泥石流的沉积机制和形态：物理建模

全面了解泥石流的沉积机制和形态对于描述泥石流危害的程度是必要的。然而，由于野外泥石流成分范围广、地形复杂，对粒度分布、含水量、河道坡度等因素对沉积机制和形态的影响尚缺乏基本认识。的泥石流。在这项研究中，使用具有水平流出平面的水槽进行了一系列实验测试，以辨别颗粒尺寸、含水量和坡度对沉积扇的沉积形态和粒度偏析的影响。结果表明，实验性泥石流处于粘性或碰撞流状态。大多数实验性泥石流前沿缺乏高孔隙流体压力，强调通过颗粒-颗粒和颗粒床的摩擦和碰撞形成沉积物；还测量了前头后面的高超孔隙流体压力（正），这有利于泥石流的流动性。矿床面积和跳动宽度比都与 Bagnold 和 Savage 数以及初始含水量呈正相关。此外，细粒含量的增加会减小跳动距离。然而，这一特征对于高含水量流动并不明显（本研究中 w = 28.5%）。此外，输送带和沉积带之间更平滑的过渡地形导致更长的跳动距离。对于具有高固体分数的泥石流（本研究中 Cs > 0.52），沉积扇中的颗粒分选受到很大抑制。(From Google Translate)

这项研究提供了对沉积过程和沉积碎片的主要形态的更好理解。更具体地说，研究了含水量、泥石流混合物的粒度分布和通道配置的影响。主要发现如下：1. 所提出的实验性泥石流分为粘性（NBag < 200）或碰撞（NSav > 0.1）流动状态，类似于自然界中发生的那些。沉积面积和跳动宽度比都随着碰撞产生的惯性晶粒应力（δ2γ˙ 2）而增加，体现在碎屑混合物的粒径（δ）和剪切速率（γ˙）上。2. 大多数实验性泥石流前沿缺乏持续的孔隙流体压力。这种压力对于调节沉积过程中的颗粒-颗粒和颗粒床的摩擦和碰撞非常重要。颗粒体中测得的超孔隙流体压力（正）有利于泥石流的流动性。3.泥石流的含水量和细粒含量对沉积形态有深远的影响。含水量高的泥石流比含水量低的泥石流更长、更细。跳动距离和沉积面积随着含水量的增加而增加。此外，由于固体接触能量耗散增强，细粉含量的增加可以减少跳动距离。然而，当泥石流的含水量很高时（例如，本研究中的 w = 28.5%），这种影响是有限的。4. 泥石流从运输转移到沉积过程的地形显着改变了流动动力学并强烈影响了跳动距离和沉积形态。陡峭部分和缓和部分之间的平滑过渡促进了更有效的下游运动，从而有效地增加了跳动距离。5. 当泥石流的固体分数小于 0.52 时，沉积物的平均粒径从尾部到前端、流向边缘、垂直向自由表面逐渐增大。对于高固体分数的泥石流（本研究中 Cs > 0.52），孔隙流体粘性剪切力（用于保持固体在混合物中良好悬浮）在减少固体偏析方面起着重要作用。沉积扇上的颗粒分选不明显。>

Zhou G G, Li S, Song D, et al. Depositional mechanisms and morphology of debris flow: physical modelling [J]. Landslides, 2019, 16(2): 315-32.