在地质灾害研究领域，高速远程滑坡的超常运动特性以及显著的流态化特征，一直是国际学者高度关注的热点与前沿性研究课题。自1881年瑞士Elm高速远程滑坡发生后的百余年里，国内外众多学者针对其运动学过程和动力学机制展开了深入研究。

在高速远程滑坡运动过程中，滑坡体物质与运动路径相互作用，产生关键力学信息，并释放“滑震（Landquake）”信号。这些丰富的力学和振动学定量化信息，表征着滑坡体物质与地球表面动力相互作用的时空演化过程，蕴含着滑坡体的规模、粒度和物质组成等物理属性，指示着滑坡体的速度、流态等运动状态，有望拓展人类对高速远程滑坡几何学尺度、运动学特征和动力学机制的认知疆域。

围绕高速远程滑坡低摩阻运动机理，学术界提出了诸如声波流态化（acoustic fluidization）、机械流态化（mechanical fluidization）、基底压力波效应（basal pressure waves）、自激振动悬浮减阻（self-excited vibrations）等一系列理论假说，这些理论共同指向一个关键科学核心命题：滑坡体物质与下伏运动路径的动态相互作用是揭示高速远程滑坡复杂动力学机制的关键突破口。然而，关于滑坡体-运动路径动态相互作用过程，以及对滑坡体整体流动性的影响机制，仍是国际上极具争议的科学难题。

为突破这一科学瓶颈，程谦恭教授科研团队成员李天话博士生、王玉峰教授等自行研制并开展了一系列滑槽颗粒流物理模型实验（图1），通过系统性改变颗粒粒径与基底起伏度比例，实现了颗粒流与运动路径间动态作用行为的有效研究（图2），构建了颗粒流运动特征参数与基底应力和滑震信号间的响应关系（图3-4），突破了滑坡运动过程中“基底扰动-应力波动（滑震响应）-摩阻弱化”动力学行为的定量化表征难题。主要研究结果如下：

1. 在颗粒流与崎岖运动路径的相互作用过程中，随着粒径与下伏层起伏度比值的增大，流体底部的颗粒扰动逐渐增强，表现为颗粒间的间距增大，颗粒法向运动速率提升，流体底部呈现显著的剪切集中效应。

2. 基底应力波动随粒径与下伏层起伏度比值的增大而增大，定量化表征了颗粒流与颠簸运动路径的相互作用产生的基底颗粒扰动。根据数据分析，构建了颗粒流基底应力波动 σsd 与惯性数 I 之间的正相关幂函数关系（图3a），表明颗粒-运动路径相互作用对颗粒流的流态特征影响显著，亦即随着基底颗粒扰动的增强，流体向着更具碰撞性的流态（more collisional regime）演化。

3. 基底颗粒扰动的增强与颗粒流的流动性提升密切相关。颗粒流的等效摩擦系数μCM以及动摩擦系数μb均随基底颗粒扰动程度的增大而减小（图3b），意味着具有更强基底扰动的颗粒流将表现出更远的运动距离。

4. 滑震信号参数与颗粒流特性存在多种相关性，能反映基底应力波动和流态特征，并表征摩阻弱化（图4）。简言之，监测台站捕获的滑震信号可弥补野外测量高速远程滑坡基底应力信息的局限，有助于深入理解滑坡与运动路径相互作用过程及其低摩阻动力学机制。

本研究通过物理模型实验手段，量化了高速远程滑坡“基底扰动-应力波动（滑震响应）-摩阻弱化”的动力学链条，为声波流态化、机械流态化、基底压力波流态化等经典理论提供了模型实验支撑，特别为本团队2015年提出的高速远程滑坡“自激振动悬浮减阻”理论提供了定量依据。这不仅有助于深化理解高速远程滑坡的复杂运动学过程和动力学机制，还为该类灾害的预测和防治工作提供了重要的理论支持。

与上述研究内容相关的学术论文“Basal Stresses and Seismic Signals Generated by Laboratory Granular Flows: the Role of Basal Particle Agitation in Flow Mobility”近期发表在国际著名地学类期刊JGR: Earth Surface。该项研究获得国家重点研发计划青年科学家项目（2022YFC3080200），国家自然科学基金地质联合基金项目（U2244229）、面上项目（42177131）、青年科学基金项目（42207203）和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2682024CX076）的资助。

论文信息详见：Li, T., Wang, Y., Cheng, Q., Lin, Q., Ming, J., Li, K., et al. (2025). Basal stresses and seismic signals generated by laboratory granular flows: The role of basal particle agitation in flow mobility. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 130, e2024JF008015. https://doi.org/10.1029/2024JF008015

论文链接网址：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024JF008015

图1 颗粒流物理模型实验系统

图2 颗粒流高速影像及PIV速度场分析

图3 颗粒流基底应力波动与惯性数及摩擦系数之间的量化关系

图4 颗粒流滑震信号表征基底应力波动、惯性数及摩擦系数