大学水土保持学006第三章土壤侵蚀原理土壤侵蚀规律.pptx

第四节土壤侵蚀规律当土壤侵蚀发生时，其演进过程大致均可被分为四个阶段，即土体的破碎、松散、位移及停止。一、雨滴击溅引起的土壤侵蚀1.雨滴的特性与土壤侵蚀雨滴特性包括雨滴形态、大小、降落速度、接地时的冲击力、降雨量、降雨强度和降雨历时等。雨滴的大小与溅蚀成正相关；雨滴降落的速度与溅蚀成正相关；2.溅蚀形成过程溅蚀形成过程（1）.雨滴势能转化为动能雨滴势能转化为动能（2）.降雨动能的经验公式降雨动能的经验公式Wischmeier和和Smith建立的经验公式建立的经验公式E降雨动能，降雨动能，J/（M2.CM）i降雨强度，降雨强度，CM/H二、地表径流侵蚀作用1.水流的基本特性水流的基本特性（1）.层流与紊流层流与紊流层流没有垂直于水流方向上分力作用，一般不能卷起泥沙；紊流的水质点呈不规则的运动，并互相干扰，在水层与水层之间夹杂了大小不一的旋涡运动，易卷起泥沙。（2）.坡面水流坡面水流水流在向下流动的过程中，由于雨水和雪水的补充，一般顺坡流量会逐渐增大。当流量增大到一定值后，成层的流动便不再能够保持，变成紊流。（3）.沟槽水流沟槽水流沟槽水流均属紊流。2.水流的侵蚀作用水流侵蚀也就是地表泥沙为水流带走，因此，是否发生侵蚀可以根据泥沙启动条件来判断。例如：砾石三轴长分别为a、b、d，其上受到三个方向力的作用。重力重力:水的推移力：水的推移力：上举力上举力:砾石启动时应满足的平衡方程为：f摩擦系数整理后滑动启动流速为整理后的滚动流速为3.水流的搬运作用泥沙的搬运形式可分为推移和悬移两大类。（1）.泥沙的搬运方式推移质搬运方式:它的运动行程是间歇的，它被水流搬运一段距离后，便在床面上静止下来，转化为床沙的一部分，然后等待合适时机，再一次开始第二个行程。悬移质搬运方式：悬浮于水中，随水流动，泥沙分布比较均匀。交换作用：推移质和悬移质之间，以及它们与河床上的泥沙之间存在着不断交换现象。各部分泥沙之间的交换作用，使含沙量在垂线上分布成为一条连续曲线。（2）.水流的挟沙能力在一定的水流条件下，能够挟运泥沙的数量，称为挟沙力。它包括推移质和悬移质的全部沙量，如果上游来水的含沙量小于该水流的挟沙力，水流就有可能从本段河床上获得更多的泥沙，造成床面的冲刷。反之，将发生沉积。4.水流的堆积作用（1）.泥沙的沉速在下沉的开始，球体的运动速度较小，重力大于阻力，这时圆球以加速度前进，球体所承受的阻力在行进中不断加大。经过一定距离以后，阻力大到和重力相等，此后球体即以等速运动向下沉降。一般所谓物体的沉速，都是达到等速运动以后的下沉速度。因此。在F恒等于G时，得到沉速公式如下：三、重力侵蚀作用过程重力侵蚀形式的发生，其主要外营力是由地心引力而产生的重力作用，但是土体下渗水分、土体性质、岩石结构、地形条件等也不可忽视。1.块体运动力学分析坡地上的风化碎屑或不稳定的岩体、土体在重力为主的作用下，以单个落石、碎屑或整块岩体、土体的向下运动称为块体运动。摩擦阻力：摩擦阻力：F=Ntg平衡条件是：平衡条件是：内摩擦角反映了块体沿坡面下滑刚好起动时的坡角，代表松散物质的休止角。岩屑和砂、土的内摩擦角随颗粒大小、形状和密度而异。粗大并呈棱角状而密实的颗粒，休止角大。一般情况下，随风化碎屑离源地愈远，其颗粒随着变小，棱角被磨蚀，圆度增大，摩擦力减小，休止角变缓，因此，愈向坡角，坡度愈趋缓和。土的内摩擦角还随含水量多寡而异。土粒间的孔隙被水充填后增加滑润性，减少摩擦力，因而休止角也相应变缓，在同一斜坡上，坡顶远离地下水面较干燥，而坡脚接近地下水较润湿，因此，坡度有向坡脚变缓的趋势。2.滑坡的力学机制根据块体其受力情况，需要求得土坡得稳定系数K为K=总抗滑力矩/滑动力矩=（G2d2+TfABR)/（G1d1）当K1时，抗滑力大于滑动力，斜坡稳定；当KI时，滑动力大于抗滑力，发生滑动当K=1时，滑动力与抗滑力相等，斜坡处于极限平衡状态。四、风力侵蚀的启动机制风力侵蚀风沙流起沙风沙粒的运动形式悬移跃移蠕移五、冻融及冰川侵蚀作用过程1.冻土作用冻融作用：由于温度周期性地发生正负变化，冻土层中的地下冰和地下水不断发生相变和位移，使土层产生冻涨、融沉、流变等一系列应力变形。这一复杂过程称为冻融作用。它使岩石遭受破坏，松散沉积物受到分选和干扰，冻土层发生变形，从而塑造出各种类型的冻土地表类型。2.热融作用热融作用可分为热融滑塌和热融沉陷两种。热融滑塌：由于斜坡上的地下冰融化，土体在重力作用下沿冻融界面移动就形成热融滑塌。热融沉陷：平坦的地表因地下冰的融化而产生各种负地貌。由热融沉陷形成的地貌有沉陷漏斗，浅洼地；沉陷盆地等。当这些负地貌积水时，就形成了热融湖塘。我国青藏高原多年冻土区，热融湖塘分布很广泛。3.冰川作用重要有拔蚀作用和剥蚀作用,还有搬运作用。（1）刨蚀（磨蚀）作用：冰川滑动过程中，其底部所含的岩石碎块不断锉磨冰川床，就是刨蚀作用。（2）拔蚀作用：冰川下因节理发育而松动了的岩块的突出部分，可能和冰冻结在一起，冰川移动时把岩石拔出带走，这就是拔蚀作用。冰川的搬运能力是惊人的。大陆冰川可以把大片基岩从原地搬走，波罗的海南部平原上就有冰川从另一岸搬运来的4KMx2kmx0.12KM的大岩块。山岳冰川的搬运能力也不小，喜马拉雅山中即有直径达28m，重量超过万吨的大漂砾。