丹霞地貌坡面崩塌发育基本条件及其影响因素定量研究-以广东丹霞山为例

Danxia Landform has been initially designated and studied by geologists for more than 90 years in China, and its framework of discipline has basically taken shape. However, most researches focused on qualitative description with regarding to the basic form of slope development of Danxia landform which is one of the key issues in Danxia research. As the Danxia research accepted by scholars across the world, the quantitative research is urgently needs to be strengthened especially in aspects of basic Danxia theory. The Mt. Danxiashan in Shaoguan City, Guangdong Province is taken as the study area. Firstly, the parameters of physical and chemical properties and rock mechanics was obtained based on the field investigation and lab experiment; meanwhile, we will quantitatively explore the influence of weathering on the rock mechanical properties. After that, the 3D geometrical model will be created by using the photogrammetric technique Structure-from-Motion. Finally, based on the finite element method supported by Midas/GTS software, the basic form of slope development and features of stress state will be identified during the retreat of basal softrock layer under the different combination of impact factors, such as attitude of stratum, joints and faults, and shape of cliff, in addition, how the weathering extent of rock layer will influence the collapsing will be explored and the conceptual model of the development of Danxia slope will be proposed. This project is at the frontiers of science and featured by interdisciplinary, at the same time intends to deal with the basic theoretical problem. A deeper understanding of this problem can strengthen China’s leadership in Danxia research and prevent destruction of human life and infrastructure developed in popular scenic area, thus, it’s of great theoretical and practical significance.

中国丹霞地貌研究已有90年的历史，其学科体系基本成型，但在坡面发育方式的基本问题上，仍以定性描述为主，亟需加强对其基础理论问题的定量研究。本项目选择丹霞地貌命名地广东丹霞山为研究案例，首先通过野外采样和室内试验，获取岩层理化和力学性质参数，开展陡崖坡不同岩层的抗侵蚀研究，获取实验室条件下模拟不同气候因素对岩石风化程度和力学强度变化的影响；然后，通过摄影测量和可视化运动相机恢复技术建立崖壁的三维几何模型；最后，在Midas/GTS软件中通过有限元方法，主要模拟底部软岩风化后退过程中崖壁在不同的地层产状、节理断裂和崖壁形态下的应力特征及崩塌方式，模拟不同风化程度岩石的力学特征下对崩塌过程的影响，提出丹霞地貌坡面发育基本方式的模型。本研究具有国际前沿性和多学科交叉特色，面向丹霞地貌基础理论问题，对强化我国在丹霞地貌研究学科的国际领先地位和提升丹霞景区崩塌灾害防治能力，具有重要的理论和实践意义。

丹霞地貌是由中国学者命名的地貌类型，目前在国际学术界有较为广泛的认知。但丹霞地貌的研究依然存在基础学科问题研究薄弱，仍然以定性描述为主，定量化研究成果较少的问题。丹霞地貌要真正走上国际学术舞台，需要以中国丹霞地貌研究成果作为全球研究的基础，其规范化、系统化的基础研究是当前必要而迫切的工作。.本项目对红层的分布面积及其承载的人口等本底信息做了全面调查，获得了红层区人口面积等重要数据，全面梳理了全国丹霞地貌的开发利用情况，并提出了红层与丹霞地貌区的资源利用和保护的策略。对丹霞地貌的形成和发育机制开展定量研究，通过系统化地获取探索了影响丹霞地貌发育的构造、岩性、气候等因素的影响。同时对控制丹霞地貌发育的软岩层的快速风化过程的影响因素开展系统研究，提出了基于Image J的非干扰情况下确定风化速率的新方法，明确了温度作为重要因素显著影响风化崩解速度。.通过全面搜集和梳理全国丹霞地貌的特征信息和大尺度的丹霞地貌对比，完成全国丹霞景观的空间分异研究，该研究第一次从全国层面上系统性定量分析了中国丹霞地貌景观的影响因素，明确了喜马拉雅运动的重要控制作用，具体体现在，喜马拉雅运动的升降格局控制了丹霞地貌的空间分布，也控制了丹霞岩层倾斜程度；盆地类型造成岩性的空间分异，影响坡面形态；岩石强度对崖壁高度影响较小，但垂直方向上的岩石强度差异影响坡面形态，进一步影响地貌过程；气候影响当前活跃的地貌过程。丹霞景观特征在空间分布上的分异是构造演化历史、自然地理环境等因素的区域性表现。针对软岩层的研究，发现温差变化作为常常被忽视的环境因子，对软岩层的快速风化崩解有重要影响。.本研究基本理清了构造、岩性和气候等因素对丹霞地貌发育的影响，有助于丹霞地貌的学科理论体系的构建。