碎屑流是指山坡上的松散岩土体在风化作用、地震作用及爆破施工作用等诱因下失稳并顺坡滑下,并可能在滑动过程中进一步破碎形成以松散碎屑流动为主要运动形式的一种特殊地质现象,也是一种常见的地质灾害。碎屑流暴发时常常具有高速、远程、冲击力强等特点,其与常见泥石流的主要区别为其动力过程主要受到岩土体间碰撞与摩擦作用控制,而受水的作用影响则较小,常常会影响人类的生活生产并给经济财产带来巨大的破坏。本文围绕碎屑流动力过程及特性进行了较为深入的研究,以期提高对碎屑流灾害的认识与理解,进而为防灾减灾提供科学依据与参考。近些年国内外许多学者对碎屑流灾害的研究取得了一定的进展,但由于碎屑流过程具有复杂性,对其动力过程及特性还需进行更为深入的研究。首先,根据连续理论得出适用于表述碎屑流动力过程的深度平均理论模型,应用有限体积数值方法对其进行离散,并采用HLLC近似Riemann解对控制体单元的界面通量进行求解计算。同时还引入了离散单元模型理论及求解方法,从而为碎屑流模拟方法适用性的比较研究打下基础。其次,论文开展了碎屑材料崩塌特性的试验及计算模拟研究。在全部崩塌试验基础上补充开展了局部崩塌试验,得到碎屑材料最终堆积形态参量随着初始试验设置参数指标的变化规律。在深度平均连续理论方法通过解析解验证的基础上,分别采用连续理论模型方法和离散单元理论方法对碎屑材料崩塌试验进行了数值模拟。计算结果表明离散单元理论方法与试验结果吻合更好。研究表明对于碎屑崩塌过程,由于静止核心区的存在以及垂向加速度的显著影响,离散单元理论方法更为适用,并在计算模拟的基础上对碎屑崩塌过程做出了进一步的分析与讨论。同时,论文参考已有碎屑流沿流通槽撞击挡板的试验,采用更加接近实际碎屑形态的组合块体模型对试验过程进行数值模拟。通过对比挡板法向受力模拟与试验结果,验证了块体模型的正确与有效性,与采用深度平均连续理论方法计算所得到的挡板受力结果的对比分析表明两类方法对运动过程的计算结果与试验均吻合良好,但离散单元理论方法能够捕捉到对防护结构更加重要的冲击力峰值,以及底面阻力波动等特性,而深度平均理论方法由于基本假定条件所限不能有效捕捉到碎屑流动力特性的细节特性。在计算模拟的基础上还对碎屑流速度剖面等运动学特性以及粒径分选等动力特性进行了研究与分析。另外,论文针对碎屑流运动过程中的沿程侵蚀现象,设计了用于模拟沿程侵蚀过程的流通槽试验装置,通过试验研究了沿程侵蚀的过程和机理,源区材料质量、源区相对高度、侵蚀区长度等对侵蚀过程的影响规律,试验研究表明,表观侵蚀现象仅发生在侵蚀量大于堆积量的条件下,源区材料在途经软弱侵蚀带时通过刮铲、冲击等作用侵蚀床面,尾流又在侵蚀带的阻力下产生堆积,侵蚀与源区材料质量及相对高度正相关,而与侵蚀区长度负相关。采用深度平均连续理论方法和离散单元理论方法对试验进行了数值模拟,计算表明对于局部有限的侵蚀区域,采取平均化假定的连续理论方法不再适用,相对而言离散单元理论方法则更为适用。计算基础上还对侵蚀过程中堆积形态、速度矢量分布、侵蚀过程等进行分析讨论。最后,论文针对两个典型碎屑流灾害案例进行研究,采用两类模拟方法对碎屑流案例灾害过程进行数值模拟,反演再现了碎屑流灾害动力过程。结合工程案例的特点讨论了灾害的速度过程、能量过程、局部地形对灾害过程的影响等,两类模拟方法致灾范围计算结果与实际灾害情况吻合良好,计算表明对于大型灾害过程的计算模拟,两类方法均均有效适用,在计算效率方面,连续理论方法则更优。