【doc】瑞士滑坡及其研究概况

【doc】瑞士滑坡及其研究概况 瑞士滑坡及其研究概况 後,胆眨秀,研嗍 voltlONo.4 1999年l2月THECHINESEJOURNALOFGEOLOGICALHAZARDANDCONTROLDee.1999 ? 4一 /瑞士滑坡及其研究概况 _?_一 (中国地质大学(武汉)工程学院,武汉市.430074) 哆6? / 1997一O7,1998—07.在中国国家教育部留学基金委员会和瑞士联邦政府奖学金委员会的资助下.奉文 作者以高级访问学者的身份到瑞士联邦技术学院(洛桑)从事滑坡专业的技术进惨学习.导师为国际着名 的滑坡专家Ch.Bonnard先生.以下是进惨期何对瑞士阿尔卑斯山区滑坡实地考寨与学习的简要体会,以 此介绍给我国的同行专家. 一 ,瑞士的滑坡研究历史 在中国的大学教科书中.只要谈到滑坡问题,无一倒外要引用瑞士的Elm滑坡.其原因是1881年璃 士联邦技术学院(苏黎士)年轻的地质学教授AlbertHelm对瑞士1881—09.11发生在Gla九ls州的Elm滑 坡进行的详细描述.被全世界公认为最早,最细致的滑坡调查1881年和1932年Helm分别发了'EIm 滑坡》(DerBergsturzyonElm)调查和《滑坡与人类》(BergsturzundMens~henlebe ?)的专着.固 而.Helm被认为是从地质角度研究滑坡最早的人.Elm滑坡现象所反应的特殊机理在滑坡研究领域也是 独特的.继1881年Elm滑坡之后,Heim教授将一生的研究注入到了滑坡颁域,成为一位着名的地质学家 和滑坡专家.他于1937年去世.1978年同在该大学地质研究所的华人教授K.J.Hsu(许靖华)为Elm 滑坡再次撰文于(RockslideandAvalanches),强调该滑坡不能用R.L_Shreve的气垫层机制束?释.认 为碎屑流机制是解释该滑坡的最好理论,并与月球上的滑坡怍了对比分折.他多次谈到Helm的着怍是用 簿文写的,遗憾的是没能引起今天懂英语的滑坡专家们的注意.许靖华教授也是国际上一位着名的滑坡与 )在8o年代韧完成了趣为"不稳定斜坡的监测与地质专家瑞士联邦技术学院(洛桑 利用的多学科谭 题研究.这些出色的研究成果为他们赢得1998年第五届国际滑坡学术讨论会的主办权.固此.无论是早 期还是近代,瑞士始终是一个研究滑坡非常有名的国家. 二,瑞士的滑坡与地质 在瑞士4万km:的国土面积中.阿尔卑斯山,中部平原和西部汝拉山分别占6O%,3O和lO.从 地质构造角度划分可称其为阿尔阜斯推覆体,磨拉石盆地和汝拉褶皱.由于地层,地质梅造和地形固素决 定了大的滑坡主要分布在阿尔卑斯山区,汝拉山区较少,磨拉石盆地中的滑坡属浅屡的小船模滑坡.已调 查的体积大于1km.的特大型滑坡就有几十处.如tF1ims,Heinzenberg,Grachen等,体积均在10km 以上.其中Heinzenberg滑坡的平面范围达到48km..可能属于瑞士或阿尔卑斯山区 最大的滑坡. 瑞士形成多滑坡的主要原因与第四纪冰川后退和推覆体构造有关.推覆体中的石灰岩层和复理式层 害研星作誊倩升I段坤越,..年出生,工科博士t现为中国地质大学武汉工程学院教授,长期从事滑坡地质灾 一 104一 臂 , 期 4 第 罄 0 第 是大型蒲坡发生的主要地层.石灰岩层中的滑坡主要是精层闻软弱带滑动.如:Flims,Goldau滑坡.复 理式层中的jI|皱可以滑层面,也可能切割层面jI|动.如LaFrasse滑坡.由于强烈的阿尔卑斯山扮造运 动,层面与层I田的摩攘阻力大为拜低.特殊构造面上的抗剪力巳非常之小.是形成大型滑坡的扮造基础. 第四纪上千m厚冰川的融化,导致斜坡上岩体大范围卸荷.岩体松动是产生大型滑坡的近代地质外因,这 也是阿尔卑斯山区大花田jI|皱的独特因素. 从滑皱运动特点来看,这些地质时代的滑坡的势能已拜到了几乎最低位置.因而.现在的运动速度报 为疆懂,一般每年几cra或10案cm计.而且快速整体滑动的可能几乎不存在.局部的快速滑动属于古 滑鹱的分解过程. 新生的jI|皱体积里不能与地质时代的古滑坡相提井论,但是它们的滑动速度有时却是悔凡的.上十世 纪的Elm与GoldaujI|坡的建度达到撤10m/s.因此.他们的破坏性极大前者造成115人兑亡l后者造 成457人被埋. 三,瑞士现代滑坡研究与环境保护 除从地质角度作为研究滑坡的基础外.琦士今天更注意现代新技术,新方法在滑坡研究期冀的应用. 钻孔颤斜仪,伸长仪等常规位移监澍手段已菁遗应用,成为监测滑坡运动的主要手段.遥感图象?译与 图用于滑坡调壹和中长期位移.GPS垒球定位系统,擞光远距离自动监测方法均遂渐投入应用.琦士 是一十多山的小国.山区赣路和公路网十分发达,对自然斜坡的保护和合理利用十分重视.一般礁开挖t 尽量硪少.而采取道路外翻桩基加宽.这样做的好处是减少人工对自然斜坡平衡的扰动,做到防治结合. 更有意义的是,当局在一些低矮的道路(开挖)边鹱上采用生物技术保护边坡.如使用特殊树干埋人斜坡 中.井种擅花草,使治理工程与美化环境巧妙地结合在一起. 瑞士是一十古滑坡分布密度报高的国家.在jI|坡防治技术方面.一些州已经开展了区域滑坡调查与稳 定性分区?定相应的土地法夸与条规.滑坡分布图是财产保险的科学依据.从而在法律与经济两方面能 起到保护斜坡穗定性的作用.工程设施与滑坡活动发生矛盾时,首先全面科学地研究滑坡规律.把地质, 岩土工程和土术工程三者繁密结合.制定合适的工程方案.如当高速公路或铁路要通过山前古滑坡区时, 首先监测iI|鹱韵位移速度,然后对高泉挢的桩基盎行工程设防(考虑工程的设计使 用寿命.在桩基的斜坡 上侧,穗留相应韵水平位移空问),以适应滑坡运动的特点{井非一律采用昂贵的滑坡加固措施.这些工 程措麓的指寻思想是:去适应自然.而非强行改造自然. 四,几处着名滑坡简况 1.LaF嗍t焉敏 LaFhssejI|皱位于瑞士(法语区)Vaud州东部LeSepey小镇的西南部.前缘是Ormom山谷.该山 谷?于瑞士商大山谷之一的Rhone山谷的一级支流.为峡答型山谷.在第四纪球川期.曾有上千m厚的 球川曩盏.该支流在jI|鹱区上游为东西流向,随后转为南南酉流向,在滑坡处形成一直角拐弯. 谖滑坡翦辣量低点高程为830m.后绿高程达1500m以上.长Z000m,平均宽500m,厚40~50m, 体积3000X10'm左右.滑坡发生在前阿尔卑斯推一体扮造层中.滑坡区为一倒转褶皱.主滑地层为新生 代的Flysche地层.滑坡表面分别在高程为I100~I160m和I170~12Z0m之间有两级平台.滑坡中部与 下部均有州圾公路通过.是重要的交通线.滑坡左右两侧上下游山体斜坡均十分完整,由白垩纪薄层石灰 岩扮成.自然斜坡稳定性根好. 自上十世纪公路建成后,就有公路变形的记载.本世纪8O年代初,瑞士联邦技术学院(洛桑)对该 滑坡进行了多学科的全面棵入研究.包括地质,水文地质,物探,大地测量,遥感制图,位移监测,稳定 一 1O5一 性计算等.同时,州公路局长期对该滑坡进行地面与地下位移监测.所得结论 是:LaFrasse滑坡属于冰 川消融后退引发的.由特殊的局部地质环境控制.属于地质历史时期的古滑坡.200多a来的位移数据分 析证明该滑坡体上的位移速度有明显差别:前缘快,后部慢.中长期运动速度前缘每年在30~40cm;中 部为10~E0cm,后部每年小于10cril.钻孔倾斜仪的地下深部资料表明,滑坡体存在多层精动面,已监 测出4层滑动面的存在.从短期运动速率来看,每年之问有一定的差别.即存在短期的加速运动现象.但 平均速率与E00多a来的数据并不矛盾,具有很好的一致性 LaFrasse滑坡的研究给我们一个启示:多学科,多方法研究复杂滑坡能取得很有价值的结论.当我 们难以从纯地质角度判断滑动面时,采用钻孔倾斜仪作深部位移监测,其结果对确定滑动面乃至多层滑动 面具有理想的效果,非常值得我国学习.虽然,我国也早已开始了这方面的技术应用,但应用部门局限, 且安装,测试存在很大的人为误差以致高精度的测试方法却得不到应有的结果 2.Elm崩塌 Elm崩塌位于瑞士东北部Glarus州的东部,发生在1881一O9—11—17:32.崩塌经历了下落,飞跃和流 动3个阶段.全过程历时仅40~45s,运动距离最远点为2232121,速度达到50m,s被幸存的目击者描 述为象箭一样,比火车还快等.该崩塌埋掉了Untertal小村.摧毁了Elm小镇的一部分.有115人丧生. 19世纪欧洲义务教育的普及.导致学校对板岩使用量的大量增加.于是瑞士境内出现了开采板岩,出 口它国的矿山开采括动.Elm小镇东南仅1km之远的Sta{eli山坡在1868年便成了板岩开采地.开采措山 坡方向延伸180m.1879年左右小的裂缝不断增加当向山内开采约50m深度后,问 题开始出现了.1881 年一条大的平行山坡的复合裂缝在开采区上面1500m高程处出现了,沿山坡东西方向延伸敷100m.并 形成一个4,6m高的台坎.至此.山坡岩体缓慢蠕变,小的落石现象不断发生.工人有被砸伤的事故出 现1881一o8,10,裂缝的炸裂声惊动了开采工人开采工作被迫停止于是小镇派人去州府报告.请求咨 询9月10日州派来的一位森林工草草看过后说,只要你们把滚下来的死树干搬掉就行了,什么事也不会 有不幸的是.第二天灾难就来了.事故发生后+12日便请来了瑞士联邦技术学院(苏黎世)32岁的年 青教授AlbertHelm.也就因为Elm灾害的调查研究,使得Heim自此致力于从地质角度研究瑞士的滑坡 由于Elm崩塌发生在早第三纪始新世复理式地层中.地层反倾坡内.倾角30~50.,原崩塌体下界面 高程为1180~1200m之间,顶界1500m左右,斜坡坡度40.斜坡下部有一条小河经过.高程990~1000 m.J匿坡方向开采形成的人工临空面,是该崩塌发生的最直接原因由于开采工作是在斜坡中部进行的,所 以.崩塌体落下时有2OOm高度在空中的飞跃可能.势能的获得是该崩塌体高速运动的最初能量来源 崩塌体的第一阶段一一下落阶段是沿后部主裂缝开始整体进行的,随后坠落在开采面平台上正因为 山坡较陡及此平台的存在,下落岩体被反弹至空中.飞向小河的对岸,撞击对面山坡.并向上爬升100m 在这个第二阶段一一飞跃阶段中,目击者看到逃亡的人曾在飞跃的岩体下奔跑.这一场景在垒世界所有滑 坡报导中是绝无仅有的在飞跃阶段,崩塌岩体保持丁整体性但与对面山坡撞击后崩塌体突然分裂成碎 块.便向西几乎作丁一个直角拐弯.向河床坡度只有2,3.的下游冲击.碎裂的岩体覆盖3,6m厚,表面 象波的运动结果.这便是该崩塌的第三阶段.据死里逃生的目击者描述,他看见从山上掉下来叉沿山各飞 奔而来的岩石流.就拚龠地跑,仅逃离岩石流左侧边缘2m的地方,没有气流撞击的感觉,只有一些小的 碎石砸在身上.同时,原埋在地下1m探的铁管被卷到下游100多m的地方这两方面的事实使得许靖 华坚持Helm最初提出的岩石是以流动方式运动的.而绝对不是Sbreve想象的崩塌体下有大量的压缩空 气层,形成的气垫层使得岩体与地面之问不是摩擦接触的.根据许靖华的碎屑流机制,岩体碎裂后.势能 变成丁块体的动能.块体的运动是以流动方式向前的.从而能达到非常高的速度.事实上,高速滑坡的机 制问题一直是滑坡领域研究的难点.Elm崩塌的高速运动及其十分详细的描述,对推动该研究起到了极其 重要的作用.碎屑流理论应该说在1OO多a前就由Heim提出.近一个世纪后.再由许靖华从理论上加以 全面阐述 由此可见,研究Elm崩塌的科学意义是巨大的.而且,Heim的德文着作《滑坡与人类》现已被翻译 成英文.井由加拿大一家出版公司印刷出版这对今天我国以英文为第二外语的滑坡研究者来说是一件好 一 106一 , 事. 3.Goldam滑坡 Go~au滑坡位于瑞士中部(荐语区)Schwyz州西部(该卅是瑞士联邦体制在1291年创立时的三个州 之一).该滑坡发生在1806—09—02下午,滑坡摧毁了GoMau镇大约300座建筑,造成457人死亡.是瑞士 历史上死亡人数最多的一次滑坡. 滑坡区地层属于阿尔阜斯山前老第三纪的窘拉石层,由相对坚硬的砾岩和较软的页岩组成,层面与坡 面惯向一致(向南),额角2O左右.滑坡后缘延伸至Rossberg山顶,高程1574m,前缘高程700m左右. 该滑坡属于基岩顺层面jI|坡.体积在l,2千万m.至少在此次快速滑动之前的30a.山坡顶部就有明星 的变形迹象.多雨的1799,1804和1805年,斜坡的局部稳定性变得明星起来.1805~1806年问的冬季 该地区下雪格外的多.1806年的春季又非常的冷,冰雪来不及融化.紧接着6,8月降雨根多.这时.山 顶的砾岩局部崩塌,Rossberg附近的住家被吓得搬走了.而山下的Ooldau镇人对此不顾.9月2日下午, l,2千万m的砾岩层柑着与下伏的钙质页岩接触面快速向斜坡下面的Lauezer湖滑击.滑坡体右侧疆盖 了座落在500Illl高程的GoMau镇.jI|体冲向湖边.堆积物占据了该湖约1/7的部分,激起20m高的泥水 混合波浪.袭击了潮边的其它村庄. 滑坡发生后?嗳引了少欧洲的旅游者,艺术豪和作家前来观光.滑坡区的重建工程很慢.l9世纪的 铁路开通一又使得Goldau成为一处比较重要的转运站,从滑坡发生区的Rossberg山脚.修建一条隧道的 方案投有得到采纳,原因是当时地质专家认为.在该地区的几百年后.仍有发生类似滑坡的可能.今天的 Goldau前,有Lauerzer和Zuser两个湖泊.是瑞士的旅游地之一.该地修建了一个小 小的滑坡博物馆 (Bergsturzmuseum)"t记载着昔日灾害的情景以警世人. 五,体会 瑞士滑坡的多样性是由它所处的地理,地质环境和特殊的第四纪冰川,古气候变化决定的.早期从地 质学角度研究滑坡的成果,为滑坡学的发展起到了开创性的作用. 参考文献 [1]R.Trumpyek.Switzerland,1978 [2]G.H.EisbecherandJ.J.agu巴_Destructive眦ssmovementsinhight丑in'{Hazardandage眦nt, Deolo~calsurveycfpaper84—16.1984 [3]K.J.1妇u.AlbertI'[elm.observations0nlandslideandrelevan?tmod?intr口北tations.Rockslide~arid Avahriches.1.1978 ]Ch.Bon~nlelc.LeglissememdeCetgnat----LaFtasse.Projetd'EPFL.1986 Is]F.NoverratandCh.Bo.~d.TeehrdcalDote叫1the,isitofLBFrasseland3llde.Larids".1988 [6]C.~nd]eretc.LesEboulememdeRandedes18avfilet9mei1991,Sympc,siumcontributi 叫10fEuropean ensineersto州Ilcti0nonatursldisasters1993 (1999年9月艘镐) 107