碎屑流（亦称滑坡-碎屑流或颗粒型泥石流，Granular mass flow）是广泛存在的一种地质现象，它是一种由大量固体颗粒、少量水体介质和气体所组成的多相流体，受重力驱动能够在沟谷或者坡地上快速流动，其流态往往是复杂多变的。同广义的泥石流灾害相类似，碎屑流灾害也是由地震、火山爆发、冰川消融、滑坡、暴雨等多种外在因素触发，以侵蚀、冲击、淤埋为方式对人类生命财产安全造成严重危害。 

　　中科院成都山地灾害与环境研究所周公旦副研究员运用三维离散元方法（DEM）成功模拟了碎屑流颗粒物质流动的整个过程，深入探索了颗粒间相互作用方式（微观角度）和颗粒体宏观的流变特性之间的关系。研究工作借鉴分子动力学中颗粒温度（granular temperature）的概念（即单位体积内颗粒的平均紊动动能），分析了碎屑流不同发展阶段体内颗粒温度沿深度方向的分布规律，首次实现了碎屑流全过程流态(flow regime)的科学界定。该成果指明了现阶段国际上广泛使用的深度平均法（depth-averaged method）对高速远程的碎屑流（往往呈现惯性流态）并不适用，在处理灾害体运动数值模拟问题存在关键缺陷。 

　　比较碎屑流灾害体流动过程中不同流态下的床面摩擦阻力，可以发现床面的摩阻系数不是常值，而是同颗粒体内部剪切速率密切相关。据此新本构关系的发现，研究工作进一步的修正了经典的颗粒流SH模型（Savage-Hutter）所采用的“库伦”摩擦定理，开发了适用于高速远程的滑坡-碎屑流的新理论模型。同著名的岩崩-碎屑流运动模拟实验的结果比较，新理论模型的结果很好的反应了物理模型实验的真实运动状况，说明修正的SH模型能够充分的考虑碎屑流颗粒物质运动的流变规律，准确的刻画碎屑流的运动轨迹，对碎屑流灾害的预测、预演和风险管理提供了理论基础和技术支撑。 

　　该研究得到国家自然科学青年基金（41201012）的资助。研究成果发表在国际学术期刊Powder Technology（2013，239: 115-127）和Landslides （2014，11(3)： 369-384）上。 

　　原文地址1：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032591013000855

    原文地址2：http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10346-013-0397-1

碎屑流颗粒物质从失稳到流动不同阶段的流态及其相对应的颗粒温度（沿深度）分布曲线

碎屑流理论模型和实验结果的比较（预测和实测的颗粒体流动轨迹）