泥石流属于一种全球性的自然灾害,仅就我国公路交通而言,每年因泥石流就造成经济损失近50亿元人民币,因此必须加深对泥石流暴发、运动及成灾机理等方面的认识。近年来,各国研究学者和工程技术人员,从自身的学科领域和工作对象来研究和防治泥石流的,但不外是试验研究加理论分析等传统研究手段,但往往不能更为合理、准确的解释泥石流运动时的一些复杂现象,传统方法已经无法满足日益发展起来的泥石流动力学研究。近年来,计算机水平飞速发展,泥石流动力学的研究逐渐引入数值计算及模拟方法。本文从泥石流的运动特征参数研究出发,重点从计算力学方向研究泥石流问题,取得创新性成果如下:(1)针对泥石流的运动特征参数之一的泥石流液相的粘滞性规律进行了分析,并建立了泥石流粘滞系数的计算方法,并通过资料进行了验算,误差在±4%~10%。(2)针对了泥石流的紊流问题进行分析,依据泥石流的流体特征,将泥石流分为稀性泥石流和粘性泥石流,并通过合理的假设,运用计算流体力学理论、两相流体力学理论及流团理论研究两种流态下的紊流问题,成功建立了稀性泥石流紊流两方程模型方程及粘性泥石流紊流流团模型,并通过资料进行了数值验算,证实了其有效性。(3)将有限差分法引入泥石流数值计算之中,针对泥石流液相中存在的涡流问题进行数值分析,构造了泥石流涡流的差分离散方程,并通过积分进行求解;(4)针对泥石流在沟中运动过程中运动路径变化时,泥石流流场的变化,将泥石流运动分为定常流动和非定常流动两种,并运用有限体积法对一维和二维空间两种泥石流运动流态基本微分方程进行了离散求解;(5)通过k-ε紊流方程、雷诺方程、柯尔马廓洛夫-普朗特关系式、二维泥沙紊流模型及固液两相泥石流的基本特征,得到了泥石流三维k-ε-S紊流模型,并将所建的模型应用于新疆天山K630沟谷型泥石流流场问题的研究,预测了速度流流场的变化,计算结果与K630沟谷泥石流模型试验数据基本吻合。前述研究丰富了固液两相泥石流计算力学的科学内涵,可运用于泥石流数值分析及模拟之中,为泥石流研究提供了新的方法,是传统研究方法的重要补充。