1970 年 5 月 31 日的一个周日下午,秘鲁安第斯山脉的瓦斯卡兰峰(Huascarán)在一场大地震的摇动下,从近 6000 米的高处崩落出一大块冰岩混合体。
这团碎屑裹挟着冰雪、岩石和泥土一路膨胀加速,以每小时约 280 到 335 公里的速度冲下山谷,在几分钟内奔行了约 18 公里,把山下的城镇永加伊(Yungay)整个埋在了几十米厚的泥石之下。仅永加伊一地,约 18000 人被掩埋。这是历史上最致命的块体运动之一。它提醒我们:在陡坡上,重力不需要漫长的地质时间,几分钟就能改写地表。
破除误解:最不起眼的搬运,悄悄搬走最多
很多人以为"滑坡"是一种罕见的灾难,只在地震时偶尔发生。这是双重误解。第一,触发滑坡最常见的不是地震,而是水——尤其是降雨。全球范围内,致命滑坡的头号触发因素是强降雨,而不是地震。第二,最常见的块体运动根本不是轰然垮塌,而是一种慢到肉眼无法察觉的过程——蠕动(creep)。蠕动每年只移动几毫米,安静得没人会把它当成"灾难",但它无处不在,几乎每一道有坡度的山坡都在缓慢地向下爬。
累计起来,这种沉默的爬行搬运的物质,可能比所有惊天动地的滑坡加起来还多。判断蠕动是否正在发生,不必用仪器,看地表的"小动作"就够了:歪斜的电线杆和篱笆、向坡下弯曲又向上扳直的树干、被推得错位的挡土墙、坡面上一道道平行的小台阶("羊径"般的 terracettes)。(一个值得诚实交代的细节:弯曲的树干曾被当作蠕动的铁证,但 1970 年代 USGS 的研究指出,树干弯曲也可能源于幼苗时期的受光或雪压,单凭一棵弯树并不能下定论——这正是科学对"看似显然的证据"保持警惕的例子。)
什么是块体运动
块体运动(mass wasting),指岩土物质在重力直接驱动下沿坡向下移动的过程,中间不需要流水、风或冰川这样的搬运介质来"带"它。
这一点把它和erosion-deposition里讲的搬运区分开来:河流靠水流的能量把泥沙带走,而块体运动里,重力既是动力也是唯一的"发动机"——一整块山坡可以作为整体下滑,水在这里多半是"帮凶"而非"搬运工"。它是连接风化(见 weathering-soil,把坚硬岩石变成松散碎屑)和河流搬运的中间一环:风化在山坡上制造松散物质,块体运动把这些物质从坡上送到坡脚和河谷,河流再接力把它们运向远方。没有块体运动,山坡就无法"卸货",整个剥蚀链条会卡住。
坡为什么会垮:一场力的拔河
一道山坡稳不稳,本质上是两股力的拔河。
- 下滑力:重力沿坡面方向的分量,想把物质往下拽。坡越陡,这个分量越大。
- 抗滑力:岩土的抗剪强度,靠两样东西提供——颗粒间的摩擦,以及把颗粒粘在一起的内聚力(cohesion)。
工程上用一个直观的比值来衡量稳定性——安全系数(factor of safety),即抗滑力除以下滑力。大于 1,坡就站得住;小于 1,坡就要垮。很多山坡的安全系数其实只比 1 高一点点,长期处在"勉强稳住"的临界状态,一点风吹草动就可能把它推过那条线。这里有一个极其关键的角色——水。干燥的散沙能堆出的最陡角度叫休止角(angle of repose),对干燥松散的颗粒材料通常在 30° 到 37° 之间,取决于颗粒的形状和粗糙度(棱角分明、互相咬合的砂比圆滑的砂能堆得更陡)。
有意思的是,少量水反而让坡更稳:颗粒间的毛细水像胶水一样产生表面张力,所以湿润的沙子能堆成比干沙陡得多的城堡。但水一旦灌满坡体就完全反过来了。饱和土体里的孔隙水压力(pore water pressure)会顶开颗粒、抵消掉压在颗粒间的有效应力(太沙基的有效应力原理),摩擦力随之骤降,抗剪强度崩塌。这就是为什么暴雨之后山坡容易失稳——不是水"冲"垮了坡,而是水从内部"撑松"了它。
滑坡有多少种:瓦恩斯分类
地质学家用 瓦恩斯分类(Varnes classification,1978) 来给块体运动归类,框架很清晰:按运动方式分五大类,再按物质成分(基岩 / 碎屑 / 土)细分。五种运动方式是:
- 崩落(falls):陡崖上的岩块沿裂隙脱离母体,自由下落、弹跳、滚动。这是最快的一种。
- 倾倒(topples):岩柱绕底部某点向前翻转倒下。
- 滑动(slides):物质沿一个明确的滑动面整体下滑。其中又分两种典型:沿弧形滑面整体后仰转动的旋转滑坡(slump,崩滑),会让坡顶留下一道弧形陡坎、坡脚鼓出一个"舌头";以及沿平直软弱面(如顺坡的岩层层面)下滑的平移滑坡(translational slide)。
- 侧向扩展(spreads):常发生在近乎水平的缓坡上,下层物质(往往是地震中液化的砂层)失去强度,上层随之拉裂、横向铺开——这解释了为什么有些灾难性滑坡偏偏发生在看起来很平的地方。
- 流动(flows):物质像黏稠流体一样整体流淌,颗粒间没有统一滑面。
流动里最危险的是泥石流 / 碎屑流(debris flow):水、泥、石块的混合体沿沟谷高速倾泻,能搬动巨石、冲毁桥梁。
而泥石流里有一类格外致命——火山泥流(lahar):火山喷发或地热熔化山顶冰雪,融水裹挟火山灰和碎屑奔流而下。1985 年 11 月 13 日,哥伦比亚的内瓦多·德·鲁伊斯火山(Nevado del Ruiz)喷发,融化山顶冰川形成的火山泥流冲下山谷,掩埋了山脚的阿尔梅罗(Armero)镇,约 23000 至 25000 人遇难——相当于全镇约八成人口。这是有记录以来最致命的一次火山泥流,而此前两个月,火山学家其实已经警告政府应当疏散。
触发因素 vs. 致灾条件:两个必须分清的概念
USGS 的《滑坡手册》(Highland & Bobrowsky, 2008)反复强调一组容易混淆的概念:触发因素(trigger) 和 致灾条件 / 诱因(cause / predisposing factor),二者不能混为一谈。
- 致灾条件是长期积累、让坡体逐渐逼近临界的背景:陡峭的坡度、顺坡的软弱岩层、风化和裂隙削弱的岩体、被掏空的坡脚。它们让安全系数慢慢逼近 1。
- 触发因素是压垮临界状态的"最后一根稻草":一场暴雨、一次地震、一次河流对坡脚的冲刷掏蚀、或是人为的开挖与加载。
打个比方:致灾条件是把弓拉满,触发因素只是松开手指。同一场暴雨,落在缓坡稳定的地方什么也不会发生;落在早已被风化、被开挖逼到临界的陡坡上,就成了灾难的扳机。理解这一点,才能明白为什么"同样下雨,有的坡垮有的坡不垮"。
人类如何让山坡变得更危险
块体运动是自然过程,但人类活动在不断给它"添柴"。
- 砍伐森林:植物根系像钢筋一样锚固土壤、并通过蒸腾抽走坡体里的水。砍光树木,等于同时抽掉了钢筋又拧上了水龙头。
- 修路开挖(road cuts):在坡脚切一刀修路,等于削掉了支撑上方坡体的"脚",让原本平衡的力一下子失稳。
- 坡顶加载:在坡顶盖房、堆土、蓄水,等于给本已勉强稳住的坡再压上重量。
- 改变排水:灌溉、漏水管道、水库蓄水都会抬高坡体内的水位,悄悄推高孔隙水压力。
2014 年 3 月 22 日,美国华盛顿州奥索(Oso)发生的滑坡是一个被反复研究的案例:一处早有滑坡历史的不稳定坡体在连续强降雨后突然失稳,饱和的碎屑流越过河谷,吞没了对岸的居民区,造成 43 人死亡——这是美国历史上最致命的滑坡之一。它冷峻地说明:在已知的隐患坡体下方居住,风险是实实在在的。
预测之难,与我们能做的事
为什么滑坡这么难精确预报?因为坡体内部的状态——岩层的软弱面在哪、裂隙发育到什么程度、地下水位此刻有多高——大多藏在看不见的地下,而"临界"又是一个对微小变化极其敏感的状态。我们往往能说清"这片区域是高风险的、这场暴雨期间要警惕",却很难精确到"这道坡会在今晚几点垮"。
但这不意味着无能为力。现代手段正在缩小这道鸿沟:
- 用 InSAR 卫星雷达干涉和地面传感器监测坡面毫米级的缓慢蠕变,捕捉失稳前的"预兆性加速"。
- 建立 降雨阈值预警——当累计雨量或雨强超过某个经验阈值,就对相应区域发布滑坡预警。
- 绘制滑坡易发性区划图,从源头上避免在高危坡体下方建设。
代价是清楚的。据 USGS 估计,滑坡每年在美国造成约 10 亿到 20 亿美元的损失和 25 人以上的死亡,且 50 个州无一幸免。把这笔账摊开,预防的投入几乎总是远小于灾后的代价。
跨域连接
- 地震:降雨与地震是滑坡的两大"扳机",但两者的可预测性并不对称——滑坡有降雨阈值预警与毫米级蠕变前兆可监测,而地震短临预测至今仍是公认的未决问题。推论:滑坡预警的实际命中率应显著高于地震预测,这一不对称本身可用历年预警记录检验。
- 摩擦与耗散:坡体抗剪强度等于内聚力加法向应力乘摩擦角正切(库仑准则);孔隙水压力顶开颗粒、削减有效应力,等于从内部卸掉摩擦——水不是"冲垮"坡,而是"撑松"坡。推论:降雨入渗与坡体失稳之间应存在滞后因果链,可用埋设的孔隙水压计直接观测。
- 混沌理论:许多山坡长期停在安全系数略大于一的临界附近,微小扰动——一场暴雨、一次开挖——就能把它推过阈值。推论:临界系统只允许概率式预警("这片区域在这场雨中危险"),追求"几点几分会垮"的确定性预报在原理上注定失败。
- 气候变化与生态:更强的极端降雨与加速消融的高山冰川,都在提高滑坡与火山泥流触发因素的频率与规模。推论:在气候变暖背景下,这类事件的频率—强度分布应出现可统计检验的漂移。
- 人类历史:从永加伊到阿尔梅罗,聚落反复建在冲积扇与谷口——那恰是泥石流的天然通道,取水之便与灾害之路重叠在同一块土地上。推论:历史上反复遭灾的聚落,其位置应与古泥石流通路高度重合,可用地貌填图回溯检验。
参考文献
- Highland, L. M. & Bobrowsky, P. The Landslide Handbook—A Guide to Understanding Landslides. U.S. Geological Survey Circular 1325, 2008.(滑坡入门权威读本,触发因素与诱因之分即出自此)
- U.S. Geological Survey. Landslide Types and Processes. USGS Fact Sheet 2004-3072, 2004.(瓦恩斯分类的简明版)
- Varnes, D. J. Slope Movement Types and Processes. In Landslides: Analysis and Control (Special Report 176), Transportation Research Board, 1978.(分类体系原始文献)
- U.S. Geological Survey, Landslide Hazards Program. What are landslides and how can they affect me? USGS, 访问于 2026.(美国年损失与死亡数据来源)
延伸阅读
- Plafker, G. & Ericksen, G. E. Nevados Huascarán Avalanches, Peru. In Rockslides and Avalanches, Vol. 1, Elsevier, 1978.(1970 年瓦斯卡兰碎屑流的经典分析)
- Iverson, R. M. The Physics of Debris Flows. Reviews of Geophysics 35(3), 1997. doi:10.1029/97RG00426(泥石流力学综述)