為什麼土石流常常在雨停之後才發生？
― 撐住斜坡的，是土粒之間的「互相擠壓」
大雨連下數日後的隔天早晨，天色轉亮時斜坡卻崩塌了——這樣的例子曾多次被報告。水不只是讓土變重而已，它會鬆開土粒之間互相擠壓的力量，削弱原本撐住斜坡的摩擦力。而且水要滲到深處需要時間。所以最危險的時刻，不一定是下雨的當下。
在沙坑裡，用手把乾沙一把一把地灑下去，會堆出一座漂亮的圓錐形沙山。它不會比某個角度更陡，因為超過那個角度，沙子就會自己滑落。
接著，從上方輕輕地為這座沙山澆水。一開始形狀還會維持，但等水滲透到內部之後，沙山會朝山腳「啪」地一聲攤平。
有時候，崩塌會在停止澆水之後才發生。這個「稍微延遲才崩塌」的現象，正是今天的主題。
斜坡崩塌，理由只有兩個
土壤是由細小顆粒互相擠壓而成的。當縫隙被水填滿，水會從內側往外推，使顆粒之間的擠壓變弱。擠壓一旦變弱，抵抗滑動的摩擦力也會跟著變弱。
滲入地表的水，要往斜坡深處下滲需要好幾個小時。所以摩擦力最弱的時刻，會落在雨勢高峰之後。
斜坡平常是靠「想要滑落的力」與「撐住不動的摩擦力」互相平衡才站得住的。水會讓前者稍微增加，卻讓後者大幅減少。我們依序來看。
撐住斜坡的，是土粒之間的互相擠壓
為什麼乾沙堆成的沙山不會比某個角度更陡呢？因為顆粒與顆粒接觸時，會粗糙地互相卡住。這種卡住的強度，取決於顆粒彼此擠壓的力道有多大。擠壓得越緊，就越不容易橫向滑動。
這時水進來了。當土壤縫隙被水填滿，水本身也會承受壓力，並從內側把顆粒往外推開。顆粒會變得非常些微地接近「浮起」的狀態。彼此接觸的力量一旦變弱，卡住的效果也會變弱。土的重量幾乎沒變，撐住斜坡的力量卻不斷減少。
水要傳到深處，需要時間
要變成圖1右邊那種狀態，水必須下滲到斜坡的深處。然而土壤裡的水，不像河流那樣流動，而是透過細小的縫隙一點一點地滲透。
因此，從地表變濕到深達數公尺的土層被水填滿，據信可能需要數小時到半天左右。就算雨停、天色轉亮，地底下的水可能還在往下滲透。摩擦力最弱的瞬間，會比雨勢高峰晚到。「雨停了就安心」之所以行不通，原因就在這裡。
此外，山坡各處匯聚雨水的方式並不一致。谷地形狀的地方，會從周圍廣大範圍匯集水量。同樣的雨量，這種地方可能會先被水填滿。
據信樹根會像網子一樣把土壤連結在一起，讓淺層崩塌不容易發生。不過樹根能伸到的深度，通常只有地表下1〜2公尺左右。比這更深處滑動的「深層崩塌」，樹根的力量幾乎起不了作用。並不能說有森林就一定安全。
日本氣象廳使用一種叫做「土壤雨量指數」的數值，用來推估降雨在地底下累積了多少。這是為了不只看降雨強度，也觀察累積程度所做的設計。這項指數一旦超過標準，都道府縣與氣象廳就會發布土石流災害警戒資訊。
那該怎麼辦才好？
- 雨停了也別靠近懸崖附近地底下的水可能還在往下滲透。要恢復安全需要時間。
- 如果注意到聲音、氣味、水的變化，馬上告訴別人並避難山鳴、小石子啪啦啪啦掉落、湧泉變混濁。這些變化被認為是前兆。
- 逃跑時要往遠離懸崖的方向、橫向逃離比起直直往斜坡下方跑，往斜坡的側面方向遠離，據信更快抵達安全的地方。
當土石流災害警戒資訊或避難呼籲已經發布時，就算雨勢變弱，也請認為危險仍在持續。請移動到遠離懸崖與山谷、堅固建築物的高處。如果覺得外出反而更危險，就在家中移到遠離懸崖那一側的房間。若有人被捲入或有人受傷，請撥打119報案，救援請交給消防與警察。自行嘗試挖掘可能會被二次崩塌捲入。避難的判斷請依照市町村的指示與氣象資訊行動。
總結
斜坡是靠土粒互相擠壓所產生的摩擦力才站得住的。滲入的水會鬆開這種擠壓，削弱摩擦力。而水要滲到深處需要時間，因此摩擦力最弱的瞬間，有時會延後到雨停之後才出現。天色的明暗，跟地底下的狀態，是兩回事。
決定會不會崩塌的，不是正在下的雨。
而是此刻地底下已經累積了多少水。
雨停之後河川反而暴漲，也是同樣「延遲發作」的機制。詳情請見「明明放晴了，河川為什麼會突然暴漲？」。土壤縫隙裡的水讓地面撐不住的話題，「液化現象，為什麼地面會變得像「水」一樣？」也有討論。樹根如何輸送水分的機制，在「樹木為什麼能把水吸到100公尺高？」有說明。雨水花長時間侵蝕山谷、在迷路者前方形成瀑布與斷崖的故事，請見「在山裡迷路時，為什麼不能沿著溪流往下走？」。
- 在托盤上用乾沙堆一座小山。記住鬆手後形狀還能維持的最陡角度。
- 用噴霧器只把山的上半部一點一點弄濕。你會發現表面剛弄濕的瞬間，形狀反而更穩固。
- 繼續加水，等水滲到山的底部。停止加水後過一陣子，山腳可能會攤平似地崩塌。
請不要在戶外真正的斜坡上嘗試。這終究只是小型模型，實際斜坡會因為土層的堆疊方式與地下水的路徑，而出現完全不同的行為。
想知道更多 ― 術語、公式與教科書的關聯從國中理化到大學專業科目，會清楚標示這是哪個程度的內容
- 國中國中理化課程範圍
- 高中高中「物理基礎」課程範圍
- 高中＋高中進階內容，或教科書專欄性質的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（土木工程學・水文學）的內容
- 研究中連大學都還不會當作「定論」教授，是研究人員目前正在調查中的話題
國中術語：這個現象是有名字的
- 滑動面：斜坡上的土壤以此為界線滑出的面。圖1中黃色虛線即為此。
- 孔隙水壓：填滿土粒縫隙的水所具有的壓力。會從內側削弱顆粒之間的互相擠壓。
- 有效應力：顆粒之間實際互相擠壓的力。相當於土壤整體承受的力，扣除孔隙水壓之後的部分。
- 土壤雨量指數：推估降雨在地底下累積了多少的數值。用於判斷是否發布土石流災害警戒資訊。
國中高中用公式驗證：水滲入後，摩擦力會減少多少
考慮一個坡度30度的斜坡上、重1000牛頓的土塊。只需用到把力分解為沿斜坡方向與垂直方向的計算，以及摩擦力的概念。
| 用符號表示 | F ＝ W × sinθ R ＝ μ × ( W × cosθ － U ) 崩塌條件：R ＜ F |
| 用文字表示 | 想要滑落的力 ＝ 重量 × 沿斜坡方向的比例。撐住的摩擦力 ＝ 抗滑係數 ×（壓向斜坡的力 － 縫隙中水的反推力） |
| 公式的由來 | 把重力分解為沿斜坡方向與垂直方向的「力的分解」，以及摩擦力與壓力成正比的「摩擦定律」。減去水的反推力這一步，就是土木工程學中「有效應力」的概念 |
符號意義：W 是土塊的重量，θ 是斜坡的坡度，μ 是抗滑係數，U 是縫隙中水的反推力，F 是想要滑落的力，R 是撐住的摩擦力（力的單位是牛頓）。
| 土塊的重量 | 1000 牛頓（約合100公斤重） |
| 斜坡的坡度 | 30 度 |
| 沿斜坡方向的比例（30度） | 取為 0.50 |
| 垂直斜坡方向的比例（30度） | 取為 0.87 |
| 表示土壤抗滑程度的係數 | 0.7（乾燥土壤的大致數值） |
| 縫隙中水的反推力 | 400 牛頓（假設為雨水滲入後的狀態） |
| 符號 | 意義與單位 |
| 重量 | 作用在土塊上的重力大小［牛頓］ |
| 比例 | 把重量分解到斜坡方向時的倍率［無單位］ |
| 係數 | 相對於壓力，摩擦力能發揮多少的倍率［無單位］ |
| 反推力 | 縫隙中的水把顆粒往外推開的力大小［牛頓］ |
| 想要滑落的力 | 1000 × 0.50 ＝ 500 |
| 壓向斜坡的力（乾燥的土） | 1000 × 0.87 ＝ 870 |
| 撐住的摩擦力（乾燥的土） | 870 × 0.7 ＝ 609 |
| 壓向斜坡的力（水滲入後） | 870 － 400 ＝ 470 |
| 撐住的摩擦力（水滲入後） | 470 × 0.7 ＝ 329 |
| 撐住的力與滑落的力之比（乾燥的土） | 609 ÷ 500 ≒ 1.22 |
| 撐住的力與滑落的力之比（水滲入後） | 329 ÷ 500 ≒ 0.66 |
乾燥時，相對於想要滑落的500，摩擦力有609，斜坡靜止不動。水滲入之後摩擦力降到329，低於500。平衡一旦被打破，斜坡就會開始移動——而且土塊的重量始終維持在1000，並沒有改變。並不是因為土變重了才崩塌，而是因為撐住的力被奪走了才崩塌。這正是這個現象的關鍵所在。
高中高中＋為什麼會「延遲」發作
高中水在土壤中前進的速度，取決於縫隙的細密程度。土壤越細，水就只能越緩慢地前進。從地表到深達數公尺的地方被水充滿，據信可能需要數小時到半天左右。這個延遲，使雨勢的高峰與危險的高峰錯開。
高中＋此外，土壤縫隙中的水，一旦受壓，壓力就會向周圍傳遞。傳遞方式會因土壤細密程度而有很大差異，若存在不易透水的土層，水就會在其上方累積，使壓力升高。斜坡中若存在不易透水的土層，該分界面容易成為滑動面，據信原因就在這裡。
大學從土木工程學角度看斜坡的穩定性
在土木工程學中，沿滑動面「想要滑落的力」與「撐住的力」之比稱為安全係數，一旦低於1就視為會崩塌。撐住的力，以有效應力乘以摩擦係數、再加上土壤的黏聚力來表示。有效應力則是整體承受的力減去孔隙水壓所得。「只有扣除水壓後剩下的部分才會產生摩擦」的「有效應力原理」由太沙基（Terzaghi）提出，撐住力的公式則稱為「莫爾-庫倫破壞準則」。這套概念在20世紀前半整理成形，至今仍是斜坡與堤防設計的基礎。透過滲流計算求出降雨與地下水位的關係，並追蹤隨時間變化的安全係數，這種方法也被廣泛使用。
📖 公式推導與更深入的內容：有効応力（維基百科，日文）
研究中目前尚未完全弄清楚的事
- 崩塌時機的預測。 就算某種程度上能知道哪個斜坡有危險，據信要事先準確預測是幾點幾分崩塌，現在仍然很困難。
- 深層崩塌的觸發因素。 從地表往下數十公尺深度整片一起移動的崩塌，有時與降雨的對應關係並不明確，目前正在研究與地下水路徑之間的關係。
- 樹根的作用方式。 樹根固定土壤的力量，會隨樹種、樹齡、伐採後經過的年數如何變化，包括測量方法在內，研究仍在持續。
- 與氣候變化的關係。 當短時間強降雨增加時，崩塌的發生方式會如何改變，目前正依地區個別探討中。
也就是說，本文的內容也是「目前已知範圍內的說明」。正因如此，感到危險時提早離開的判斷才有意義。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文對應之處 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・力的作用／大地的變化 | 作用在斜坡上的力、水的滲透 |
| 高中 | 物理基礎（力的分解、摩擦力） | 滑落力與摩擦力的計算 |
| 高中＋ | 進階・專欄（水的滲透性、壓力的傳遞方式） | 延遲發作的原因、不易透水的土層 |
| 大學 | 土木工程學・水文學（有效應力、安全係數） | 滑動面穩定性的計算 |
| 研究中 | 砂防學・防災科學（進行中） | 崩塌時刻的預測、深層崩塌、樹根的效果 |
| ― | 與生活的關聯 | 如何解讀土石流災害警戒資訊、提早遠離懸崖的判斷 |
- 日本國土交通省「土砂災害防止に関する基礎知識（防止土石流災害基礎知識）」及土石流災害前兆相關說明資料。
- 日本氣象廳「土壌雨量指数（土壤雨量指數）」「土砂災害警戒情報（土石流災害警戒資訊）」說明頁面。
- 高中「物理基礎」教科書中，力的分解與摩擦力的章節。
- Terzaghi, K., "Theoretical Soil Mechanics", 1943.（提出有效應力概念的經典教科書）
※本文為大眾科學解說。文中數值僅為理解原理所用的參考概算。實際的避難判斷，請依照市町村的指示，以及氣象廳與都道府縣發布的資訊為準。