考虑巨石夹带-运移-冲击应力的泥石流动力学数值模拟及其灾害风险评估

本文推荐一项融合网格法（压力计算）与粒子法（输运建模）的混合数值模型研究，该模型通过侵蚀深度阈值触发巨石夹带（Boulder Entrainment）机制，成功再现真实尺度下泥石流与巨石的动态相互作用（含侵蚀-输运-沉积全过程）。研究揭示巨石尺寸对冲击力（Impulse Stress）的影响远超数量，为滑坡风险区防灾结构设计（如拦挡坝、沉砂池）提供关键理论支撑，并强调在灾害评估中需同时考量巨石粒径与分布密度。

　　

Highlight

二维浅水模型再现泥石流

本节阐述了基于Voellmy方程的Nays2DFlood模型特性与主导控制方程，采用标准的浅水流动连续性方程和动量方程进行泥石流模拟。更多控制方程细节可参考数值分析平台iRIC (http://i-ric.org/en)。

研究区域与泥石流特征

研究区位于韩国Beolbang（北纬36°45′35′′，东经128°30′08′′）。野外调查显示该滑坡区主要底层为前寒武纪花岗片麻岩，富含石英脉。土壤层沿斜坡方向分布，伴随大量裂隙与裂缝。崩积层（历史滑坡残留物）广泛存在，土壤深度随地形剖面变化。

泥石流与巨石分布模式

图4综合呈现不同情景（Run1–Run10）下的模拟结果，重点关注泥石流量、巨石数量及总体积等指标。图4a显示泥石流体积随时间持续增长……

泥石流与巨石行为特征

本研究揭示了泥石流传播与巨石输运的独特动力学行为（图5–9）。泥石流呈现三阶段时序演化：初始缓慢增长期、快速加速期及最终稳定期（Takahashi, 2014; Iverson, 1997）。流速与深度的空间分布表明高能量区集中于陡坡与受限通道……

结论

本研究开发了欧拉-拉格朗日模型，用于模拟泥石流行为并分析通过侵蚀过程夹带的巨石动力学。模型包含基于单位面积巨石比例的侵蚀深度阈值触发机制，实现了巨石颗粒的自动引入。通过野外调查验证模型有效性，数值结果与实地观测高度吻合……