1.2 国内外研究现状
1.2.1 泥石流启动机理
对于泥石流启动机理研究，早期因条件不具备，学者们主要集中于成因统计分析研究，后期才开始逐渐转向土力类启动机理和水力类启动机理研究。目前国外学者提出的、比较重要的泥石流启动模型有含有孔隙水压力的库仑颗粒流模型、Johnson（1970）泥石流机理模型、Takahashi（1978）泥石流机理模型；另外还有Chenglung Chen（1986）提出的通用泥石流黏塑流模型、O'Brien等（1993）提出的膨胀塑流模型及Verson（1997）提出的复杂泥石流“混合流理论动量守恒方程”等几十种模型[1]。此外，还有维洛格拉多夫（1979）的沟床自保护层破坏导致泥石流启动的模型。随着近年来对泥石流研究的不断深入，国外学者对不同形式的泥石流形成机理进行了研究。CannonS H等（1998）[2]、Gartner，J E等（2008）[3]、CannonS H等（2008）[4]研究了美国过火区域泥石流爆发机理。Chen H等（2001、2000）[5，6]、Wooten R等（2008）[7]、Chien-Yuan C等（2008）[8]进行了台风或飓风所引起的泥石流机理研究。ShiehC L等（2009）[9]研究了震后泥石流发育机理。Fuchu D等（1999）[10]、PérezF L（2001）[11]、Morton D M等（2008）[12]、Tiranti D等（2008）[13]、BullJ M等（2010）[14]、Engel Z等（2011）[15]、Jakob M等（2012）[16]研究了暴雨型泥石流形成机理。Saucedo R等（2008）[17]、Parise M等（2012）[18]、研究了火山地区泥石流并形成机理。Stoffel M等（2011）[19]研究了瑞士阿尔卑斯山冰缘泥石流形成机理。此外，还运用新的方法进行了泥石流机理研究的相关探索。Mergili M等（2012）[20]开发了一种可以模拟泥石流启动和运动的GIS模型。
国内学者在泥石流启动机理方面研究也很多，提出了“揭底”作用或“滚雪球”过程等水力类泥石流启动机理；更重要的是，借助钱宁、王兆印等在泥沙运动力学方面的研究，我国泥石流学者将泥石流启动过程进行了细致而详尽的划分，系统地阐述了泥石流启动机理及过程[21]。解明曙、王玉杰、张洪江等[22]采用泥沙运动理论建立了沟床松散堆积物（准泥石流体）启动的力学模型。唐红梅、翁其能、王凯等[23]采用水动力学理论建立了沟床堆积物启动的力学模型。戚国庆、黄润秋（2003）[24]从非饱和土力学角度，王裕宜等（2003）[25，26]从自组织临界理论，陈中学、汪稔、胡明鉴 等（2010）[27]从黏粒含量分别探讨了泥石流形成机理。我国的高校和科研院所也进行了大量研究工作，出版了许多专著，这些专著全面论述了中国泥石流的分布、分类、形成、基本特征，泥石流形成机理、运动特征、预测预报、数学模型、防治技术等方面的内容[28-33]；也有针对性的研究，比如泥石流沉积特征与环境[34]、泥石流勘查技术[35，36]、泥石流运动机理[37，38]、泥石流危险性评价[39]、泥石流防治工程技术[40，41]等。韦方强等（2005）[42]将降雨型泥石流分为了两种类型：①降雨导致泥石流形成区的土体含水量变化以及土体力学特性改变，从而导致土体失稳形成泥石流；②降雨导致地表径流增加，地表径流对土体的拖拽启动形成泥石流。前一种属于土力类，后一种属于水力类。陈晓清（2006）[43]、匡乐红（2006）[44]等还将泥石流形成过程进行了划分研究。此外，国内学者还针对特定区域[45]或专门性泥石流进行研究[46，47]等。也对不同形式的泥石流展开了研究，比如Tang C等（2009）[48]研究了震后泥石流发育机理。Tang C（2011）[49]等、周春花等（2012）[50]、Lu X等（2011）[51]、Hu M等（2011）[52]研究了暴雨型泥石流形成机理。
1.2.2 泥石流模型试验国内外研究现状
Okura等[53，54]通过变坡度的水槽实验研究了滑坡流态化问题，考虑了坡面形态的影响，提出了滑坡流态化的3个阶段：上部坡体下滑引起砂层的压实；饱和区产生超静孔压；发生快速剪切。Hutchinson J N等[55]提出，对于具有疏松的坡体，流动性滑坡的产生机制在于不排水效应，在滑坡运动所形成的不排水条件下，孔压增加，抗剪强度降低，从而使滑坡流态化。Eekersley[56]建立了一个以渗透为给水方式的滑坡模型，表明超静孔压产生于压缩区，并引起液化。Hungr[57，58]对三种现象泥石流（Debris Flow）、碎屑崩（Debris Avalanche）、流滑（Flow Slide）进行了区分，深入研究各自的形成过程和条件，他认为这几种现象均属于快速的流动性滑坡，区别在于其形成的地形条件，而它们发生的先决条件是剪切强度的突然丧失，Hungr对于初始加速度的产生在库仑—太沙基理论框架下进行了详尽分析。美国学者Fleming等[59]通过对美国加州Marin县的泥石流的研究指出：土体的收缩引起液化，从而导致滑坡转化为泥石流，而土体膨胀则引起间隙性的泥石流。美国地质调查局的Iverson博士等人，通过在大型泥石流试验槽（长90m，宽2m，深12m，坡度31°）上的反复实验，总结了前人的研究成果，提出了滑坡转化为泥石流所经历的3个过程，并最终以统一的描述坡体极限平衡、运动、停积的库伦混合流动量及质量守恒方程概括了这一过程，这标志着滑坡直接转化为泥石流基本理论框架的确立。从模拟对象来看，国外学者主要针对坡面泥石流[60，61]、滑坡转化形成泥石流[62-65]以及沟床沉积物启动形成泥石流[66-69]开展模拟试验。坡面泥石流启动试验通过岩土梁离心机模拟试验、环剪试验等手段分别研究了斜坡土体失稳与泥石流启动过程中渗流、表流的作用[70]，土壤团聚体孔隙率和胀缩特性关系[71]以及土体细颗粒含量与孔隙水压力变化[72]；多数滑坡转化形成泥石流试验的开展基于土体临界状态理论，部分试验表明滑坡向泥石流转化主要受松散土体孔隙压力的影响，在强降雨条件下稠密土体滑坡也被证实存在着向泥石流转化的可能。沟床沉积物启动形成泥石流试验的开展主要通过水槽实现，分别研究了沟床堆积物粒度与侵蚀速率的关系、表层覆盖（如燃烧灰）对流体密度、径流流量、携带能力的影响以及泥石流演化的关系。综上可以看出，国外泥石流启动物理模拟试验的开展正朝着精细化、微观化、多因素关联化方向发展[73]。
近10多年来，中国众多专家学者开展了大量人工降雨诱发泥石流启动试验，包括了室内泥石流启动模拟试验和室外泥石流启动原型试验。在试验的过程中，对土体水势、含水量、孔隙水压力和温度等特征参数的变化都进行了实时监测[74]。应变控制式三轴仪（如TSZ30-2.0）[75]、精密的基质吸力测量仪器（如PF-Meter测量仪）[76]、Bromhead环剪仪[77]也被用于泥石流启动物理模拟试验的研究。从模拟对象来看，中国泥石流灾害专家和学者开展的人工降雨与泥石流启动试验模拟对象主要为蒋家沟泥石流[78-85]，同时也包括汶川震区魏家沟泥石流[86]和昆明—嵩高高速公路后窗子坡面泥石流[87]。王裕宜等[78]通过试验发现土体含水量超过11.5%时，容易形成坡面流。李驰等[86]在模拟北川魏家沟泥石流启动时发现相同雨强条件下，坡度越大，泥石流启动时间越短；相同坡度条件下，随雨强增加，泥石流启动所需总雨量减小，而当雨强逐渐减小时，泥石流启动时间越慢。胡明鉴和汪稔[79]通过试验发现泥石流形成主要包括表层松散体流失→溜滑、崩塌→崩塌、溜滑体前缘堆载→细沟侵蚀→崩塌牵引滑坡→自身重力和含沙水流混合形成泥石流等环节。何晓英等[87]根据后窗子坡面泥石流启动试验将泥石流形成、运动和堆积过程划分为5个阶段，即吸水强度降低、蠕滑、局部滑动、快速流动和堆积。周健等[85]透过试验现象将泥石流启动概括为4个过程：浸润区形成、滑动面出现、土体拉裂和泥石流启动。崔鹏（1983）[88-90]通过水槽试验研究泥石流体启动机理并提出了准泥石流体的概念，将摩尔—库仑理论用于泥石流的启动研究。徐永年（1999）[91]利用可调坡度水槽进行松散崩塌土与水流掺混形成泥石流的试验，观测崩塌土运动距离及泥石流的形成过程，建立崩塌土流高比的计算公式，提出了松散崩塌土在一定纵坡下形成泥石流的水流掺混机理。胡明鉴（2001）[92]在蒋家沟流域通过大型人工降雨滑坡泥石流现场试验，分析降雨对滑坡的激发作用，初步建立蒋家沟流域暴雨滑坡泥石流共生关系的含水量模型。陈晓清（2006）[93]通过野外原型观测、人工降雨试验和室内特体特征参数试验，提出土力类泥石流启动存在两种力学机理，即强降雨作用下的振动软化或液化机理、中小强度降雨作用下的局部软化或液化机理。徐友宁等（2009）[94]基于人工模拟试验以采矿堆排刻渣作为物源进行了模拟启动试验，试验考虑了颗粒级配、底床坡度、临界水量等主要因子的定量关系。亓星等[95]通过模型试验得出沟道堆积物在坡度为14°和15°时呈典型沟床启动特征，临界坡度为15°～17°。