泥石流起动的力学机制和运动特征对于泥石流的防治与预判十分关键,过去更多地研究泥石流形成后的演进机制,而对泥石流的形成规律研究相对少,研究的重心实时地前移到起动阶段已成为必然。诸多的灾害案例显示凹槽土体是降雨过程中起动泥石流的先驱物源,但其重要性在国内被忽略,所以需加强研究凹槽土体起动泥石流灾害事件的案例,分析凹槽土体起动泥石流的力学机制。本文收集了国内五起典型的凹槽土体起动泥石流灾害的案例。采用野外实地调查、遥感解译、数值模拟和室内外试验等方法,研究该类泥石流起动的力学机制与规模放大过程。该研究成果使得研究链条迁移到沟道源区的凹槽土体滑坡,有利于填补泥石流灾害全链条过程的源区缺陷,实现单沟泥石流的精准预判,推动防灾减灾理论与技术的进步。通过以上研究,本文取得的主要研究成果如下:(1)凹槽土体失稳起动泥石流的灾害案例遍布于我国不同的地貌单元、气候带与构造带,该类泥石流具有成灾规模大和暴发频率低的特点。通过对闽、浙、湘南、川南等区域凹槽土体失稳起动泥石流灾害数据分析,发现该类泥石流的发生频率通常在50年一遇以上,属于稀遇低频并具有良好的隐蔽性。良好的隐蔽性和低频率性降低了群众的防灾减灾意识,该类泥石流裹挟着巨石以直接冲毁建筑物的形式造成群死群伤的后果。(2)该类泥石流灾害主要发育于硬质岩区,流域面积小,植被覆盖率高。沟道源头的凹槽内分布着大量风化残坡积土,在极端强降雨作用下发生滑坡并转化为泥石流。该类泥石流流域内硬岩面积占流域面积的80%以上,部分流域的植被覆盖率高可达100%。统计显示93%的泥石流流域面积小于1km2,75%的泥石流沟道介于“坡面—沟道”之间,主沟纵坡形态呈“上陡—中缓—下陡”的地形特点。源区凹槽土体呈点状分布,平面形态为圆叶状和漏斗状。极端强降雨是诱发该类泥石流形成的主要因素。(3)凹槽土体在降雨和后端地貌径流放大的作用下发生滑坡并转化成泥石流。中等粘粒含量的凹槽密实土体在极端降雨和后端地貌径流放大的联合作用下,土体经历剪胀破坏。凹槽地形和植被的滞水效应增加了入渗量,使得根系层剪切强度τ大于抗剪强度τf,凹槽土体整体液化,向下游运动过程中浆体与流域内的固体物质混合转化为泥石流。凹槽土体的堆积坡度和厚度是控制其稳定性的关键因素。(4)干旱和地震作用通过影响源区土体的物理性质,有利于泥石流灾害的形成。湖南贺畈沟泥石流暴发前经历了长历时的干旱事件,导致凹槽土体表层产生裂隙,利于雨水入渗,在强降雨作用下凹槽土体饱和失稳破坏并转化为泥石流。矮子沟泥石流受到早期干旱和地震事件的影响,流域内的增加了大量松散固体物源,为泥石流的起动奠定了物源基础。在强降雨的作用下冲切沟沟道源头的凹槽土体经历剪缩破坏并形成坡面泥石流。(5)该类泥石流的规模放大过程可以经历支沟泥石流汇入主沟泥石流和主沟狭窄处巨石堵溃两个过程。支沟泥石流汇入后矮子沟泥石流流量扩大了近7倍,经历巨石堵溃后泥石流流量扩大了3.3倍。芦庵坑沟泥石流经历巨石堵溃后,泥石流流量扩大了6.5倍。造成巨石堵溃的原因是由于粘性泥石流无法顺利通过巨石堵塞体间的微小缝隙,随着泥石流持续淤积至漂砾起动的临界泥深时临时坝体溃决。