冰－岩屑流是冰冻圈灾害链中重要的冰－岩混合介质运动形式，其异常远程运动特征使灾害影响范围和强度难以预测，是高山峡谷区防灾减灾面临的关键问题。现有动力学模型多将基底摩擦处理为固定材料参数，难以刻画不同粒径、密度与摩擦属性颗粒在运动过程中的动态分选及其对流动结构的反馈作用。因此，厘清多因素驱动颗粒分选机制及其对有效基底摩擦和整体流动性的控制规律，对于提升冰－岩屑流动力学预测能力具有重要意义。
针对上述问题，成都山地灾害与环境研究所姜元俊研究员团队综合开展物理斜槽试验与离散元数值模拟，系统分析粒径、密度和摩擦差异对冰岩混合颗粒流向与垂向分选的耦合影响。结果表明，粒径差异是控制分选格局的首要因素，相对贡献率达62％–83％，密度影响次之，摩擦影响相对较小。研究进一步揭示了两类可独立于垂向分选发生的流向分选机制：前向动力筛分促使小颗粒向前运移，剪切诱导迁移则可驱动大颗粒向前运移；垂向分选通过重组颗粒层结构，动态调节两种机制的竞争与转换。
研究发现，颗粒分选可重塑基底接触层并诱发基底摩擦的状态依赖演化。当冰颗粒向下分选并形成低摩擦基底时，有效基底摩擦系数显著降低，滑动－滚动指数Sx＞0.8，流动性增强；当岩屑向下分选时，基底摩擦升高，Sx＜0.3，流动性受到抑制。该结果表明，有效基底摩擦系数μeff并非恒定材料常数，而是随颗粒分选和接触结构演化而变化的涌现量。这一认识为冰－岩屑流异常流动性预测和冰冻圈灾害动力学模型改进提供了新的物理依据。
该研究得到国家重点研发计划（2023YFC3008300、2023YFC3008305）和国家自然科学基金项目（42172320）等资助，相关成果发表在Computers and Geotechnics、Powder Technology等期刊上。
不同粒径比条件下冰岩混合颗粒的滑动距离和分选结果
试验装置和数值模型、分选特征及分选结果对比