La Clapière:法国最大的滑坡仍然是一个主要风险吗?

  La Clapière滑坡(Alpes-Maritimes)涉及5000万m3。1980年前后发现,滑坡现象呈逐渐加速的趋势,季节变化明显。1987年至1988年,速度达到峰值,这引发了人们对其发生灾难性破裂的担忧,于是开挖了一条引水隧洞。之后,由于滑坡体内部排水的改善,其滑动出现了减速。

环境百科全书-La Clapière-La Clapière的地理位置
图1. La Clapière的地理位置(摘自IGN地图)

  La Clapière滑坡位于尼斯以北80公里的南阿尔卑斯山(图1)。它发育于锡涅河的左岸。锡涅河是瓦尔河的一条支流,位于圣埃蒂安-德锡涅村下游不到一公里的地方。滑坡从海拔1100米的谷底延伸至海拔1760米。滑坡的总面积约为1.2km²,其体积约为5000万m3(50hm3)。四十年前,巨石崩塌和道路变形引起了人们的关注,并检测到边坡失稳现象。。1982年底,通过测量对侧的距离,人们对滑坡的移动情况进行了监测。1984年,该公路暂时改道,1986年,公路最终改为位于锡涅河右岸的斜坡上。

  20世纪80年代末,人们预计这里会出现灾难性的断裂。为了避免河谷中大坝带来的风险,在1988年塔捷耶夫(H.Tazieff)部长访问后,人们研究了一项隧道工程,并准备于1989-1991年间在锡涅河右岸下修建。当时已经确定好了禁止进入滑坡底部的区域以及假定扩展区域内的施工区域,应急计划也已到位。然而,早在1988年,滑动体运动就出现了减速,并被几个季节性高峰所打断。2019年,在累积位移超过100米后,主体似乎稳定了下来(见动画Clapiere.avi)。

1. 一个古老的现象又被激活了

环境百科全书-La Clapière-滑坡的主要区域
图2. La Clapière滑坡的主要区域(摄于2007)[来源:©J-L Durville]

  该滑坡以曾经占据山谷的锡尼冰川的足迹为标志:底部的陡坡(约40°)、1600米左右的山坡以及上面较软的斜坡。拉博恩斯支流的连接槽沿滑动面向东南方向延伸(图2)。滑坡体顶部分成两个瓣状裂片(图2);它的底部位于谷底,通过挤占锡涅河,逐渐覆盖了道路和冲积层。

  圣埃蒂安(Saint-Étienne-de-Tinée)的年平均降雨量为990毫米。海拔3000米的山坡上部,冬春两季都被积雪覆盖。

1.1. 地质状况

  La Clapière滑坡位于Argentera Mercantour地块西南边缘,与三叠纪的沉积岩接触。它发育在由海西期变质岩组成的斜坡上。海西期变质岩主要为片麻岩、角闪岩和混合岩—即安妮尔(Annelle)系列,其中由块状混合岩组成的80m厚的伊格利尔地层可以独立出来(图3)。在安妮尔系列的某些层上,云母(黑云母)的比例较高,促进了蚀变。

环境百科全书-La Clapière-通过锡涅山谷的地质剖面
图3. 通过锡涅山谷的地质剖面。请注意伊格利尔地层的岩坎和即将到来的下沉。据Follacci等人,1988[1]。[来源:C Felix Darve]

  主要构造特征来源于海西期和阿尔卑斯构造阶段[1]。海西期的叶理通常平行于锡涅山谷,即西北/东南;其在深度上向地块内部倾斜,倾角为60-80°(图3)。除了叶理之外,两个不连续方向也起主要作用:N10-N20°和N60-N90°。在没有打钻孔的情况下,我们假设滑坡底部可能存在着三叠系石膏岩,但其现在被冲积物充填所掩盖。

  距今13,000(以1950年为今)年前,锡涅山谷的冰川消退之后,冰碛物和冲积层填满了谷底,厚度达几十米。

  从水文地质的角度来看,该滑坡可以视为一个两层模型:一层为基底,与锡涅山谷冲积层下的地下水相连并浸润至滑坡脚,另一层位于片麻岩减压区(地表面几十米),为滑坡顶部特别是上部滑坡提供补充。

1.2. 滑坡失稳的历史

环境百科全书-La Clapière-1986年的La Clapière
图4. 1986年的La Clapière。[来源:J-L Durville]

  利用宇宙核酸对斜坡上的岩石悬崖进行测年,这将标志着滑坡失稳的首次现象,提供了距今10000年或者说冰消后约3000年的时代。与当前滑移相对应的第一次破裂可追溯到距今3600(-1650年)年前。

  在1938年的航拍照片上,可以看到一个高陡崖开始形成,与当前滑坡的西北处的裂片相对应。在20世纪50年代,两个裂片形成了一个干净的高陡悬崖,而严格意义上的La Clapière的岩锥边坡上则布满了许多块体。

环境百科全书-La Clapière-多目标的月速度图
图5. 多目标的月速度图(mm/d)。1982年至2013年间的视距测量。请注意,主滑坡的主要峰值出现在1987年末。[来源:文件© P.Maurin]

  大约在1976年,岩锥的活动和位于坡脚道路的变形引起了当局的警惕。1977年,Jean Goguel参观现场后,尼斯桥梁和路面实验室(Laboratoire des Ponts et Chaussées de Nice)作出了一份报告,质疑涉及大部分斜坡的运动是否存在。距离测量证实了整体运动(图4),同时,与降雨或降雪有关的季节性波动明显,且加速趋势明显(图5)。

  1987年,西北裂片(NW裂片)上形成了一个新的断裂,使上游陡崖形成弧形(图2)。在1987-1988年的冬天,某些点的速度达到了10厘米/天(图5)。然而,运动随后迅速放缓。

环境百科全书-La Clapière-2016 年的 La Clapière
图6. 2016 年的 La Clapière。观察到NW处的裂片再次活动。[来源:© P.Maurin]

  拉邦裂片上游的一次显著倒退发生在1989年左右,在1997年加剧。这次倒退界定了上部滑坡的范围(约5hm3),上部滑坡逐渐超过了主滑坡(图2)。

  即使在非常潮湿的时期,减速仍然以峰值为标志,特别是在上层滑坡中。减速一直持续到移动量很低的今天(自2010年以来,滑坡主体上大多数目标的位移不足20厘米/年)。自2010年初以来,已经观察到NW裂片的显著位移,但未向上游倒退。

  在累积位移达到100至130m之后,滑坡体会受到表面侵蚀,特别是上游陡崖的侵蚀退化(图6)。

2. 从各个角度观察和测量滑坡

2.1. 距离测量

  自1983年以来,通过对面的红外线进行距离测量的系统一直在运行[2]。测量数据是由相距1公里的两个测距仪采集数年,然后由一台设备采集的。滑坡内部和周围有30到50个监测目标。

  山谷中湿度和气温的变化会干扰电磁波,为了纠正由此产生的误差,每次对位于滑坡外围的3或4个固定目标进行测量。对于600到1800米的距离,校正后的精度估计在3到6毫米之间。

  此外,每年都会进行一次大地测量以确定3D位移矢量。

2.2. 数字差分地形模型(Digital Differential Terrain Models)

  利用在不同日期采集的两个数字地形模型(DTM),可以评估给定点(x,y)的地面高度变化Dz。因此,Serratice[4]将1970年和1997年航拍照片中的DTM进行了比较:滑坡下部(明显)的膨胀和上部的(明显)沉降非常明显(几十米),但体积平衡显示出非常小的变化,小于1%。

2.3. 地面和卫星图像

  除了经典的能够识别滑坡中的重要演变[5]的多日期照片解释,不同作者还对航空照片进行了定量开发利用。

  Delacourt等[6]对1983年、1991年和1999年的航拍照片进行校正后,估算了各滑坡段的水平位移。特别是在两个极端日期之间,伊格利尔岩坎(Iglière’s bar)在 NNW段增加了160m,在SSE处增加了120m,而滑坡底部前进了115m。

  Delacourt等人[6]在1995年和1999年的航拍照片中使用了图像相关技术,获得了这两个日期之间的水平位移图。

3. 运动学和机械模型

3.1. 古代的变形

环境百科全书-La Clapière-断裂发展示意图
图7. 断裂发展示意图(根据Follacci,1999年[2])。[来源:© Felix Darve]

  La Clapière的斜坡由片麻岩组成,走向与山谷平行,其叶理向斜坡内侧强烈倾斜。然而我们可以观察到,当接近表面时,这种倾角逐渐减小,直至在滑动区域附近变为水平,甚至倒置(图3)。这种倾角的变化可以通过重力现象来解释-修剪(mowing:河岸会在重力和坡度的影响下倾斜,或者由构造成原的地层褶皱而倾斜,这两种原因可以综合作用。

  冰川作用给滑坡留下的凸起的几何形状,容易造成滑坡下部的失稳。冰川如同一只脚一样停在地层上,它的融化导致了山体的不平衡,这在冰川峡谷中经常可以观察到。然而,不稳定似乎早在锡尼冰川融化之前就开始了。气候因素和石膏岩可能的彻底分解可能是导致断裂的原因。

  现场观察和航空照片的解释帮助Follaci[3]建立了破裂发展的模型,该模型在时间和空间上都是不均匀的。破裂首先发生在东南裂片,此处的破裂由于附近存在拉邦山谷而减弱。然后,破裂到达位于伊格利埃沙坝上方的西北裂片,最后到达整个高度(图7)。

  直到1990-1991年左右,上下速度才趋于一致,这表明其正向一个整体旋转的滑坡过渡。

  因此,可以保留Follaci[2]提出的断裂面逐渐“平滑”时形成的图像(图6)。此外,由块状混合岩构成的伊格利埃岩条是斜坡的加固物,其渐进性断裂可能导致20世纪80年代时的加速。应记住,滑动面上的“粗糙度”通常具有其在坡度方向上长度的1%至2%,此处表示超过10米。

3.2. 近期的滑动阶段:一点力学

  考虑到累积位移,可以假设1988年以后形成了近似圆形的断裂面。虽然我们在滑坡上没有任何钻孔,但我们可以使用滑坡位移的倾角来估计约90m处的滑坡深度。假设边界平衡(不光滑)的条件下,反演得到剩余机械参数:粘聚力c’r=0,摩擦角φ’r=32.5°。

  在1987-1988的危险期期间,滑坡的动能(½MV²)不到1J,但每天的势能损失约为100MJ。因此,巨大的势能储备完全以滑动体的形变/破裂以及滑坡表面的热量而损失。

  如果我们比较1970年和1992年之间滑坡的形态(100m位移, 1000m的断裂长度),力矩的减小至少可以部分解释1987年峰值之后的减速。但也可以从水文地质方面找原因。

4. 水文地质因素的重要性

环境百科全书-La Clapière-山体主体滑坡速度和锡涅河水流速度的相关性
图8. 山体主体滑坡速度和锡涅河水流速度的目标为每天10毫米。除了1987、1988,我们观察到二者的峰之间有很好的相关性。[来源:ceremonies数据,J-L Durville的图表]

  在最初几年的测量中,速度的季节性变化是显而易见的(图8)。同时,为了监测和预警等科学目的,试图关联速度和降水量(或锡涅河流速)的尝试已经增加。

  考虑到像La Clapière滑坡这样岩石地块中水文地质情况的复杂性,我们使用不同类型的“黑箱”或灰箱模拟了供水P(雨或雪融化,即使考虑雪融化可能不够完美)和滑动速度V之间的耦合。为了更好地反映P→V的控制过程,将该过程分为水文地质部分“P→H”和力学部分“H→V”。因此,所有模型都考虑了一个假想的压力水位H,即供水(降水P,或更好的入渗I)与排水之间的差值。根据第n天的H和之前几天的P估计出第n+1天的H。模型的力学部分使用了不同的定律,简单地将速度或加速度与H的高度联系起来。

  这些模型都可以根据测量值调整它们的参数来获得计算和测量之间的良好一致性,但这种校准必须经常更新。此外,这些模型无法预测滑坡行为的主要变化,特别是1987年的峰值速度。这似乎证实了流体力学行为发生了重大变化。同样,在2001年或2013年,观察到的“颠簸(jolts)”(图5)可以用临时阻塞来解释。

  因此,模型的这种不足使得这种方法不可能预测灾难性的破坏;然而,人们仍然有兴趣在几天内内进行预测,因为预测和测量之间的任何差异都可能是滑坡行为变化的迹象。

  更一般地说,滑坡主体对水输入的敏感性可以通过年位移量D与年降水量P的比值来评估(表1)。1986/1987年和2000年之后,D/P显著减少了20-40倍。

表1 一年累计位移量(m)和累计降水量(m)。

  水量控制随时间的演变可以解释为变形/渗透耦合的结果。因此,1987-1988年峰值之后的减速(图7)反映出不连续点相当迅速的开放,,促进了排水。值得注意的是,1996-1997年的第二个峰值反而可能与排水能力的暂时下降相对应(裂隙封闭等)。

5. 滑坡的传播

环境百科全书-La Clapière-塌陷锥体
图9 塌陷锥体:滑落体积5hm³,坡度为30°。[来源:根据Serratrice,2006,参考文献.[4]]

  20世纪80年代中期,在一次影响范围约50hm3的加速运动期间,出现了山谷可能堵塞的问题。已有几种采用不同的途径模拟材料传播和扩散的方法,:连续的粘性流体介质,考虑摩擦的连续基本体单元滑动,以及较简单的方法如锥法(图9)。

6. 需要记住的信息

  • 在法国,La Clapière是第一个受益于密集和精确监测仪器的主要滑坡运动,而Séchilienne(Isère)站点也在几年后安装了相关设备。
  • 虽然这种仪器的主要目的是保障公共安全,但其科学贡献也十分丰富,主要是在分析水文地质控制方面。还应当指出,由于对现象的了解取得了进展,对滑坡施行的监测也就更加可靠。
  • La Clapière的历史现在几乎已经结束,现在真正活跃的阶段已让位给由于侵蚀造成的缓慢退化——除非上游出现显著衰退。在这几千年的历史中,一个引人注目的事实是,最终并没有发生数百万立方米的快速灾难性下滑,而这一事件在1987年看起来很有可能发生。
  • 1987年底La Clapière突然的减缓,因此没有发生灾难性的滑坡,这归因于水文地质条件的变化,显著的累积变形有利于滑坡体良好的排水,同时减少了液压的影响。为此,关于变形和地下水力条件之间的耦合,我们可以加上由于滑坡体的百米下滑而减少的力矩,尽管非常缓慢,但这一下滑一直持续到今天。

参考资料及说明

封面照片:[来源:©J-L Durville]

[1] Follacci J.P.、Guardia P. Ivladi J.P.(1988),La Clapière (Alpes-Maritimes)的地球动力学环境中的滑坡,国际滑坡研讨会,洛桑。

[2] Follacci,J.-P.(1999),La Clapière滑坡(Alpes-Maritimes)16年的监测,路桥中央实验室通讯,220:35-51

[3] Follacci J.P.(1987),从La Clapière到圣埃蒂安-德锡涅村(Alpes-Maritimes)的滑坡运动,LPC联络公报,n°150-151。

[4] Serratrice,J.-F.(2006),采用扩散法模拟大型岩体滑坡,适用于La Clapière(Alpes-Maritimes)和et de Séchilienne(Isère)地区,路桥中央实验室通讯,263-264:53-69。

[5] Potherat P.(1994),La Clapière 滑动的照片解释—1955年至1992年滑动的运动学结构分析,巴黎第七届国际IAEG大会。

[6] Delacourt C.、Allemand P.、Casson B.、Vadon H.(2004),通过航空和Quickbird卫星图像的相关性测量的“La Clapière”滑坡或流速场,Geophys. Res. Lett,31,L15619,doi:10.1029/2004GL020193。


译者:霍宏鑫          编审:崔岩山          责任编辑:胡玉娇


环境百科全书由环境和能源百科全书协会出版 (www.a3e.fr),该协会与格勒诺布尔阿尔卑斯大学和格勒诺布尔INP有合同关系,并由法国科学院赞助。

引用这篇文章: DURVILLE Jean-Louis, PEREZ Jean-Louis, Patrice MAURIN (2022), La Clapière:法国最大的滑坡仍然是一个主要风险吗?, 环境百科全书,[在线ISSN 2555-0950]网址: https://www.encyclopedie-environnement.org/zh/sol-zh/la-clapiere-largest-french-landslide-major-risk/.

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