夏季即将到来，每年这个季节，伴随着洪水和台风，滑坡、泥石流、落石、地面塌陷等地质灾害也进入了集中高发期。这些灾害都是由于地球的重力作用造成的，但是也与人类活动有密切关系。我们如何认识夏季常见的地质灾害？如何提高相关的防灾减灾能力？

       今天是第16个全国防灾减灾日，主题是“人人讲安全、个个会应急——着力提升基层防灾避险能力”。 陈颙院士将带我们从地球能量的角度认识夏季常见地质灾害，希望这份“灾害说明书”，能让大家学会科学地认识自然，尊重自然，让人类寻找到更好的生存之道。

       物体由于地球的吸引而受到的力叫重力（gravity）。重力的施力物体是地球。重力无时不在、无处不在，在地表物质运移中，重力起到了关键的作用。在重力作用下，地表物质的运移主要有两种类型。第一种是滑坡。滑坡是大量的山体物质在重力作用下，沿着山体内部的一个滑动面，在外界触发作用下突然向下滑动的现象。第二种是泥石流。泥石流是沙石、泥土、岩屑、石块等松散固体物质和水的混合物在重力作用下沿着沟床或坡面向下运动的特殊流体，在重力作用下，有“泥”有“石”，和水混合在一起，就成了泥石流。

       滑坡和泥石流有什么不同呢？滑坡是指山坡的土层或岩层整体或分散地顺斜坡向下的滑动。滑下的山体，是一整块或几整块的，表面植被状况可能不变。一次滑坡影响面积有限，但滑坡灾害相当频繁。滑坡也叫“地滑”，还有“走山”、“垮山”或“山剥皮”等俗称。泥石流是指在地面流水作用下，在沟谷或山坡上产生的一种挟带大量泥砂、石块等固体物质的特殊流体。它是介于山洪与滑坡之间的一种现象。泥石流影响面积比滑坡大，具有突然性，流速快，破坏性很大，俗称“走蛟”“出龙”“蛟龙”等。

       在重力作用下，许多物质都有沿滑脱面向下滑动的趋势，但只要没有达到滑动的条件，它们就仍然保持稳定。一旦当某些外界因素发生少许变化，达到滑动的条件，长期积累的重力势能就会瞬间释放出来。除滑坡和泥石流以外，重力造成的地表物质运移还有落石和地面陷塌等类型。

地表物质运动的几种情况：

(a)滑坡:整个滑坡体下滑的整体滑动:(b)泥石流:大量大小混杂的松散固体物质和水的混合物沿山谷猛烈而快速向下流动

(c)落石;陡峭的岩石山坡上，零星岩石的下落;(d)地面塌陷

一、触发滑坡的三个原因

       顾名思义，滑坡有两重含义，一是“滑”，二是“坡”。显然，无“坡” 不“滑”，在平原地区，不会出现滑坡，在陡峭的山区才有可能出现滑坡。而有“坡”未必“滑”，许多山脉和山丘屹立千万年，仍保持着稳定的状态。假定在一个山体上存在着一个倾斜的层面，如果它是一个松软的岩层，则层面上方的山体有可能沿着该层面发生滑动。倾角很小的层面，下滑力很小， 而正压力很大，这种层面不可能发生滑坡。但对于很陡峭的层面（倾角α 很大 的层面），层面上的剪切力大，而由正压力决定的摩擦力却不大，因此，滑坡主要是发生在高倾角的层面上，而且滑动面前要有滑动空间。

下滑力随坡度的变化

（作用在物体上的重力总是要把物体拉向地心，位于与水平面成 30°角斜面上的一个重 10kg的小球，由于斜面的存在，小球无法垂直向下运动，重力拉小球沿斜面运动的下滑力T为 10kgxsin 30°x9.8 m/s=5x9.8N。显然，斜面越倾斜，下滑力越大。当倾角为60°时，下滑力变成了87x9.8N）

触发滑坡的原因主要有三种：

       第一是水的作用。连续的降雨和冰雪融化， 使土壤饱和，导致滑动层面润滑，摩擦系数降低，会造成滑坡。这就是大量滑坡出现在多雨的夏季的原因，滑坡多发的地方，具有“大雨大滑，小雨小滑，无雨不滑”的特点。住在山区的居民，要防止外围地表水进入滑坡区，会在滑坡边界修筑截水沟，在坡面修筑排水沟。钻孔、排水、隧道疏通都是排除地下水的有效办法。1985年6月12日，连续降雨后，湖北省秭归市新滩长江发生大滑。新滩位于长江西陵下上段兵书宝剑峡出口，总体积约 2000 万 m3的滑坡体冲入长江，滑坡体堵塞了 1/3 的江面，河床最低点高程由 22.5 m 上升至 37.5 m，形成的滑坡涌浪在对岸爬高为 49 m，长江被迫停航 12 天。

1985 年新滩大滑坡

       第二种触发因素是地震。地震时，上覆岩体除了受重力作用外，还受到地震力的作用。地震产生的力往往有很大的水平分量，这样，沿层面方向的剪切力大大增加，滑坡就发生了。世界上最大的滑坡就是由地震触发的，其造成的灾害也最大。

汶川大地震引发大光包滑坡

       第三种触发因素是人为的不合理开挖。多数情况下，发生滑动的岩土层面并不是一个无限长的理想平面，人们常用尺度有限的曲面来表示潜在的滑动面。重力作用下，上覆岩土体的重量使得其有一个下滑的趋势，由于滑动面各处倾角不同，而且滑动前方存在阻碍体（坡趾，也叫坡脚）， 整个山体处于稳定状态。若在上覆岩土体上面再增加载荷（如建一些建筑物或堆积许多重物）或在坡脚处进行开挖，减少了阻挡作用，在这两种情况下，滑坡就有可能发生了。

人工开挖山导致滑坡

       认识到这个道理，反过来想，人类活动也可以防止产生滑坡，如减轻上覆岩土体的重量（头轻），或增加坡脚的阻碍作用（脚稳），产生滑坡的基本条件是斜坡体前有滑动空间，加强阻挡作用，可以减缓滑坡的产生。预防滑坡的方式有以下几种：①减轻滑坡面上方的质量；②增加滑坡面下方的滑动阻力；③在滑动面用桩基方法固定，同时设立排水管道。地球上绝大部分滑坡的发生都与水有关（数量多），但大规模的滑坡主要与地震有关（规模大），人为活动引起的滑坡，尽管数量不少，但规模都不大。

预防滑坡的方式

二、遇到泥石流，应该向哪个方向跑？

       泥石流是山坡上大量泥砂、石块等经山洪冲击而形成的突发性急流。泥石流经常发生在山区的峡谷地带，在暴雨期具有群发性。2010 年 8 月 7 日 22 时，中国甘肃省舟曲县突降强降雨，县城北面的三眼峪和罗家峪同时暴发泥石流，共造成1144人遇难，600 人失踪。

甘肃省舟曲特大泥石流灾后悼念活动

泥石流的形成必须同时具备地形、松散固体物质和水源三个条件，三者缺一不可：

（1）孕育泥石流的地区一般地形陡峭，山坡的坡度大于 25°，沟床的坡度不小于 14°。巨大的相对高差使得地表物质处于不稳定状态，容易在外力（降雨、冰雪融化、地震等）触发作用下，发生向下的滑动，形成泥石流。

（2）泥石流流域的斜坡或沟床上必须有大量的松散堆积物，才能为泥石流的形成提供必要的固体物质。作为泥石流主要成分之一的固体物质的来源有：滑坡、崩塌的堆积物，山体表面风化层和破碎层、坡积物、冰积物以及人工工程的废弃物等。

（3）水不但是泥石流的重要组成部分，而且也是决定泥石流流动特性的关键因素。因此夏季暴雨是泥石流最主要的水源，其次的水源来自冰雪融化和水库溃坝等。

       一个完整的泥石流流域可以分成为汇水区、形成区和堆积区。在汇水区，大量积聚的泥沙、岩屑、石块等在水分的充分浸润下，沿着斜坡（更主要是沿着谷地）开始流动。在形成区，泥石流在向下流动中不断发展，沟内某些薄弱段的块石等固体物松动、失稳，被猛烈掀揭、铲刮，并与水流搅拌而形成泥石流。当大量的降雨在山坡上的时候，山坡坡面土层在暴雨的浸润击打下，土体失稳，沿斜坡下滑并与水体混合，侵蚀下切而形成悬挂于陡坡上的坡面泥石流。堆积区，多是地形较为开阔的地区，这里泥石流流速变慢，发生堆积，堆积区由于流域内来沙量的增长而不断扩展，逼近泥石流的下游，经常淹没或堵塞河道，造成原来的河道改道和变形。泥石流的形成、发展和堆积是地表的一次破坏和重新塑造的过程。

       从泥石流产生过程来看，连续的暴雨是造成泥石流的自然原因，而乱砍滥伐森林，造成山体表面水土流失严重，是酿成泥石流灾难的人为原因之一。泥石流在我国分布十分广泛。特别是斜贯我国辽、京、冀、晋、陕、甘、 鄂、川、滇、贵、渝等省（区、市），地处中国西部高原山地向东部平原、丘陵的过渡地带，区域内地形起伏变化大、河流切割强烈、暴雨集中，加之人类对天然植被的严重破坏和对地表斜坡的广泛改造以及搬运岩土等活动，滑坡、泥石流特别发育，分布密度大，活动频繁，是我国滑坡、泥石流等灾害最严重的地区。

       滑坡和泥石流在全世界都有广泛的分布。亚洲的山区面积占总面积的 3/4，地表起伏巨大，为滑坡和泥石流形成提供了巨大的能量和良好的能量转化条件。滑坡和泥石流分布密集或较密集的国家有中国、哈萨克斯坦、日本、印度尼西亚、菲律宾、格鲁吉亚、印度、尼泊尔、巴基斯坦等近 20 个国家。

       在自然状态下，纯粹由自然因素引起的山区地表侵蚀过程非常缓慢，因此坡地还能保持完整。在人类活动影响下，把只适合林业和牧业利用的土地也辟为农田，大量开垦陡坡，以至陡坡越开越贫，越贫越垦。为了开垦更多的土地乱砍滥伐森林，甚至乱挖树根、草坪，树木锐减，使地表裸露，这些都加重了水土流失，使边坡稳定性降低，引起滑坡、塌方、泥石流等更严重的地质灾害。

       泥石流暴发突然猛烈，持续时间不长，通常几分钟就结束，时间长的也就一两个小时。泥石流较难预报，易造成较大伤亡，因此，万一没有做出预报，在遭遇泥石流之后采取正确的方法避险、逃生是非常重要的。泥石流不同于滑坡、山崩和地震，它是流动的，冲击和搬运能力很大，所以，如果突遇泥石流，要迅速转移到高处，千万不要顺沟方向往上游或下游跑，要向两边的山坡上跑。另外，不应上树躲避，因泥石流不同于一般洪水，其流动中可切除沿途一切障碍，上树逃生不可取。

泥石流要往高处跑

三、市政建设面临的新问题

       地面塌陷是指上覆岩层发生破坏，岩土体下陷或塌落在地下空洞中， 并在地表形成不同形态的塌坑。重力是塌陷的基本原因，而地下空洞的存在是地面塌陷的空间条件。地面塌陷是地下矿产采空区或喀斯特区常见的一种自然灾害。据不完全统计，全国有23 个省（自治区、直辖市）发生岩溶塌陷，共 1400多起，塌坑总数超过 4 万个。

       自然界的地下水和空气中的 CO2 结合，在水中生成碳酸（H2CO3）， 含 H2CO3 的水流经碳酸岩地区，将不溶于水的碳酸钙（CaCO3）变成了溶于水的碳酸氢钙 [Ca（HCO3）2，H2CO3+CaCO3=Ca（HCO3）2]，并随着水流流往别处。这样，原来的 CaCO3 变为 Ca（HCO3）2 后被水带走，地下形成了空洞（喀斯特岩洞），相邻的空洞联通，可能形成地下河。而被带走的 CaCO3，由于 Ca（HCO3）2的化学不稳定性，在新的地方又还原为 CaCO3 [Ca（HCO3 ）2 =CaCO3+H2O+CO2]。在漫长的岁月中，上面的变化不断重复发生，形成了今天令人叹为观止的喀斯特溶洞。

       溶洞在地下水位波动频繁的位置被侵蚀破坏形成塌陷。坍塌边沿和空洞边沿基本形成上下对应关系。由喀斯特溶洞形成的坍塌一般形成塌落洞，洞成简状或柱状。在地下河强烈的溶蚀侵蚀作用下，地下空洞上方岩层的不断崩塌直到地表，就形成了地球表面的巨大的塌陷坑。人们往往把它称为“天坑”。重庆小寨天坑就是这种地质奇观的代表。

小寨天坑，位于重庆市奉节县小寨村，是世界上仅有的三例超级天坑(深度和宽度均超过 500m)之一

小寨天坑坑口地面标高 1331m，深 666.2m，坑口直径622m，坑底直径 522m

坑壁四局陡峭，在东北方向峭壁上有小道通到坑底。站在坑底抬头仰视看到蓝天，颇有“坐井观天”之感

       天坑是一种特殊的地质现象，一般出现在碳酸岩多的喀斯特地貌地区。小寨天坑容积约为 1.2 亿m3 ，它围壁圆满，体量巨大，深度为 521～662 m，宽度为535～625 m，从深度和容积两个指标看，都是真正的“世界第一天坑”。小寨天坑被建设部入选为首批中国国家自然遗产、国家自然与文化双遗产预备名录。现在天坑的英文名字，也采用中国拼音的“Tian Keng”。

       随着地下矿产资源不断加速开采，当这些地下采空区顶部的岩石被破坏时，地面塌陷就发生了。水在地面塌陷中起着非常重要的作用。城市中地下水管的泄漏，会带走大量的土壤，形成地下空洞，进而造成地面的塌陷。随着城市化的发展，地下水泄漏和冲刷形成的城市地面塌陷也越来越多。这是所有城市市政建设面临的新问题。

西宁发生的路面塌陷

2020年1月13日，青海西宁市城中区南大街发生路面坍塌，一辆公交车陷入其中，造成10人遇难，17人受伤

       目前中国城镇化率已接近 70%，城市道路需要有结实的骨骼，让人踏实地行走在上面。2022年7月，住建部启动首批针对城市塌陷问题的“城市体检”工作，长沙、广州、南京等11个城市为试点城市。多年经验表明，滑坡和泥石流是可以有效防范的。关键是要让社会公众了解、掌握科学的灾害防治知识，我国第一部关于地质灾害防治的行政法规——《地质灾害防治条例》于 2004 年 3 月 1 日起施行，它的出台和实施标志着我国地质灾害防治工作进入了规范化、法治化的轨道。