4.1 泥石流流体运动特征

泥石流流体运动特征呈高度不稳定性和不恒定性，其直进性、易冲性、易淤性使得流路不稳定。泥石流的运动兼有挟沙水流和滑坡的运动特性，这突出表现在它的流态、流动过程、冲击作用和冲起现象等方面。

4.1.1 泥石流流态特征

泥石流是固、液、气三相混合流体，运动有阵性。泥石流的物质组成成分复杂多变，其液态性质亦随之不同；其运动特征为非标准的层流和紊流，也为非典型的蠕动和滑动，但却具近似于层流、紊流、蠕动、滑动四种类型。

（1）稀性泥石流流态特征。稀性泥石流含黏粒、细颗粒物质较少，流体稠度小，容重低，黏度小，浮托力弱，呈多相不等速紊流运动。石块的流速小于泥沙、浆体，呈翻滚、跃移状运动。沿流程停积物粒径有分选性，堆积物结构松散，层次不明显，渗水性强。泥石流流向不定，易于改道漫流，有股流、散流、潜流现象。稀性泥石流与挟沙水流的运动有一定的相似性，具有紊流特征。

（2）黏性泥石流流态特征。黏性泥石流含黏粒、细颗粒物质多，流体稠度大，容重高，黏度大，浮托力强，具单相等速整体运动，有阵性流动特征。各种粒级的泥、砂、石块均处于悬浮状，垂直交换运动不明显，密度大于浆体的石块呈悬浮状和滚动运动。流路集中，不易分散，停积时堆积物无分选性，并保持其流动时的整体结构特征。堆积物结构密实，层次分明，透水性较弱。黏性泥石流由于流体中含有更多的土体颗粒，浆体的结构更紧密，起始静切力和黏度值大，浆体流动时脉动和小尺度的涡动受抑制，因而其紊动状态主要是由于石块间的猛烈碰撞和阵性流的头部与残留层的相互作用而形成。黏性泥石流兼具近似层流、紊流、蠕动、滑动特征。

当黏性泥石流含水量较低时也称碎屑流，运动状态接近滑坡的运动状态，但又有明显的差异。碎屑流中的土体（至少下层的土体）饱和后具有一定的流动性，在相同纵坡条件下，它的运动速度比滑坡的蠕动速度快得多，其流态具有蠕动流的特征。碎屑流向下滑移时，由于其下层土体饱和而液化，因而具有流动性，但由于浆体在沟床面上形成一个润滑面，使得流速由沟床面向上逐渐递增，因此这种滑动不是真正的滑动，而是具有一定滑动效应的流动，其流态具有滑动流的特征。

同一期泥石流，在不同部位不同时间，其流态典型性差，过渡性强。

4.1.2 泥石流流速特征

泥石流流速主要受地形条件、流体特征和沟床糙率等因素的影响。从能量观点看，沟床纵坡降大，势能大，流速大，弯道多，流速小；由于泥石流中挟带固体物质多，动能消耗大，故泥石流的流速小于等量洪水的流速。从外部阻力看，稀性泥石流沟槽颗粒粗大，河床糙率大，泥石流流速一般偏小。黏性泥石流含黏土颗粒多，泥浆稠度大，容重高，凝聚力大，整体性强，暴发时有“铺床作用”，惯性作用大，故流速大；沟床糙率大，流速小。

泥石流流体各部的流速也不尽相同，流体表面中部的流速大于两侧，阵性流头部流速大于其尾部，表面流速大于沟底流速。泥石流的流速在平面和立面上的差异与流体的稠度、粒度有关。稠度越大，均化程度越高，粒度差异性越大，均化度越低，同一条沟的各次泥石流的流速也不相同。

4.1.3 泥石流运动形式

泥石流运动的形式主要有阵性流和连续流两种。

（1）阵性流。阵性流是黏性泥石流运动的一种方式，即泥石流呈一阵一阵的运动，阵与阵之间存在断流，断流时间通常以一个均值为轴上下波动。对于一次泥石流而言，其前期断流的时间通常较短，后期较长，断流时间通常变化为几秒到几十分钟。当断流时间较长时，被断开的两个流体可以被视为两次不同的泥石流。单一阵次泥石流的形态基本相似，即呈现头大、身短、尾长的“蝌蚪”形。阵流的长度大小不一，一般龙头（阵流的头部）高度越高，泥石流的阵流长度越长。此外，流域面积越大，泥石流的阵流次数越多。

对于单一阵次的泥石流，其龙头的坡度与泥石流的性质和流速有关。高速流动的泥石流其龙头迎风面坡度较大，而低速流动的泥石流其龙头迎风面坡度较小。泥石流龙头剖面可以概化为三角形。

（2）连续流。稀性泥石流和物质补充丰富黏性泥石流的流动状态呈连续流动，即为连续流。对于黏性连续流，其运动状态有波状连续流和单峰连续流。波状连续流的流体由多个波组成，波与波之间没有断流，只有峰和谷之分。单峰连续流流体剖面形态类似三角形，流量快速增长也快速下降。稀性泥石流通常呈非波状连续运动，较为平缓。

4.1.4 铺床和刨床

（1）铺床。泥石流在沿沟床向前运动的过程中，由于沟床的糙率较大，第一阵泥石流或连续流的前部在通过河床时需要克服较大的阻力，往往流速较低并在沟床留下一层泥石流流体。当第一阵流体流量不够时，第二阵、第三阵等后续泥石流继续前行，使得整个沟床（直到主河口）铺砌了一层泥石流流体，为后续泥石流的快速流动奠定了基础，这就是泥石流运动的“铺床”过程。

（2）刨床。高速泥石流在沿沟床向前运动的过程中，由于泥石流流体动能较大，沟床的松散固体物质被高速泥石流裹挟前行，并加入流体中产生揭底现象这就是泥石流运动的“刨床”过程。

4.1.5 泥石流流量特征

泥石流的流量过程线常是多峰型的，并与降雨过程线相对应，其涨落速度和变化幅度都很大。泥石流流量的大小和暴雨的特点、阵流形成、堵塞溃坝形式有关。一般是雨强大，泥石流流量大；降水时间长，泥石流过程长，沟槽弯曲堵塞严重，泥石流阵流流量大，阵流间隔时间长，积累流量大。

泥石流流量与松散物源的多少有关，一般在同等雨强条件下，松散物源量越大，其总体流量越大。

泥石流流量与沟床纵比降的大小有关，一般在同等雨强条件下，沟床纵比降越大，其总体流量越大。

黏性泥石流阵流的大小与间隔时间的长短、稠度、水文、泥沙要素、河相因素、河床堵塞程度等有关。阵流间隔时间长，峰量大。

4.1.6 泥石流直进性与弯道超高

泥石流具有大于洪水的直进性和冲击力，这是由于泥石流的容重大、动能大的原因造成的。因此，泥石流稠度越大，直进性越强，颗粒越粗，冲击力越强。遇急弯的沟岸或障碍物，就猛烈冲击产生弯道超高，或冲起爬高，据观测调查资料，弯道超高可达3～5m，遇阻爬高可达泥深的3～5倍。因此常在弯道越过沟岸，摧毁障碍物，甚至裁弯取直，冲出新沟道。

4.1.7 泥石流漫流堆积改道特点

漫流堆积改道是在泥石流堆积区内的一种普遍现象，它不同于水流的漫流。泥石流流出山口后，由于地形突然开阔变缓，流速减缓，泥石流沿程堆积占据原有沟道空间，致使后续来流形成漫流。基于直进性，泥石流总是取道正对沟口堆积扇的轴部，并首先在那里堆积淤高。轴部淤高变缓后，阻力增大，于是泥石流取道坡陡阻力小的两翼漫流。两翼淤高后，主流又回到轴部，如此往复遂形成拱度大、支汊如网、泥石流横流漫溢的堆积扇。堆积扇上的浅槽对泥石流主流流向几乎没有约束力，在流量稍大时，随时可以溢槽漫流，流量不满槽时，在流动过程中，也可因局部受阻淤积而引起漫流，或因固、液相差异性流动，而引起运动方向的改变。当有多条泥石流沟在山口交汇时，由于各沟泥石流流量大小及组合不同，而发生流向变化，其主流方向一般受流量大的或稠度高的控制。

4.1.8 泥石流的冲击作用和冲起现象

泥石流冲击力和冲起高度一般与流速和固体物质含量呈正相关，泥石流流体中固相物质增加，尤其是石块含量增大，则冲击力增大。稀性泥石流冲击力和冲起高度一般较小，黏性泥石流冲击力和冲起高度较大。冲击力和冲起高度同时也与沟道形态有关，同一类型泥石流，沟道越顺直、陡峻，其流速越大、冲击力和冲起高度也越大。