昆布兰滑坡(La Clapière):法国最大的山体滑坡是否仍为主要风险?

  法国昆布兰的山体滑坡(Alpes-Maritimes)体积达5000万m3。1980年前后发现,滑坡呈加速趋势,随季节变化明显。1987年至1988年,速度达到峰值,人们开始担忧山体发生严重破裂,于是挖凿了引水隧洞。之后,由于滑坡体内部排水改善,其滑动开始减速。

环境百科全书-La Clapière-La Clapière的地理位置
图1. 法国昆布兰滑坡(La Clapière)的地理位置(摘自IGN地图)

  法国昆布兰(La Clapière)滑坡位于尼斯以北80km的南阿尔卑斯山(图1),发育于锡涅河左岸。锡涅河是瓦尔河的支流,距圣埃蒂安镇德锡涅村下游不到一公里。滑坡从海拔1100m的谷底延伸至海拔1760m处。滑坡总面积约1.2km²,体积约5000万m3(50hm3)。四十年前,人们察觉到巨石崩塌和道路变形,并检测到边坡失稳现象。1982年底,通过测量对侧距离,人们对滑坡移动情况进行监测。1984年,该公路暂时改道,1986年,公路最终置于锡涅河右岸的斜坡上。

  20世纪80年代末,人们预测此处可能出现严重断裂。为避免河谷大坝带来的风险,1988年塔捷耶夫(H.Tazieff)部长访问后,人们研发出隧道工程,准备于1989至1991年间建于锡涅河右岸。当时已确定滑坡底部禁入区及假定扩展区内的施工区,应急计划也已到位。然而,早在1988年,滑动体运动就出现减速,并被几个季节性峰值打断。2019年,累积位移超过100m后,主体似乎稳定下来(见动画Clapiere.avi)。

1. 古老现象重演

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

  该滑坡上留下了锡涅冰川占据山谷的足迹:底部的陡坡(约40°)、1600m左右的山坡及上面较软的斜坡。拉博恩斯支流的连接沟槽沿滑动面向东南方向延伸(图2)。滑坡体顶部分为两个瓣状裂片(图2);滑坡底部位于谷底,通过挤占锡涅河逐渐覆盖道路和冲积层。

  圣埃蒂安德锡涅村(Saint-Étienne-de-Tinée)年平均降雨量990mm。海拔3000m的山坡上部,冬春两季都有积雪覆盖。

1.1. 地质状况

  法国昆布兰(La Clapière)滑坡位于阿真泰拉-默坎图尔(Argentera Mercantour)地块西南边缘,与三叠纪的沉积岩相接触,源自海西期变质岩组成的斜坡。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,其中块状混合岩组成的厚达80m的伊格利尔地层可以独立出来(图3)。安妮尔系列的某些层上云母(黑云母)比例较高,能促进蚀变。

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。据夫拉茨(Follacci )等人,1988年[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°至80°(图3)。除叶理之外,两个不连续方向也起主要作用:N10°至N20°和N60°至N90°。在没有打钻孔的情况下,我们假设滑坡底部可能存在三叠系石膏岩,但现在可能受冲积物充填掩盖。

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

  从水文地质的角度来看,该滑坡可视为一个两层模型: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(地表几十米),填充滑坡顶部特别是上部。

1.2. 滑坡失稳的来龙去脉

环境百科全书-La Clapière-1986年的La Clapière
图4. 1986年的法国昆布兰滑坡(La Clapière)。[来源:德维尔(J-L Durville)]

  利用宇宙核素测年法测定斜坡上岩石悬崖的年限,确定首次滑坡失稳时间,即距今10,000年或冰消后约3000年。根据当前滑移,首次破裂可追溯到距今3600(-1650年)年前。

  在1938年的航拍照片上,可以看到开始形成高陡崖,与当前滑坡西北处的裂片相对应。20世纪50年代,两个裂片形成一个干净的高陡悬崖,而严格意义上,法国昆布兰滑坡(La Clapière)的岩锥边坡上布满了许多块体。

环境百科全书-La Clapière-多目标的月速度图
图5. 数个目标的月速度图(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1976年,岩锥的活动和坡脚的道路变形引起了当局的警惕。1977年,让·戈盖尔(Jean Goguel)现场考察后,尼斯桥梁和路面实验室(Laboratoire des Ponts et Chaussées de Nice)出具报告,质疑坡体是否存在大面积移动。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)出现新断裂,使上游陡崖形成弧形(图2)。1987至1988年冬天,某些点流速达到10cm/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 年的法国昆布兰滑坡( La Clapière)。观察到西北(NW)处的裂片再次活动。[来源:© P.Maurin]

  1989年,拉邦(Rabuons)裂片上游出现明显倒退。 1997年,这一倒退加剧。这次倒退界定了上部滑坡范围(约5hm3),上部滑坡逐渐朝主滑坡推进(图2)。

  即使天气极度潮湿,滑坡减速仍会达到峰值,尤其是上层滑坡。减速一直持续至今,如今移动速度很低(自2010年以来,滑坡主体上大多数目标的位移不足20cm/年)。2010年初以来,已观察到西北(NW)裂片有明显位移,但未向上游倒退。

  累积位移达到100m至130m后,滑坡体表面会受到侵蚀,特别是上游陡崖(图6)。

2. 从各角度观察并测量滑坡

2.1. 距离测量

  1983年以来,利用红外线从对面测量距离的系统一直稳步运行[2]。测量数据由相距1公里的两个测距仪采集,长达数年,然后改用一台设备。滑坡内部和周围有30到50个监测目标。

  山谷中湿度和气温变化会干扰电磁波,为纠正误差,每次都会测量滑坡外围的3或4个固定目标。600m到1800m距离内,校正后的精度在3mm到6mm之间。

  此外,每年都会进行一次大地测量,确定3D位移矢量。

2.2. 数字差分地形模型

  利用不同日期采集的两个数字地形模型(DTM)评估给定点(x,y)地面高度变化(Dz)。因此,塞拉特里斯(Serratice)[4]比较了1970年和1997年航拍照片中的数字地形模型:滑坡下部的(明显)膨胀和上部的(明显)沉降非常突出(几十米),但体积平衡显示的变化非常小,不到1%。

2.3. 地面和卫星图像

  除经典的多日期照片解释法(该方法能确定滑坡的重要演变[5])外,不同作者还对航空照片进行了定量开发利用。

  德拉古(Delacourt)等人[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。值得注意的是,两个极端日期之间,伊格利尔岩坎(Iglière’s bar)的西北段增加了160m,在东南段增加了120m,而滑坡底部前移了115m。

  德拉古(Delacourt)等人[6]利用1995年和1999年的航拍照片时采用了图像相关技术,获得了这两个日期间的水平位移图。

3. 运动学和机械模型

3.1. 古代时期变形

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

  法国昆布兰滑坡(La Clapière)的斜坡由片麻岩组成,走向与山谷平行,其叶理向斜坡内侧极度倾斜。然而我们观察到,接近表面时,倾角逐渐减小,直至在滑动区附近变为水平,甚至倒置(图3)。这种倾角变化可以通过重力现象解释——修剪(mowing):河岸会在重力和坡度影响下倾斜,或因构造引起的地层褶皱而倾斜,两种原因可综合作用。

  冰川作用给滑坡留下的凸起几何形状容易造成滑坡下部失稳。冰川如同一只脚踩在地层上,其融化导致山体失衡,这一现象常见于冰川峡谷。然而,不稳定似乎早在锡涅冰川融化前就已开始。气候因素和石膏岩很可能彻底分解可能是导致断裂的原因。

  根据实地考察和航空照片解读,夫拉茨(Follaci)[3]建立了破裂发展模型,该模型在时间和空间上都不均匀。破裂首先发生在东南裂片,此处的破裂由于附近的拉邦(Rabuons)山谷而减弱。然后,破裂到达位于伊格利埃沙坝(Iglière’s bar)上方的西北裂片,最后覆盖整个高度(图7)。

  直到1990至1991年左右,上下部分的移动速度才趋于一致,表明其正向旋转型滑坡过渡。

  因此,可以保留夫拉茨(Follaci)[2]提出的断裂面逐渐“平滑”的图像(图6)。此外,由块状混合岩构成的伊格利埃沙坝是斜坡的加固层,其渐进性断裂可能导致了20世纪80年代的滑移加速。值得注意的是,滑动面上的“粗糙度”通常为坡度方向长度的1%至2%,此处该数值超过了10m。

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年后形成了近似圆形的断裂面。虽然我们没有在滑坡上钻孔,但可以使用滑坡位移倾角估算约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°。

  1987至1988年危险期期间,滑坡动能(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内部的形变/破裂和滑坡表面的热量形式损失了。

  如比较1970年和1992年间的滑坡形态(位移100m, 断裂长度1000m),力矩的减小至少能在一定程度上解释1987年峰值之后减速的原因。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目标为每天10mm。除1987年、1988年外,二者的峰值都有很好的相关性。[来源:塞勒玛数据平台(CEREMA),德维尔(J-L Durville)的图表]

  最初几年的测量中,速度的季节性变化显而易见(图8)。同时,出于监测和预警等科学目的,更注重关联速度和降水量(或锡涅河流速)。

  考虑到法国昆布兰滑坡(La Clapière)这样的岩石地块中复杂的水文地质情况,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,即使对雪融化的考虑可能不完美)和滑动速度V间的耦合。为了更好地反映P→V控制过程,我们将该过程分为水文地质部分“P→H”和力学部分“H→V”。因此,所有模型都包含假想的压力水位H,即供水量(降水P,或更好的入渗量I)与排水量之间的差值。根据第n天的H和前几天的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,简单将速度或加速度与H的高度联系起来。

  可以根据测量值调整这些模型的参数,使计算和测量结果一致,但必须经常校准。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,可以用临时阻塞来解释2001年或2013年观察到的颠簸(jolts)(图5)现象。

  因此,模型的这一弱点表明,不可能用其预测严重断裂;但该模型仍具备在几天内进行预测的价值,因为预测和测量间的任何差异都可能表明是滑坡行为发生了变化。

  一般而言,滑坡主体对输入水量的敏感性可以通过年位移量D与年降水量P的比值评估(表1)。1986年/1987年和2000年后,D/P比值显著减少了20至40倍。

表1 一年累计位移量(m)和累计降水量(m)。

  随时间的演变,水量控制可视为变形/渗透耦合的结果。因此,1987年至1988年峰值后的减速(图7)反映出不连续点迅速开放,从而促进排水。值得注意的是,1996至1997年间的第二个峰值可能与排水能力的暂时下降(裂隙封闭等)相对应。

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:根据塞拉特里斯(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,出现了潜在的山谷堵塞问题。采用不同方法对材料的传播和扩散进行了多次模拟:连续的粘性流体介质、带摩擦力的连续基本体单元滑动,以及锥法等简单方法(图9)。

6. 总结

  • 在法国,昆布兰的滑坡(La Clapière)是第一个受各类精确仪器监测的大型滑坡运动,而几年后,也在伊泽尔(Isère)的塞奇利耶纳(Séchilienne)滑坡安装了相关设备。
  • 虽然这类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,主要体现在分析水文地质控制。另外,对滑坡现象的进一步了解提升了滑坡施行监测的可靠性。
  • 法国昆布兰滑坡(La Clapière)的历史已接近尾声,其真正活跃阶段已经结束,现处于因侵蚀造而缓慢退化阶段——除非上游出现显著衰退。在这几千年的历史中,最令人震惊的是,并没有发生波及数百万立方米的急速灾难性滑移, 这一现象最有可能发生在1987年。
  • 1987年底,法国昆布兰滑坡(La Clapière)突然减缓,因此没有发生灾难性滑坡,这得益于水文地质条件的变化,显著的累积变形有利于滑坡体排水,同时减少液压影响。为此,对于变形和地下水力条件间的耦合,我们可以加上因滑坡体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至今。

参考资料及说明

封面照片:[来源:©J-L德维尔(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。


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 (2024年3月12日), 昆布兰滑坡(La Clapière):法国最大的山体滑坡是否仍为主要风险?, 环境百科全书,咨询于 2024年5月26日 [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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