我国是一个多山国家,山区面积约占国土面积的三分之二,滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害频发,尤其是山地灾害链事件,更造成一般山地灾害所无法比拟的大范围危害。近年来,随着全球气候变化异常和人类社会经济活动的不断增强,极端天气和地质灾害增多,山地灾害链事件有增加的趋势,成为我国山区人民生命财产安全和重大工程的严重威胁。因此,有关山地灾害链形成机理、传播过程、成灾模式和减灾对策的研究,是具有重要科学意义和明确应用背景的课题。鉴于山地灾害链的研究整体尚处于起步阶段,而灾害承传系统的响应特性是在链式反应中使灾势扩大的最重要的环节,因此本文确定将其作为论文的主攻方向；并选择地震触发崩塌滑坡、降雨泥石流以及堰塞湖溃决这三种典型山地灾害链作为研究的原型。针对灾害承传系统的非线性特性,选择自组织临界状态理论、元胞自动机、去趋势互相关分析等非线性科学的理论与方法,并运用航卫片遥感资料解译、野外现场考察、振动台沙堆模型实验、振动台水箱模型实验、计算机模拟等手段,揭示在原生事件系统的干扰下,灾害承传系统的非线性响应特性。主要工作和研究结论如下：(1)针对地震触发崩塌滑坡、降雨泥石流两类原型问题的特点,分别设计了扰动强度递增、扰动强度为随机变量序列的元胞自动机模型,开展了一系列变扰动情况下的元胞自动机沙堆模型实验,获得了一批扰动条件变化下SOC系统承传特性的结论,拓展了SOC在灾变理论中的应用,对元胞自动机沙堆模型实验技术的发展亦具有促进作用。(2)提出当且仅当处于地貌发育阶段幼年晚期的谷地以及壮年期的山地,其坡面总能维持在临界坡度,系统已经演化到了临界状态,崩塌、滑坡、泥石流等斜坡重力作用地表过程,其共同特征是能量的耗散是以斜坡物质失稳下滑实现的,从物理概化角度,可认为沙堆模型是一种能抓住真实斜坡系统基本特征的简单理想模型,因而它们的动力学特征都应能在SOC的概念框架下得到解释。从而界定了SOC在山地学中的适用范围。(3)汶川地震实震资料表明,在Ⅸ度区崩塌滑坡规模与出现频率之间的关系可用幂律描述,X度区这一关系基本服从幂律分布,Ⅺ度区更偏向于对数正态；芦山地震实震资料表明,Ⅸ度、Ⅷ度、Ⅶ度烈度区,崩塌滑坡规模与出现频率之间的关系均可用幂律描述,但随地震烈度的降低,崩塌滑坡点的密度单调减小。元胞自动机模拟实验表明,以扰动值1-Fmax为界可以划分为两个区间,沙堆模型的动力学特性呈现出不同的性质：在扰动值小于1-Fmax的区间,随扰动强度的降低,系统的动力学特性均能用幂律描述,但雪崩密度相应减小,因此,在此区间必须增加雪崩密度指标才能构成对SOC系统统计特性的完整描述；在扰动值大于1-Fmax的区间,随扰动强度的增加,沙堆模型的动力学特性将经历幂律—幂律弱化—对数正态分布的演变过程。实现了从物理角度对不同烈度区地震触发崩塌滑坡分布规律演变机理的诠释,初步建立了从Ⅶ度到Ⅺ度不同烈度区地震触发崩塌滑坡总体特征的完整表征体系。(4)提出泥石流沟谷系统具有自组织临界性的推断具有合理性。以蒋家沟泥石流为范例的研究表明,重力侵蚀型泥石流径流量的分布呈现为幂律形式或者接近于当地区域性降雨的概型；泥石流径流量规模与频率之间的分布具有衰减型的尾部,是SOC系统普适性的特征。据此利用极值统计理论,建立了不同设计基准期蒋家沟泥石流最大径流量极值分布的数学模型,为解决泥石流防治工程可靠性设计中泥石流荷载概型确定这一难点问题,提供了新思路和方法。(5)2010年墨西哥下加利福利亚洲Ms7.2级地震中地震波与池水涌浪的相关性分析结果表明,地震波与池水涌浪均为正相关关系,相关性时间尺度约为4s。振动台水箱模型实验重现了同样的规律。输入三种频谱特性不同的地震波振动台水箱模型实验表明,地震波主频是决定相关性时间尺度的主要因素。据此,提出振动台水箱模型实验能反映真实的地震涌浪规律,利用水箱模型研究地震涌浪研究方案合理；在建模时,由于地震波与地震涌浪的相关性时间尺度事前并无法得知,作为一种简化处理,可以地震波主频的周期作为相关性时间尺度的取值。结论为地震引发库、湖水涌浪模型的研发提供了理论指导。(6)将原生事件系统与灾害承传系统均为SOC的情况定义为soc-soc系统灾害链问题。在以降雨—泥石流为典型soc-soc系统灾害链的研究中,通过元胞自动机模拟,提出其传递特性是：当扰动输入平均强度较小时,通过次级SOC系统的传递,会将总体动态特性的复杂性放大；之后随着扰动平均强度的递增,次级系统的放大作用逐渐减弱,直至消失,体现为次级SOC系统的b值趋近为扰动事件序列的b值,因此b值的变化可以表征SOC灾害承传系统自组织效应的作用。这是关于soc-soc系统灾害链传递特性的有益探索。综上,通过以上三类典型山地灾害链的研究,获得了它们承传系统非线性响应特性的基本认识,并希望藉此范例性的探索,推动山地灾害链研究从唯象学向精确化科学迈进。