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    顆粒流作為一種常見(jiàn)自然現象而廣泛存在，如滑坡、泥石流、巖崩、雪崩、砂堆運動(dòng)。顆粒流運動(dòng)過(guò)程中，顆粒之間的摩擦和碰撞同時(shí)存在且在顆粒運動(dòng)行為中發(fā)揮著(zhù)各自的作用。通常，在沿坡面而下的顆粒流過(guò)程中，顆粒物質(zhì)重力勢能逐步轉化為伴有摩擦和碰撞的顆粒物質(zhì)動(dòng)能，期間顆粒物質(zhì)將遭受壓縮和剪切力學(xué)過(guò)程而產(chǎn)生變形和破碎。顆粒流運動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的顆粒破碎必然引起顆粒物質(zhì)顆粒-孔隙結構重分布，進(jìn)而改變其強度變形特性，最終影響顆粒物質(zhì)的力學(xué)-運動(dòng)行為。

    中科院成都山地災害與環(huán)境研究所蘇立君研究員團隊以顆粒流災害為背景，聚焦顆粒流摩擦-碰撞顆粒破碎科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)鼓式顆粒流試驗（硅砂與陶瓷球），模擬顆粒流連續運動(dòng)過(guò)程，引入顆粒破碎因子（相對破碎率）量化顆粒破碎，闡明了顆粒流運動(dòng)過(guò)程中顆粒摩擦-碰撞顆粒破碎特性，揭示了顆粒破碎對顆粒土特性的影響，破解了顆粒流摩顆粒擦（磨蝕）-碰撞（破裂）破碎機理，且取得以下主要結論：

    （1）顆粒流顆粒摩擦-碰撞均導致顆粒破碎，且顆粒破碎（指，相對破碎率，下同）隨顆粒流運動(dòng)時(shí)間增加而增加，但增加的速率逐漸減小；顆粒破碎隨陶瓷球數量的增加而線(xiàn)性增加；然而，顆粒破碎隨硅砂數量的增加而先增加后減少，即存在一個(gè)產(chǎn)生最大顆粒破碎的硅砂特征量，但因顆粒流摩擦-碰撞顆粒破碎機理不同，這個(gè)硅砂特征量在顆粒流摩擦或碰撞試驗中可能不同；

    （2）顆粒流顆粒碰撞比顆粒摩擦導致更多的顆粒破碎；顆粒流顆粒摩擦-碰撞產(chǎn)生不同的顆粒破碎機理，即，顆粒流摩擦顆粒破碎主要通過(guò)顆粒磨蝕來(lái)完成，而顆粒流碰撞顆粒破碎主要通過(guò)顆粒破裂來(lái)實(shí)現；

    （3）顆粒流摩擦-碰撞顆粒破碎導致細粒含量增加，然而顆粒流顆粒摩擦產(chǎn)生的細粒含量速率更高但量相對較少；顆粒流顆粒碰撞產(chǎn)生的細粒含量隨硅砂數量的增加而先減少后增加，但其隨陶瓷球數量的增加而產(chǎn)生一個(gè)增量逐漸減小的增加；對于一個(gè)給定的顆粒流，細粒含量-顆粒破碎關(guān)系可能存在一個(gè)下邊界線(xiàn)；顆粒流摩擦-碰撞顆粒破碎的增加導致顆粒土特征粒徑D10和D30產(chǎn)生減量逐漸減小的降低，但導致顆粒土特征粒徑D50和D60線(xiàn)性下降。

    該研究得到了國家自然科學(xué)基金（41807268）、中國科學(xué)院西部之光“一帶一路”國際合作團隊（Lijun Su）、中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )（2018408）和中國博士后科學(xué)基金特別資助項目（2019T120864）資助。該論文發(fā)表在中國科技期刊卓越行動(dòng)計劃領(lǐng)軍期刊Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering，余方威青年研究員為論文第一作者，蘇立君研究員為論文通訊作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2020.08.004

顆粒流摩擦-碰撞顆粒破碎特性與機理研究