常方強(qiáng)

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福建省平潭島東北部軟質(zhì)海崖蝕退特征研究

常方強(qiáng)

（華僑大學(xué) 巖土工程研究所，福建 廈門 361021）

摘要：為了揭示軟質(zhì)海崖的侵蝕機(jī)制，現(xiàn)場(chǎng)利用量測(cè)方法研究了福建省平潭島東北部軟質(zhì)海崖的蝕退特征、蝕退模式和影響因素，并利用自制崩解儀測(cè)試了砂土和粉質(zhì)黏土的崩解速率。結(jié)果表明，軟質(zhì)海崖滑塌物體積、堆積距離均隨海崖高度增加而增大，每次滑塌海崖蝕退距離位于0.08～1.23 m； 滑塌物覆蓋住崖腳后具有臨時(shí)保護(hù)崖腳的作用，但由于其受到擾動(dòng)較易發(fā)生再次蝕退； 崖腳海蝕槽的形成對(duì)滑塌起到重要控制作用； 降雨、海洋水動(dòng)力、強(qiáng)風(fēng)和人為活動(dòng)是造成蝕退的四大因素； 在土體抗侵蝕方面，砂土的抗侵蝕能力最弱，粉質(zhì)黏土的居中，黏土的最強(qiáng)； 現(xiàn)場(chǎng)干燥粉質(zhì)黏土的崩解速率為2.4 cm/min。

關(guān)鍵詞：軟質(zhì)海崖； 蝕退； 崩解

軟質(zhì)海崖蝕退是一個(gè)全球性的問(wèn)題，全球蝕退的海岸類型多樣，其中軟質(zhì)海岸因其蝕退速率較快、規(guī)模較大而成為一種重要的蝕退海岸類型。軟質(zhì)海岸一般由第四紀(jì)沉積層、基巖風(fēng)化層、殘坡積層或風(fēng)成砂地等軟性或疏松地層組成［1］，相對(duì)于巖質(zhì)海岸而言，軟質(zhì)海岸強(qiáng)度較低，在波浪作用下容易發(fā)生侵蝕，蝕退速率較高。世界上許多軟質(zhì)海崖的蝕退已引起了眾多學(xué)者的關(guān)注，文獻(xiàn)［2-4］調(diào)查研究了美國(guó)加利福尼亞州軟質(zhì)海崖的蝕退，分析了蝕退速率和誘發(fā)因素； 文獻(xiàn)［1］調(diào)查測(cè)試了福建省平潭島軟質(zhì)海崖的蝕退速率，并分析了侵蝕原因。

然而，我國(guó)對(duì)于軟質(zhì)海崖的蝕退研究仍相對(duì)比較落后，對(duì)于蝕退規(guī)模、過(guò)程和機(jī)制等缺乏較為系統(tǒng)的研究。因此，本文以福建省平潭島東北部軟質(zhì)海崖為例，利用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與測(cè)試的手段，研究我國(guó)東南沿海軟質(zhì)海崖的蝕退特征與過(guò)程，為更深層次的機(jī)理研究奠定基礎(chǔ)。

1 蝕退特征

1.1 滑塌概述

本次調(diào)查研究集中在平潭島流水碼頭至大澳村（下稱研究區(qū)）一段海岸線上，見(jiàn)圖1所示，著重調(diào)查海崖的幾何尺寸、滑塌特征、土層分布和土性等。研究區(qū)斷裂帶發(fā)育較為密集，約1 km的海崖上發(fā)育了兩條斷裂帶，形成了高約幾米的沖溝，溝底與海灘齊平，上寬下窄，寬度從幾米至十幾米不等。沖溝兩側(cè)土體侵蝕嚴(yán)重，每逢降雨沖溝土體還受降雨雨水的沖刷作用。軟質(zhì)海崖高度不等，低的為2～3 m，高的達(dá)到13.0 m。研究區(qū)存在9處滑塌堆積體，位置見(jiàn)圖1所示。滑塌物主要為粉質(zhì)黏土（花崗巖殘積土）和砂土，大都呈現(xiàn)松散狀，少數(shù)為塊狀，并且具有棱角，尺寸大小不等，小的十幾厘米，大的將近1 m，滑塌物大都呈干燥狀態(tài)。研究區(qū)軟質(zhì)海崖土體種類包括粉質(zhì)黏土、砂土和黏土3種，粉質(zhì)黏土為花崗巖殘積土，主要分布在海崖頂部，離流水碼頭440～540 m距離處，粉質(zhì)黏土頂部覆蓋有砂土，砂土松散、灰白色、含水量較低，為海灘上的砂土經(jīng)大風(fēng)吹到海崖頂部形成的風(fēng)積砂。少量黏土和花崗巖分布在海崖底層，其強(qiáng)度較高，抗侵蝕能力較強(qiáng)，向海洋方向凸出。

1.2 滑塌規(guī)模

現(xiàn)場(chǎng)量取海崖高度H0和堆積在崖腳的各處滑塌物幾何尺寸，包括滑塌物的堆積高度H、堆積寬度W和堆積距離L，計(jì)算滑塌物的體積V，結(jié)果列于表1，海崖高度與滑塌物體積、堆積距離Re的關(guān)系繪制于圖2中。

［Foundation： National Natural Science Foundation of China，No. 41306051；Natural Science Foundation of Fujian Province，No. 2015J01625］

圖1 研究區(qū)及各滑塌物位置圖Fig. 1 Location of the study area and slumps

滑塌物位置 　L （m） 　H （m） 　H0（m） 　L/H0　W （m）S1 　3 　3.5 　7.5 　0.40 　12.0 S2 　1.2 　1.5 　1.5 　0.80 　1.0 S3 　1.5 　2.0 　8.0 　0.19 　6.5 S4 　1.6 　1.7 　3.5 　0.46 　2.2 S5 　1.0 　1.2 　6.0 　0.17 　4.4 S6 　7.4 　4.8 　12.0 　0.62 　34.0 S7 　4.6 　4.5 　13.0 　0.35 　18.5 S8 　3.5 　2.8 　5.3 　0.66 　13.0 S9 　1.8 　1.1 　2.0 　0.90 　3.0 V （m3） 　Re（m）63 　0.58 0.9 　0.50 9.75 　0.16 2.992 　0.32 2.64 　0.08 603.84 　1.23 191.475 　0.89 63.7 　0.77 2.97 　0.41

圖2 平潭島海崖高度與滑塌物特征的關(guān)系Fig. 2 Relationship between the sea-cliff height and the characteristics of slump on the Pingtan Island

可以看出，滑塌物體積變化較大，從不到 1 m3至600多m3，滑塌物體積隨海崖高度的增加而增大，兩者近似呈指數(shù)關(guān)系，當(dāng)海崖高度較小時(shí)，滑塌物體積也較小，但當(dāng)海崖高度為 4 m以上時(shí)，滑塌物體積隨海崖高度的增大而迅速增大。滑塌物堆積距離與海崖高度也有關(guān)，也隨海崖高度的增加而增大。L與 H0的比值 L/H0反應(yīng)出海崖土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，L/H0的大小與土性有關(guān)，土質(zhì)越疏松，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越低，流動(dòng)性越好，L/H0越大。研究區(qū)內(nèi)L/H0位于 0.17～0.90，平均值為 0.50。文獻(xiàn)［5］指出英國(guó)蘇塞克斯東部海崖 L/H0位于 1.0～1.3，比平潭島東北部軟質(zhì)海崖的要大，表明其流動(dòng)性比平潭島的要好。

為了分析一次滑塌導(dǎo)致的海崖蝕退距離，根據(jù)滑塌物的V和滑動(dòng)體高度H1、W進(jìn)行計(jì)算，海崖蝕退距離可表示為：

式中，K為堆積體積膨脹系數(shù)。

滑塌體散落到海灘上后，其堆積體積比滑塌體實(shí)際體積要大，文獻(xiàn)［2-3］通過(guò)研究滑坡的體積膨脹系數(shù)，指出堆積體體積約增大 16%～30%，因此本文取20%進(jìn)行計(jì)算，即K=1.2。大部分滑動(dòng)面基本貫穿于整個(gè)坡面上，因此假定H1=H0。經(jīng)計(jì)算，每次滑塌海崖的蝕退距離位于0.08～1.23 m，見(jiàn)表1所示。

1.3 滑塌物再次蝕退

滑塌物堆積在海崖坡腳處，短期內(nèi)可以保護(hù)崖腳，防止海崖受到海水的侵蝕。這些滑塌物大部分為砂土和粉質(zhì)黏土，其中砂土呈松散狀，粉質(zhì)黏土為花崗巖殘積土，呈現(xiàn)塊體，位于堆積體的最外側(cè)，S4、S6和S7位置處的滑塌塊體直徑均達(dá)到1 m?；鷫K體的直徑與粉質(zhì)黏土層的厚度與土體黏粒含量有關(guān)，厚度和土體黏粒含量越高，膠結(jié)性越強(qiáng)，滑塌塊體的直徑越大。塊體直徑也反應(yīng)出了每次的蝕退距離，即蝕退距離大于或等于塊體直徑。滑塌物在日曬和風(fēng)吹作用下，含水量較低，處于堅(jiān)硬狀態(tài)，強(qiáng)度較高。S2處滑塌體處于潮濕狀態(tài)，對(duì)應(yīng)海崖處的土體也比較潮濕，由此判斷該滑塌體在幾天內(nèi)剛剛發(fā)生的。

處于干燥狀態(tài)的滑塌物在遇到水分時(shí)，包括海水和降雨，容易產(chǎn)生崩解，崩解后的土體被水流帶走。每天高潮期間，海水到達(dá)滑塌物下部，滑塌物產(chǎn)生崩解后，在水動(dòng)力作用下搬運(yùn)到它處，導(dǎo)致滑塌物的再次蝕退，在滑塌物底部形成陡坎，S6處的滑塌物及陡坎，如圖3所示。極端海況下，風(fēng)浪引起海崖前方增水，滑塌物可能全部被增水淹沒(méi)，引起更大體積的滑塌物發(fā)生崩解與運(yùn)移，其蝕退量與波浪強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間與土體性質(zhì)等有關(guān)。

圖3 滑塌物再次蝕退形成的陡坎Fig. 3 Scarp formed by the slump re-erosion

滑塌物滑落到坡腳以后形成坡積體，覆蓋住坡腳，保護(hù)后方未滑動(dòng)的海崖免受侵蝕； 滑動(dòng)體相對(duì)于滑動(dòng)前，內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng)，強(qiáng)度降低，更易遭受侵蝕； 大塊的滑塌物，在水流作用下可能以滾動(dòng)的形式滾入深水中； 隨著滑動(dòng)體的逐漸侵蝕，未滑動(dòng)體的坡腳暴露出來(lái)后，新一輪的海崖蝕退過(guò)程又會(huì)開(kāi)始。

1.4 滑塌模式

研究區(qū)海崖坡體的滑塌首先是在坡腳位置處開(kāi)始的，波浪和潮流垂直流向崖面時(shí)，遇到崖面后方向改變，在崖腳處形成渦流，渦流加大土體的侵蝕，形成海蝕槽，研究區(qū)內(nèi)，在發(fā)現(xiàn)的一處粉質(zhì)黏土坡腳處，觀測(cè)到一深度為0.6 m，高度為1.0 m的海蝕槽，呈現(xiàn) U型。海蝕槽形成后，上部土體失去支持，在重力作用下，下部滑塌體牽引上部滑塌體，當(dāng)滑動(dòng)體沿某一面上的下滑力超過(guò)了抗滑力，發(fā)生滑塌，因此該處海崖滑塌屬于牽引式滑塌。滑塌面有兩種形式，一種是滑動(dòng)面通過(guò)海崖的頂部，另一種是滑動(dòng)面通過(guò)海崖的坡面面部，其形成過(guò)程如圖4所示。研究區(qū)內(nèi)的9處滑塌均屬于第一種情況，但在大埕村一段海岸處存在著第二種滑塌面。波浪作用下海蝕槽的發(fā)育是海崖一個(gè)蝕退過(guò)程的首步，至滑塌物完全搬運(yùn)掉結(jié)束，所以軟質(zhì)海崖的蝕退過(guò)程可以概括為： 海蝕槽發(fā)育→上覆土體滑塌→滑塌物侵蝕→海蝕槽再次發(fā)育。

相比巖質(zhì)海崖，軟質(zhì)海崖強(qiáng)度較低，一次極端海況的波浪作用容易導(dǎo)致上覆土體出現(xiàn)滑塌，導(dǎo)致海蝕槽消失，所以軟質(zhì)海崖的海蝕槽相對(duì)較為少見(jiàn)。調(diào)查中的岸段存在9處滑塌，僅1處海蝕槽。文獻(xiàn)［6］調(diào)查葡萄牙奧格烏28 km的巖質(zhì)海崖，發(fā)現(xiàn)了244處海蝕槽，平均115 m長(zhǎng)度存在1處，其中58%呈現(xiàn)U型，40%呈現(xiàn)V型，其余呈W型等。

圖4 極端海況下軟質(zhì)海崖的滑塌模式Fig. 4 Slump patterns of the soft sea cliff at extreme sea conditions

2 蝕退影響因素

影響平潭島軟質(zhì)海崖蝕退的因素包括兩大類，即外部因素和內(nèi)部因素，外部因素包括降雨、海洋水動(dòng)力、強(qiáng)風(fēng)和人為活動(dòng)4個(gè)方面； 內(nèi)部因素包括土體種類、強(qiáng)度、顆粒粒徑大小與組成等。

2.1 外部因素

2.1.1 降雨

研究區(qū)雨量充沛，且多集中于梅雨季節(jié)，連續(xù)降雨時(shí)間較長(zhǎng)。年平均降水日數(shù)為100～130 d，3～9月占64%，10～2月占36%。全年暴雨平均日數(shù)約3.0～4.5 d，主要是梅雨暴雨和臺(tái)風(fēng)暴雨。暴雨多出現(xiàn)在5～9月，其中5～6月梅雨季暴雨占41.4%； 7～9月，臺(tái)風(fēng)季暴雨占 42.8%； 大暴雨以 6月最多，占全年總次數(shù)的44.7%，7、8、9三個(gè)月占50%。暴雨強(qiáng)度以9月為最大，歷年平均在100 mm/d以上； 6、7月次之，接近100 mm/d［1］。

降雨誘發(fā)軟質(zhì)海崖蝕退機(jī)制有三： （1）加劇表層土體侵蝕，雨水沿坡面流動(dòng)時(shí)，對(duì)土體表面形成剪應(yīng)力，若該剪應(yīng)力超過(guò)了土體抗侵蝕臨界剪應(yīng)力，土體發(fā)生侵蝕，進(jìn)而形成侵蝕溝槽?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，某些海崖坡面上存在幾乎平行的溝槽，溝槽深度約為幾厘米至十幾厘米，大多存在于砂土層中，如圖5所示，其他土體，如花崗巖殘積土、黏土中則較少出現(xiàn)，表明砂土易遭受雨水的侵蝕； （2）雨水滲入海崖后，導(dǎo)致土體重量增大和抗剪強(qiáng)度的降低，增大了土體的下滑力，減低了抗滑力，容易誘發(fā)海崖沿某一面發(fā)生滑動(dòng)； （3）雨水進(jìn)入海崖后，形成地下水，地下水沿坡體薄弱通道流動(dòng)，從坡面處流出，若沿著砂土流動(dòng)，如圖5所示，可能導(dǎo)致流砂，加劇海崖的蝕退。

降雨在地表形成的集中水流能夠切割海崖，在海崖上形成較大的沖溝，破壞了海崖在縱向上的連續(xù)性，這種現(xiàn)象也存在于美國(guó)加利福尼亞州西海岸。

2.1.2 海洋水動(dòng)力

該區(qū)水動(dòng)力作用較強(qiáng)，據(jù)統(tǒng)計(jì) 1973～2008年間，影響平潭的臺(tái)風(fēng)達(dá)157次，平均每年為4.5次［1］。每年5月到11月是臺(tái)風(fēng)影響的集中時(shí)間段，特別是每年的 7～9月，約占總次數(shù)的 70%。根據(jù)平潭海洋站（119°51′E，25°27′N）監(jiān)測(cè)的21 a波浪統(tǒng)計(jì)資料，該區(qū)在臺(tái)風(fēng)期間一般最大波高Hmax為7.1～9.5 m，最大可達(dá)16.0 m，平均波浪周期T為5.3～5.4 s［7］。

根據(jù)歷年統(tǒng)計(jì)資料，該區(qū)潮流屬半日潮流，表層漲潮潮流流速最大可達(dá)83 cm/s，流向252°，落潮流最大流速為78 cm/s，流向93°； 底層漲潮潮流流速最大可達(dá) 76 cm/s，流向 272°，落潮流最大流速為 78 cm/s，流向90°。最高潮位7.32 m，最低潮位-0.22 m，平均高潮5.85 m，平均低潮1.78 m，平均海面3.76 m［7］。

在極端海況下，風(fēng)暴潮引起海崖處的水深激增，破碎波拍打在海崖面上，對(duì)海崖形成一動(dòng)力作用，造成砂土液化、黏土軟化，強(qiáng)度降低，在重力和波浪剪應(yīng)力作用下發(fā)生破壞。破壞的土體滑落到海崖底部，在水動(dòng)力作用下搬運(yùn)到其他位置，搬運(yùn)的過(guò)程中，還可對(duì)下部土體產(chǎn)生磨蝕作用，加劇下部海灘土體的侵蝕。

極端海況下的海洋水動(dòng)力作用要比正常海況下的大很多，故一次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)誘發(fā)的蝕退量巨大，但是正常海況下每天潮水的漲落對(duì)海崖蝕退也有重要影響，尤其是滑塌后的砂土，遇到潮水后，容易產(chǎn)生崩解，崩解后在潮水作用下容易發(fā)生運(yùn)移。

2.1.3 強(qiáng)風(fēng)

平潭島上的強(qiáng)風(fēng)對(duì)海崖蝕退也有影響，在某些強(qiáng)度較低的崖面上，強(qiáng)風(fēng)可能吹走某些黏性較小的細(xì)小砂土顆粒。在調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)一迎風(fēng)崖面上發(fā)育有眾多密集的圓錐凸起，直徑一般小于1.0 cm，高度小于3.0 cm，凸起的方向剛好與來(lái)風(fēng)方向平行，如圖5所示。強(qiáng)風(fēng)一方面對(duì)海崖蝕退有貢獻(xiàn)，另一方面又能將砂土吹到海崖頂面，形成風(fēng)積砂層，或形成砂壩，但這些風(fēng)積砂層往往處于干燥狀態(tài)，強(qiáng)度較低，在強(qiáng)風(fēng)作用下可進(jìn)一步向背離海崖的方向移動(dòng)； 遇到降雨或強(qiáng)風(fēng)浪，又極易容易侵蝕，重新回到海灘上。

2.1.4 人為活動(dòng)

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，海灘上有若干取砂車，圖5所示，將灘面上沉積的砂土取走，用以做建筑材料。取砂活動(dòng)降低了海灘面的高度，能夠加劇海崖的蝕退。

圖5 平潭島軟質(zhì)海崖蝕退的外部影響因素實(shí)景圖Fig. 5 Photos of external influencing factors relating to the soft sea-cliff retreat on the Pingtan Island

2.2 內(nèi)部因素

2.2.1 土體種類與強(qiáng)度

土體工程性質(zhì)影響海崖的蝕退速率，包括土體種類、重度、含水量、顆粒組成和強(qiáng)度等。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)軟質(zhì)海崖土體主要為砂土、粉質(zhì)黏土和黏土3種，其主要工程性質(zhì)見(jiàn)表2所示。

這3種土體的抗侵蝕能力不同，砂土的最低、粉質(zhì)黏土居中、黏土最強(qiáng)，在同樣水動(dòng)力條件下，蝕退量也不同。砂土主要為風(fēng)積砂，主要礦物為石英、長(zhǎng)石和黑云母，由于無(wú)黏性，在水動(dòng)力作用下極易發(fā)生崩解和運(yùn)移； 粉質(zhì)黏土和黏土主要是花崗巖風(fēng)化殘積土，具有較高的強(qiáng)度，特別是位于海崖下部的黏土，黏粒含量較高，可塑性較強(qiáng)，在上覆幾米至十幾米高土體的重力作用下，固結(jié)程度較高，超固結(jié)比OCR位于5.5～9.1，強(qiáng)度可達(dá)58.0 kPa以上，在水動(dòng)力作用下不易遭到侵蝕。

表2 3種土體的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)Tab. 2 Physical and mechanical indices of three soil types

調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)同一海崖斷面上從上到下分別為砂土、粉質(zhì)黏土和黏土層，其中，砂土的蝕退量最大，粉質(zhì)黏土的居中，黏土層的最小，最下部的黏土層向海洋方向延伸出形成臺(tái)地，如圖6所示。海灘上形成有黏土殘留體，圖6所示，該殘留體長(zhǎng)度為8.71 m，寬度為1.33 m，高度為0.34 m。海崖坡角處的黏性土具有的較強(qiáng)抗侵蝕能力，能夠有效保護(hù)坡腳免受侵蝕，海崖蝕退速率相對(duì)緩慢。

圖6 蝕退過(guò)程中形成的黏土臺(tái)階和黏土殘留體Fig. 6 Clay steps and residues after retreat

2.2.2 土體崩解性

土體在受到降雨或海洋水動(dòng)力作用時(shí)，水分進(jìn)入土體內(nèi)部后，可產(chǎn)生崩解作用，進(jìn)而加劇海崖蝕退。土體崩解后，強(qiáng)度喪失，隨之土顆粒脫離出來(lái)進(jìn)入水體內(nèi)部。該調(diào)查中，同時(shí)進(jìn)行了土體崩解試驗(yàn)以測(cè)試不同土體的崩解性。試驗(yàn)裝置包括支架、彈簧秤、繩索、金屬網(wǎng)、水桶和計(jì)時(shí)器，其結(jié)構(gòu)形式如圖7所示。研究區(qū)內(nèi)風(fēng)速較大，為了避免大風(fēng)對(duì)試驗(yàn)的影響，試驗(yàn)選在廢棄的船體內(nèi)部進(jìn)行。將一根木棍固定在船體上作為支架，利用包皮電線作為繩索，將彈簧秤固定在支架上，彈簧秤采用電子數(shù)顯式的，金屬網(wǎng)為鐵絲編制的網(wǎng)子，網(wǎng)格大小為1.0 cm×1.0 cm，金屬網(wǎng)呈正方形，邊長(zhǎng)為 20 cm，水桶為塑料桶，直徑和高度均為30 cm，計(jì)時(shí)器采用手表。

圖7 崩解試驗(yàn)裝置示意圖Fig. 7 Schematic diagram of the disintegration of test device

在海崖上取土樣，將土樣削成立方體，邊長(zhǎng)、寬均為10 cm，高度為15 cm； 將繩索綁扎在金屬網(wǎng)的4個(gè)角上，并將土樣放置在金屬網(wǎng)上； 然后用彈簧秤稱取重量后，將彈簧秤掛在支架上，使得土樣全部淹沒(méi)在海水中，開(kāi)始計(jì)時(shí)讀數(shù)，每10 s鐘讀取一次彈簧秤讀數(shù)； 隨著土樣的崩解，彈簧秤讀數(shù)逐漸降低，其差值即為土樣的崩解量。試驗(yàn)中測(cè)試的土樣分別為干燥粉質(zhì)黏土、潮濕粉質(zhì)黏土、潮濕黏土和潮濕砂土，其中，干燥粉質(zhì)黏土和潮濕砂土隨著時(shí)間t的測(cè)試結(jié)果繪制于圖8中。其中崩解率a定義為：

式中，mΔ為土樣不同時(shí)間崩解的質(zhì)量，0m為土樣崩解前的質(zhì)量。

圖8 試驗(yàn)土樣隨時(shí)間的崩解率Fig. 8 Disintegration rate of soil samples

可以看出，潮濕砂土的崩解速度非常快，放入海水中后約20 s，土樣完全崩解； 干燥粉質(zhì)黏土的崩解較快，約1 min后崩解率達(dá)到44%。潮濕粉質(zhì)黏土和黏土的崩解速度非常慢，經(jīng)歷0.5 h后，土樣幾乎沒(méi)有任何質(zhì)量喪失，后來(lái)將土樣放置到潮水中，測(cè)試水動(dòng)力作用下的崩解量，經(jīng)歷0.5 h后，也幾乎沒(méi)有崩解。

試驗(yàn)中，干燥粉質(zhì)黏土和砂土放入海水中后，大量氣泡冒出，隨之海水變得渾濁。這是因?yàn)楦稍锏姆圪|(zhì)黏土土樣存在眾多孔隙，內(nèi)部填充有空氣，當(dāng)進(jìn)入水后，海水將孔隙內(nèi)部的空氣擠出，產(chǎn)生氣泡冒出水面；氣泡的冒出帶動(dòng)崩解的細(xì)小顆粒運(yùn)動(dòng)，使得海水變得渾濁； 而潮濕的粉質(zhì)黏土和潮濕黏土土樣試驗(yàn)時(shí)，沒(méi)有氣泡產(chǎn)生，海水仍十分清澈。試驗(yàn)結(jié)束后，砂土散落在水桶的底部，而干燥粉質(zhì)黏土土樣崩解成球形，如圖9所示，滾落到水桶底部，試驗(yàn)結(jié)束。

試驗(yàn)中的土樣崩解是從 6個(gè)面發(fā)生的，而海崖土體產(chǎn)生崩解時(shí)，只有臨空面產(chǎn)生崩解，其余5個(gè)面由于周圍土體的覆蓋不會(huì)崩解。土樣每個(gè)面上的崩解速率視為相同，則經(jīng)過(guò)換算知每個(gè)面在1 min后約崩解的厚度為 2.4 cm，即得到干燥粉質(zhì)黏土的崩解速率為 2.4 cm/min，即對(duì)于海崖坡面的干燥粉質(zhì)黏土，每分鐘崩解的厚度為2.4 cm。

某些海崖坡面或滑塌物暴露的空氣中，隨著時(shí)間逐漸變得干燥，在遇到海水時(shí)，從表層開(kāi)始往里逐漸崩解，而隨著崩解的發(fā)生，里層的土體含水量逐漸增大，可以推測(cè)其崩解速率逐漸減小； 某些海崖坡面由于地下水的存在，土體潮濕，其崩解速率也較小。

圖9 土樣崩解后形成的球形體Fig. 9 Spherical soil sample bodies after disintegration

3 進(jìn)一步開(kāi)展的研究

迄今為止，對(duì)于軟質(zhì)海崖的蝕退研究，大都集中在蝕退量的確定方面，一般借助于不同時(shí)間的衛(wèi)星遙感圖對(duì)比資料或現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，或簡(jiǎn)單理論推算，尚處于研究的初級(jí)階段，對(duì)于下述問(wèn)題可開(kāi)展深入研究。

（1） 海崖蝕退水動(dòng)力條件方面，研究極端海況下軟質(zhì)海崖的水動(dòng)力荷載特征，包括海崖不同位置處的波浪在坡面上的循環(huán)動(dòng)應(yīng)力、水流流速及方向，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)儀器監(jiān)測(cè)可獲得比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，如在坡面上固定孔隙水壓力計(jì)，壓力傳感器朝向來(lái)浪方向，可監(jiān)測(cè)到坡面上的循環(huán)動(dòng)應(yīng)力大小、周期等，但監(jiān)測(cè)難度較大，監(jiān)測(cè)儀器也可能隨著坡面的滑塌而丟失；

（2） 海崖滑塌過(guò)程試驗(yàn)?zāi)M方面，在室內(nèi)利用大型水槽試驗(yàn)?zāi)M波浪作用下海崖的滑塌過(guò)程，在水槽一端人工堆砌一定高度和坡度的海崖，同時(shí)在海崖內(nèi)部和表面安裝孔壓傳感器，制作波浪，監(jiān)測(cè)波浪導(dǎo)致的土體內(nèi)部孔壓變化和崖面波壓力大?。?利用安裝在海崖一側(cè)的攝像機(jī)記錄海蝕槽的形成發(fā)育過(guò)程、上覆土體的滑塌過(guò)程和滑塌物的搬運(yùn)過(guò)程等。

（3） 在蝕退機(jī)制方面，研究土體在動(dòng)水壓力作用下的動(dòng)力響應(yīng)特征，包括土體崩解、液化、侵蝕與滑塌等，這些響應(yīng)特征受土體種類、密實(shí)度、含水量、強(qiáng)度，以及外力作用的影響，通過(guò)試驗(yàn)或理論方法建立外力作用與土體響應(yīng)特征的關(guān)系，對(duì)于定量分析與預(yù)測(cè)海崖蝕退具有重要意義。海崖蝕退是以侵蝕和滑塌形式表現(xiàn)出來(lái)的，土體的崩解與液化能夠加劇侵蝕與滑塌過(guò)程，明確土體崩解與液化隨波浪持續(xù)作用的變化過(guò)程，及由此導(dǎo)致的海崖侵蝕和滑塌量也具有重要意義。

（4） 海崖蝕退量確定與預(yù)測(cè)，確定過(guò)去和預(yù)測(cè)未來(lái)若干年后海崖蝕退的尺度及土體損失量。通過(guò)打設(shè)觀測(cè)樁或利用 GPS、或?qū)Ρ刃l(wèi)星遙感圖片等手段，得到海崖蝕退量； 利用過(guò)去數(shù)據(jù)或蝕退物理模型，預(yù)測(cè)未來(lái)若干年后海崖蝕退的尺度及土體損失量，為土地規(guī)劃和城市建設(shè)提供理論依據(jù)。

（5） 研究海蝕槽（洞）的發(fā)育過(guò)程、邊坡滑塌條件、滑塌物對(duì)坡腳的保護(hù)作用及再侵蝕過(guò)程。研究海蝕槽（洞）隨著波浪持續(xù)作用的發(fā)展尺度，分析海蝕槽（洞）的發(fā)育對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，獲得邊坡的滑塌條件；當(dāng)滑塌物堆積到坡腳時(shí)，分析滑塌物的侵蝕過(guò)程，隨著侵蝕滑塌物粒度成分的變化及侵蝕完畢的時(shí)間?？赏ㄟ^(guò)水槽試驗(yàn)?zāi)M海崖這一系列變化過(guò)程。

致謝： 感謝張肖在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和試驗(yàn)中做出的辛苦勞動(dòng)。

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（本文編輯： 劉珊珊）

中圖分類號(hào)：P642.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-3096（2016）04-0100-08

doi：10.11759/hykx20140312003

收稿日期：2014-03-12； 修回日期： 2014-08-06

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41306051）； 福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2015J01625）

作者簡(jiǎn)介：常方強(qiáng)（1980-），男，山東青州人，博士，副教授，從事海岸與海洋工程地質(zhì)研究及教學(xué)工作，電話： 15359227011，E-mail：changfq@hqu.edu.cn

Study on the retreat of soft sea cliff in the northeast Pingtan Island，F(xiàn)ujian Province

CHANG Fang-qiang
（Institute of Geotechnical Engineering，Huaqiao University，Xiamen 361021，China）

Received： Mar. 12，2014

Key words：soft sea cliffs； retreat； disintegration

Abstract：To reveal the retreat mechanism of soft sea cliff （SSC），the characteristics，retreat patterns，and influencing factors of the retreat of SSC in the northeast Pingtan Island，F(xiàn)ujian Province，were measured and studied. Moreover，the disintegration rate of the sand and silty clay of the island were tested using a developed disintegration instrument. The study found that the volume and accumulation distances of slumping soil increases with the height of the SSC and that each slump leads to a retreat distance of between 0.08 and 1.23 m. The covering slump at the foot of the SSC temporarily protects the cliff； however，it is more prone to erosion as it is disturbed when sliding. The sea cliff notch at the foot of cliff greatly controls slump formation. Rainfall，ocean waves，strong winds，and human activities are responsible for the retreat. The anti-erosion ability of soil proceeds from weak to strong in sand，then silty clay to clay. Moreover，the disintegration rate of dry silty clay in-situ is 2.4 cm/min.