顆粒材料底面動摩擦系數特征研究*

劉宏偉 楊情情 蘇志滿

（①西南交通大學地球科學與環境工程學院，成都610031，中國）

（②中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所，中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室，成都610041，中國）

0 引 言

顆粒物質是由大量離散態固體顆粒聚集而成的復雜物質體系，在自然界、人類生活和工程實踐中普遍存在（De Gennes，1999；陸坤權等，2004）。近些年來，泥石流、山體滑坡和碎屑流等自然災害日益頻發，顆粒物質作為這些地質過程的實際載體，其摩擦性質是影響地質散體運動狀態的關鍵因素（Legros，2002；張明等，2010）。因此，加強顆粒物質摩擦特性的研究對深入理解自然災害的形成、演化機理具有重要的科學意義。

關于顆粒物質的研究可以追溯到18世紀，法國物理學家Coulomb把顆粒物質的屈服視為摩擦過程，提出了經典的庫侖摩擦定律。Nasuno et al.（1997）研究了滑塊在顆粒層表面作低速剪切運動時的周期性黏滑現象，發現滑動摩擦力隨著瞬時速度的增加而不斷減小。Géminard et al.（2001）通過開展類似的滑動剪切試驗進一步研究了雙分散顆粒體系中混合比例對界面摩擦系數的影響。胡林等（2003）通過提拉插入顆粒物質中的圓棒，研究了圓棒受到的靜摩擦力與顆粒物質填充高度以及圓棒直徑的關系；杜學能等（2006）測量了探測棒在顆粒物質內部勻速運動時所受的滑動摩擦力，發現滑動摩擦力隨時間作非線性振動；孫姍姍等（2009）通過顆粒滑動－滾動摩擦試驗，定性地分析了顆粒表面粗糙度和幾何形態對顆粒摩擦力的影響，初步研究了顆粒滾動－滑動摩擦的轉換機制；……