岩崩、泥石流和冰川崩塌等地质灾害流，携带大量粗颗粒沉积物和破碎岩石高速运动，并对沿途所有物体施加巨大的、波动的力，对流经的山区基础设施构成严重威胁。传统的静力设计假设往往无法涵盖实际的动态加载条件，这使得桥梁墩柱、挡土墙和防护屏障等关键结构在面对此类载荷时尤为脆弱。因此，确保结构韧性不仅需要估算整体力，更需通过深入了解流－结构相互作用来捕捉天然流动中高度可变和瞬态的载荷。因此，如何从物理机制层面解释应力波动对结构振动的激发作用，并定量揭示其与流动及障碍物参数之间的依赖关系，这对于减灾设计至关重要。
针对这一科学问题，中国科学院成都山地灾害与环境研究所何思明研究员带领的“高位斜坡灾害成灾机制与防控”创新团队，基于受控水槽室内实验，探讨了稳态干颗粒流冲击圆柱障碍物时的应力波动及其诱发振动机制。结果发现：（1）颗粒流冲击应力由平均应力和波动应力共同组成，波动分量可使峰值应力增至平均值的约1.5倍；其强度主要受粒径、流动惯性和障碍物几何形态控制，较大颗粒、更高流速和较小圆柱直径会增强应力波动。（2）传统水动力学模型可能高估稳态粗颗粒流的峰值冲击应力，实验测值约为部分泥石流经验模型预测值的40％，说明流动状态对冲击力估算具有重要影响。（3）波动冲击应力是诱发结构振动的主要来源，频谱分析显示振动能量与应力波动呈正相关，而与平均荷载关系较弱。该研究结果表明防护结构设计不应仅关注平均冲击力，还应考虑瞬时波动荷载及其可能引发的振动疲劳效应。
该研究获得了西藏自治区重大科技专项（XZ202402ZD0001）资助，相关成果以“Impact stress fluctuations and induced vibrations in granular flow–cylinder interactions： insights from laboratory experiments”发表在国际知名期刊Acta Geotechnica上，成都山地所博士研究生于潇为论文第一作者，何思明研究员为通讯作者。
冲击力与流动特征的时间演化
颗粒流在倾斜水槽中绕圆柱运动时的爬升高度和弓形激波演化过程
颗粒流冲击诱发结构振动的概念机制