源地坡面土体破坏供给泥石流的随机过程

The provision processes of slope failures for debris flows in source regions show great uncertainty. Specifically, Slope failure is discontinuous, with separation in time and space, and has a remarkable fluctuation in magnitude. These characteristics lead to the discontinuous, and fluctuation of debris flow surges. This project take the slopes in different debris flow source regions with diverse soil particle size composition as study objects, and observe the temporal, spatial and scale characteristics of the slope failures on the slopes through the rainfall field in situ artificial rainfall experiments, and analyze their probability distributions. Then study the mechanism and relationship expressions between representive parameters of the probability distributions with rainfall intensity and soil particle size composition. Ultimately establish the statistical processes model of slope failures providing for debris flow based on the distribution and parameters. The result can contribute the debris flow source supplies and surges simulation theoretically.

泥石流源区坡面松散土体破坏和补给泥石流的过程具有很强的随机性，具体说来，其在时间上表现为间歇性、空间上表现为聚焦性，规模上表现为涨落性，这些特征决定了泥石流的阵性和规模的涨落。项目以不同土体特征的泥石流源区坡面为研究对象，采用野外原位试验、室内模拟实验和室内数理分析等手段，观察和总结土体破坏的随机特征，分析其在时间、空间和规模上服从的概率分布，研究概率分布的特征参数随雨强、土体粒径组成等影响因素的变化机理和变化过程，并确定其关系表达式，进而建立坡面物质供给的随机过程模型,可为泥石流的物源补给、阵流模拟提供理论依据。

项目以不同土体特征的泥石流源区坡面为研究对象，在云南省蒋家沟流域、四川省魏家沟流域和牛圈沟流域进行了多组野外原位试验，观察和总结了源地土体破坏的随机特征，发现泥石流源区坡面松散土体破坏和补给泥石流的过程具有很强的随机性，具体表现为：在时间上表现为间歇性、空间上表现为聚焦性，规模上表现为涨落性，这些特征从源头上决定了泥石流的阵性和规模的涨落。通过室内数理手段分析了其在时间、空间和规模上服从的概率分布，发现土体失稳过程在时间间隔上服从Poisson分布，在规模上服从Pareto分布，因此，土体补给过程可以用Poisson分布和Pareto分布来描述其时间间隔和规模涨落。研究也发现这两个概率分布的特征参数随雨强有着良好的幂指数关系，并确定了其关系表达式，模进而建立单坡源坡面物质供给的随机过程型。在实验现象和土体内部力学参数监测的基础上，分析了土体失稳的序列与土体含水量、孔隙水压力和土体颗粒变化之间的关系，提出颗粒场的概念，用颗粒场的变化来反映宏观失稳过程的随机性：土体的失稳过程与孔隙水压力变化息息相关，而土体的孔隙度变化是孔隙水压力变化的控制参数，因此，土体特性敏感地依赖于颗分参数（μ, Dc），颗粒场定量刻画土体的空间非均匀性，决定了源地土体活动的空间差异，进而决定了土体在降雨过程中宏观失稳现象的空间不均匀性和时间上的随机性。本研究为泥石流的物源补给和阵流模拟提供理论依据。