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水结冰的“冻胀力”不容忽视

■本报记者 杨晨

1月,云南省昭通市镇雄县发生山体滑坡灾害,造成人员伤亡和财产损失。滑坡的具体地点位于镇雄县塘房镇凉水村合兴与和平两个村民小组后山的斜坡上。

滑坡多发生于地震或雨季暴雨后,在冬季寒冷低温且无暴雨的情况下,当地为何会发生滑坡?近日,中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所研究员陈宁生接受了《中国科学报》的采访,介绍了此次滑坡成因调查的最新进展。他表示,基于目前的勘察和调访,初步认为此次滑坡系临界稳定态斜坡岩体在低温冻胀条件下失稳引发。目前,研究团队正进一步分析灾害发育条件与机制。

滑坡发生前为临界稳定态斜坡

灾害发生后的第一时间,陈宁生就和研究人员一起,前往镇雄对现场进行全面勘察、调访,并用无人机遥感技术对滑坡山体进行拍摄,获取相关数据。

“在现场,我们主要查看滑坡滑下来的量有多大、形成区的量是多少,以及堆积区的量有多少。”陈宁生表示,因为不了解滑坡前的山体情况,所以也要对附近居民进行走访调查。

滑坡发生地位于云贵高原乌蒙山北缘的构造侵蚀剥蚀中高山地貌区。现场勘察和遥感影像显示,滑坡发生前,坡顶有裂隙发育,岩块也出现风化,坡体结构破碎,为一个临界稳定态斜坡。

“滑坡体的中段发育有一凹槽,形成了滑坡的临空面,只要有外界的动力作用,滑坡便可能发生。”陈宁生表示。

低温冻胀作用极可能最终触发滑坡发生

岩体有裂隙发育,加上外力作用,才可能促成滑坡发生。那此次滑坡的“力”又从何而来?

“在低温且岩土体有一定含水量的条件下,靠近地表的岩体中的裂隙水可冻结成冰,深层岩体的水分在向上运移的过程中,促使冻结冰体增大,由此产生了冻胀力。”陈宁生表示,此冻胀力可诱发岩体裂隙扩展发育,造成岩体强度大幅降低,最终促进滑坡发生。

冰的形成需有水以及低温的“加持”。调查显示,滑坡体后方有一汇水面积为0.33平方千米的冲沟。2023年,冲沟夏季的最大流量可达每秒0.4立方米,而冲沟的汇水点海拔高程为1966.0米,低于滑坡顶部,因此冲沟径流入渗可以抵达滑坡的中上部。同时,滑坡的残留基岩有两个相对的富水区,其下部发育黏土岩隔水层。

而低温天气提供了岩体冻胀的温度条件。陈宁生介绍,滑坡地所在区域气候属高原季风气候,多年平均降水量为914.6毫米,冬季低温天气多有发生。气象资料显示,滑坡发生时,镇雄站的气温为-2.1℃,为当天最低气温段,而且滑坡所在地位于山区,气温较镇雄城区更低。

“滑坡形成区的最高海拔为1978米,比镇雄县城高340米。海拔每上升100米,气温就会下降0.6℃,由此推算滑坡发生时当地气温可以达到-5℃或更低,为岩体结冰提供了条件。”陈宁生表示。

防范冬季滑坡,查看水源和裂缝很重要

研究显示,国内外出现过多次冬季低温岩质滑坡崩塌,岩体裂缝中水结冰后的冻胀力不容小觑。

陈宁生在自己的科普公众号中写到,2008年12月24日,意大利Crammont的岩崩就是在-5℃的条件下发生的。“冻胀力是由于水结成冰后,体积增加9%而产生的对岩体的作用力,实验显示其值可达33兆帕以上,而风化砂岩的强度仅为3.8~27.0兆帕。”因此,冻胀力可能导致岩体破裂并引发滑坡。

但整体而言,冬季滑坡的成因复杂,还有待继续探索。

未来要如何防范冬季滑坡的发生?陈宁生认为,要摸排极易发生冬季滑坡的区域,尤其是气候较湿润且有水源的山区。“干燥的区域,则要查看是否有地下水存在。”同时,他建议对易发生滑坡的区域多加监测,“注意山体是否有变形迹象,除了观察岩石结构的变化外,还要看是否出现了裂缝”。

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