近日，同济大学土木工程学院彭铭教授团队在滑坡堰塞坝形成机制研究方面取得重要进展，相关成果以“SPH modeling of particle-size segregation during bidisperse landslide dam formation with nonlocal rheology”为题发表在国际地学领域权威期刊《Journal of Geophysical Research: Earth Surface》。该研究提出了一种融合非局部流变理论与颗粒分选模型的三维光滑粒子流体动力学（SPH）框架，揭示了滑坡运动过程中颗粒分选诱导堰塞坝非均质结构形成的动力学机制。

研究背景:

滑坡堵江形成的堰塞坝是山区地震、强降雨等极端事件后常见的次生灾害。大量野外调查表明，天然堰塞坝内部往往具有明显的非均质结构：大块石集中于坝体顶部及远岸区域，而小砾石则主要分布于坝体底部及近岸区域。这种颗粒分选形成的空间非均质性会显著影响堰塞坝的渗流、冲刷与溃决过程，从而控制下游洪水灾害规模。然而，由于滑坡运动过程复杂、内部结构难以观测，堰塞坝非均质结构的形成机理长期缺乏系统认知。

图1 非均匀堰塞坝形成过程及典型现场案例

突破与解析：

针对这一问题，彭铭教授团队构建了三维Riemann-SPH数值模型，将非局部颗粒流流变理论与颗粒分选模型相耦合，实现了滑坡启动、运动、堵江及堆积全过程的连续介质模拟。计算效率远高于传统离散元方法，并具有现场案例应用能力，可有效描述滑坡体内部不同粒径颗粒的迁移与重分布过程。

研究发现，滑坡高速运动阶段以重力驱动筛滤作用（细颗粒穿过粗颗粒间孔隙向下迁移）为主，小颗粒向下迁移、大颗粒向上抬升，逐渐形成典型的“反粒序”结构；当滑坡撞击河谷并减速后，颗粒扩散效应增强，促进大小颗粒混合并形成过渡带。研究还表明，平均粒径增大会增强早期筛滤作用，但同时强化后期随机扩散混合，从而降低坝体整体非均质性；滑坡峰值摩擦强度的降低显著增强滑坡分选，而准静态摩擦强度则影响较小。相关规律为理解天然堰塞坝内部结构形成机制提供了新的理论依据。

图2 SPH模拟非均匀堰塞坝形成过程及其与DEM结果对比

现场案例：

研究团队将所建立模型应用于2009年台湾小林村滑坡堰塞坝案例。模拟结果成功再现了现场调查发现的反粒序结构以及坝体堆积范围，验证了该方法在实际大型滑坡堰塞坝模拟中的适用性。

图3 小林村非均匀堰塞坝的模拟结果及其与现场调查对比

总结与展望：

该研究为滑坡堵江灾害链中堰塞坝稳定性评价、溃坝预测及风险防控提供了新的理论和技术支撑。未来，研究团队将进一步考虑水流作用、多粒径级配及坝体侵蚀过程，推动滑坡—堵江—溃坝灾害链全过程数值模拟的发展。

论文第一作者为同济大学土木工程学院彭铭教授，第二作者为同济大学2021级博士生李爽，通讯作者为浙江大学朱成伟副研究员。合著者还包括同济大学石振明教授，硕士生胡志成及硕士薛建峰。研究工作得到了国家自然科学基金等项目资助。

论文链接: https://doi.org/10.1029/2025JF009003

供稿：彭铭

审核：张洪