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

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

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,

онов хр. Флиндерс (Южная Австралия). В таком случае воз­ можны два принципиально различных варианта развития

фиксированного момента времени конфигурация профиля выразится прямой линией, записывающейся уравнением

20

Шнщшщв

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

а — коэффициент пропорциональности.

2Г

ния склона. Последовательность положения профилей во времени может быть учтена также уравнением (1.1.1—5).

< 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

1.1.1—5) образуется выпуклый, либо вогнутый склон, и в об­

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

динамика склона с указанными отклонениями в конечном

гут обусловить и ступенчатый характер склонов, однако обобщенный профиль его и дальнейшая тенденция развития

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

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

о <и

U Srf

О т

ІЙа) •

о о«8*

Ä« « а* <в s

н Ю

о . о

0#к g*

о с

g o * !

0 - 5

в «ОЯВ

35 СО erо

ü О,

—в>

д а в

о о

%шприведенных

о ю

в 2

о О* со О)

CUS

- а,

Кдля

s g

äS (-■ »

25

мела и верхней юры; писчий мел верхнего мела; опоки, -опоковидные песчаники палеогена; конгломераты неогена; пески и суглинки плейстоцена (см. график 4).

1. Относительный учет факторов, влияющих на крутизну крутостенных склонов

линиями означает высшую достоверность результата, опре­ деленную с помощью критерия достоверности). Однако та­ кое поле точек не очень ясно показывает роль состава пород на крутизну склона. Точки графика, характеризующие склоны, сложенные породами различного состава и возраста, перемеживаются между собой. Такое скопление, точек ил­ люстрирует только зависимость угла склона от высоты, не показывая при этом, какую роль играет состав слагающих склон пород.

26

График 4. Зависимость ук­ лона крутого склона от его высоты. Обозначения; I — выветрелые верхнеюрские и меловые глины; 2 — мел­

склонов экскаваторного от­ вала; 4 — песчано-глинис­ тые породы (склоны плуж­ ного отвала); 7 — те же по­ роды склонов экскаватор­ ного отвала; 5—глинистые породы (склоны плужного отвала); 8 — те же породы склонов экскаваторного отвала; 9 — чередование известняков, доломитов, мергелей, аргиллитов и глин

(Р20; 10 — аллювиальные пески (склоны оврагов); 11— глинистый материал со щеб­ нем; 12— опоки и песчани­ ки (Pg); 13— глины (Сг2); 14—известняки (р-н Жигу­ лей; С); 15, 16 — глины,

мергели, алевриты и аргил­ литы с подчиненными про­ слоями известняков и доло­ митов (Р2):

27

Для оценки влияния состава пород и высоты крутого склона на его уклон, воспользуемся методом дисперсион­ ного анализа, позволяющего определить роль и значение отдельных факторов в количественном отношении (Плохин-

ский, 1970).

Для оценки влияния названных факторов на величину уклона крутого склона оказалось достаточным воспользо­ ваться неравномерным двухфакторным дисперсионным ана­

скольких факторов. Каждый из факторов может действовать

28