滑坡、雪崩和泥石流等地质颗粒流通常包含从细颗粒到巨砾的连续粒径分布。运动过程中，不同粒径颗粒会发生垂向分选，形成粗颗粒富集层和细颗粒富集层，并进一步影响颗粒流的流动性和沉积结构。然而，现有颗粒分选理论主要建立于双粒径理想体系，其核心假设是复杂颗粒体系的行为可以由不同粒径组合之间的双粒径相互作用累积得到。对于真实地质材料中的连续粒径分布，这一假设是否成立仍缺乏系统验证。成都山地灾害与环境研究所周公旦团队开展了环境流体作用下连续粒径颗粒体系分选规律与动力学模型研究。
研究采用计算流体力学—离散元耦合方法（CFD–DEM），建立流体饱和条件下连续粒径颗粒体系的颗粒尺度模拟框架。研究首先利用双粒径体系建立连续分选–扩散模型，定量描述粒径差异、颗粒浓度及流体性质对分选过程的影响；随后将模型推广至具有连续粒径分布的多分散体系，并通过高斯分布、对数正态分布、均匀分布和幂律分布等多种粒径组成进行检验。
研究发现，基于双粒径相互作用建立的模型能够较好地描述简单双粒径体系中的分选过程，但在连续粒径分布体系中会产生系统性偏差。特别是在流体黏性增强或浮力作用显著时，模型会高估分选速率和最终分层程度。这表明，多分散颗粒分选并不是不同粒径之间双粒径作用的简单叠加，而受到多粒径颗粒之间集体相互作用的控制。该研究首次系统揭示了连续粒径颗粒分选模型的适用边界，为发展面向真实地质材料的多分散颗粒流理论提供了新的依据。
相关研究成果发表于自然指数期刊Journal of Geophysical Research： Solid Earth。本研究得到国家重点研发计划项目（2024YFE0104200）、国家自然科学基金项目（U24A20618、12572471、42501105）以及四川省科技计划项目（2024NSFSC0043、2026NSFSC1114）的支持。
流体饱和连续粒径颗粒体系的 CFD–DEM 模拟框架
连续粒径分布体系中连续模型与CFD–DEM模拟结果比较