвальные и осыпные накопления. Они создаются смещающимися сосклонов обломками горных пород и поэтому часто совпа­ дают по динамическим, морфогенетическим и литологиче­ ским данным. На основании этого, Е. В. Шанцер (1966) пред­ лагает объединить их в одну группу обвально-осыпных отложений (подгруппа коллювия обрушения), а два осталь­ ных — в подгруппу коллювия сползания.

Наличие в рельефе даже небольшого градиента высот вызывает движение покровного материала склонов в какой бы форме оно не происходило. Различна только интенсив­ ность этих форм движений.

Как показывают исследования (Симонов, 1969 и др.), интенсивность определяется из соотношения гравитационной, силы с силами, противодействующими сносу (силы сцепле­ ния, трения и др.) с учетом всех других агентов природы: выветривания, линейного и плоскостного смыва, темпера­ турных и химических воздействий и др.*. Роль всех факто­

* Причины перехода материала в подвижное состояние с достаточной полнотой изложены в работах советских и зарубежных исследователей (Щукин, 1960; Иверонова, 1954, 1963; Будилин, 1963; Славянов, 1960; Пенк, 1961; Шайдеггер, 1964; Кинг, 1967 и др.).

10

ров в процессе движения материала и формирования рельефа различна. Если последние преимущественно подготавливают условия к нарушению существующего равновесного состоя­ ния грунта, то, в основном, соотношение гравитационных сил с силами, противодействующими сносу, определяют само­ движение и последующие формы рельефа *.

Таким образом, эти силы при постоянном действии дру­ гих природных факторов, не могут находиться в состоянии абсолютно устойчивого равновесия. Но в каждый фиксиро­ ванный момент времени, изучая относительно устойчивую форму склона, мы можем рассматривать равновесие грави­ тационной силы с силами трения. При этом следует учиты­ вать разницу проявления силы трения в покое и в процессе самопроизвольного движения материала, как силы внутрен­ него трения.

При определении относительно устойчивых форм скло­ нов, значительную, определяющую роль играет коэффициент

ное состояние покоя отдельности на склоне определяется

Следовательно, коэффициент jj. определяет тот угол склона а, при котором возникает динамическое равновесие между денудацией и процессами выветривания. Равновесие в дан­ ном случае является неустойчивым — критическим (т. е. не­ большая перегруппировка в соотношении действующих сил смогут вывести частицу из состояния покоя).

* Исследования Шумма (Schümm, 1967), проведенные на склонах ■(сложенных сланцами) показали, что интенсивность смещения обломков пород прямо пропорциональна синусу угла склона или компоненте грави­ тационной силы.

11

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что интен­ сивность смещения материала должны изменяться с изме­ нением угловых величин склона до двух крайних пределов:

—движение более интенсивное (до углов; соответствую­ щих положению трения покоя),

—движение менее интенсивное (ниже этих углов). Угловая величина коэффициента трения покоя показывает

границу между этими двумя видами проявления движения. Это граничное положение, выраженное тангенсом угла на­

нии которого отдельности горных пород уже не могут самостоятельно переходить в подвижное состояние. По­ левые замеры углов соответственного откоса склонов для различных групп пород Среднего Поволжья позволили со­

(в основном это верхние части), где уклоны значительно

12

В более пониженных частях склонов с углами, либо рав­ ными критическим, либо меньше их, выветрелый материал

риала. Эти части склонов наиболее пологие и являются областями накопления поступающего материала.

личием. Чаще всего особенности развития склонов связы­ ваются с характером накопления и сноса материалов.

Как показали исследования Анерта (Ahnert, 1967), мощ­ ность покровных отложений в каждой точке склона состоит из транспортируемого сюда материала из вышележащих

поверхности. Если покров насосов имеет такую мощность,

чиной изменения мощности отложений и, следовательно,

нарушение равновесия) увеличивается уклон и образуется

во времени.

В соответствии с преобладающими склоновыми и скло­ ноформирующими процессами, в соответствии с характером накопления и уделения материала, создаются специфические типы и классы склонов. Классификация склонов может быть осуществлена по ряду признаков: по морфометрическому признаку, по происхождению и по особенностям движения

13

Ч А С Т Ь 1

ОСЫПНЫЕ СКЛОНЫ. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ И ХАРАКТЕР ИХ РАЗВИТИЯ

К осыпным относятся склоны, созданные гравитационными процессами осыпания и обваливания небольших по объему масс грунта. Если массы обвалившегося грунта значительны, то склоны относят к обвальным. Правда, Е. В. Шанцер (1966) считают, что „самостоятельную морфогенетическую и литологическую роль обвалы начинают играть лишь тогда, когда объем обрушивающих блоков достигает многих де­ сятков и сотен тысяч кубометров“ [стр. 133]. В этой связи процессы и отложения, накопленные на склонах и наблю­ даемые в равнинных областях, внешне идентичные обвалам, являются разновидностью осыпания. На крутых склонах оврагов и речных долин часто наблюдаются процессы отде­ ления как крупных блоков, смещающихся общей массой блокового тела, так и небольших обломков. Но в обоих случаях формирование отлагающегося материала подчиняется законам формирования осыпи.

Осыпные и обвальные явления имеют очень широкое

На осыпном склоне достаточно четко выделяется два основных элемента: осыпающийся крутостенный откос, чаще всего представляющий собою экспозицию коренных пород и осыпь (гр. 1).

Конфигурация крутостенного откоса зависит от состава и физико-механических свойств слагающих его коренных по­ род, однако, как правило, в условиях однородных пород она прямолинейна. Сохранению прямолинейности способ­

снос материала также происходит одинаково интенсивно. Уклоны откосов значительно выше критических, нахо­

дятся в пределах от 30—37° до 80—90°. Массовое профи­ лирование осыпных склонов, проведенных Тинклером (Тіп-

15

kler, 1966) убеждает в том, что уклоны откоса всегда выше 35—40° (см. также данные Geoffrey, 1966). Столь большой диапазон уклонов определяется двумя обстоятельствами:

всегда стремятся довести его до угла естественного откоса. Значение величины угла естественного откоса различны для склонов разной высоты и литологии.

Осыпь характеризуется слабовогнутым поперечным про­

нием. По мере отступания уступа и поступления продуктов разрушения в осыпь, она растет, вершина ее поднимается по отступающему уступу и последний сокращается (Щукин, 1973). Осыпь как бы срезает откос. При достижении бровки склона осыпь полностью вытесняет откос (гр. 1). Продолжи­

достигает бровки склона. Чаще всего физико-географические условия обуславливают пульсационное перемещение вер­ шины осыпи. В условиях же подмыва склона, когда про­ дукты осыпания удаляются полностью, осыпной склон заме­ няется уступом. В первом случае возникают крутые части склона, во втором случае — крутостенные или крутые склоны.

График 1. Схема развития осыпного склона и строе­ ние осыпного шлейфа (по Е. В. Шанцеру, 1966; упро­ щено). Обозначения: А — коренной массив склона; 1. 2. 3 — последовательные стадии осыпания и накопления осыпи.

16

осыпью. „При достижении верхней осыпи бровки откоса

лых песчано-глинистых неогеновых и четвертичных отложе­

мерности воздействия факторов на формирование склона

менее постоянную ширину долины, а большинство трещино­ ватых пород имеет еще значительное эффективное сцепле­ ние*. В связи с этим, в начальной стадии развития долины могут возникать вертикальные откосы. Их максимальная высота определяется значительным эффективным сцеплением и региональной трещиноватостью. По мере врезания долины (увеличение относительной высоты склона) возрастают сдви­ говые напряжения в породах. С этим связано появление все большего количества трещин и уменьшение эффективного

18

в связи с локальной концентрацией напряжения отдельные блоки пород обрушиваются. Когда высота склона становится предельной, отдельные блоки по всей поверхности склона

внутренней напряженности массива (бортовой отпор), хо­

зана с наличием внутренних сил между отдельными элемен­

высоты бортов долин (врезание реки).

В рыхлых породах подобный процесс, по-видимому, так­ же происходит, однако наличие бортового отпора связы­ вается не столько с остаточными деформациями отдельных блоков пород, сколько с наличием бытовой нагрузки. По­

менно-предельное“. Наибольшая крутизна склона опреде­ ляется здесь региональной трещиноватостью и ориентацией трещин по отношению к склону, а также определенным соотношением форм склона с простиранием слоев. Послед­ нее положение было проверено Фридрихом (Friedrich, 1962) на склонах долины Грос-Вейсах, заложенной в доломитах

иизвестняках.

2.Основные пути развития крутостенных склонов на территории Среднего Поволжья

Наблюдения за развитием крутых склонов и крутых ча­ стей склонов на территории Среднего Поволжья позволили отыскать наиболее общие пути их эволюции. В результате обобщения (Бабанов, Трофимов, 1967а), они сводятся к ряду следующих случаев (гр. 2):

1. Склон отступает параллельно себе с сохранением вер­ тикальной стенки уступа (7.90°), что иллюстрируется графи­ ком 2 (I, А). Такой вариант возможен при преобладании