1. 引言

从古至今，我国就是一个地质灾害多发的国家，根据自然资源部报道，据统计，2020年全国发生的地质灾害7840起，其中最主要的地质灾害类型为滑坡。降雨是诱发滑坡失稳的主要因素，由于堆积碎石土具有透水性强、粒径分布广、孔隙大等特点，所以在降雨或地震作用下碎石土堆积体极易失稳进而诱发滑坡灾害。滑坡失稳带来的后果不仅对人们的生命财产造成巨大的损失，同时也会对自然环境造成破坏。所谓碎石土堆积体是指粒径大于2 mm的颗粒质量超过总质量50%的土堆积而成的坡体 [1]，碎石土堆积层滑体常常由崩塌堆积物组成，其形成过程依次为崩塌、风化、固结。吴火珍认为堆积体滑坡作为滑坡的主要类型，具有范围广、频度高、突发性强、危害性大等特点，这种堆积体滑坡类型大多分布在四川、云南、贵阳、湖南等地 [2] [3]。在降雨或地震过后极易失稳滑坡，例如澜沧江小湾水电站的左岸饮水沟堆积体，2014年1月开挖过程中因连续降雨开始出现拉裂缝并逐步向高处发展为碎石土堆积体；2017年6月四川阿坝州茂县叠溪镇新磨村碎石土堆积体滑坡有450 × 10⁴m³山体高位垮塌造成10人死亡，73人失踪。为此，分析碎石土堆积体滑坡的灾变机理及监测预警措施对于该类型滑坡的治理十分必要。

目前，国内学者在“碎石土堆积体”领域开展了大量的研究工作，例如王鸿等利用冲击试验进行物理模拟，对滑坡提出了合理的治理工程措施；王鑫等以理县薛城镇桥头左侧碎石土堆积体边坡为例，运用室内分析法、极限平衡法、有限元强度折减法、离散元法分别分析了地震作用下碎石土堆积体的稳定性 [1]；杨金歌等采用三台阶临时仰拱法开挖，利用下导临时横撑和锁脚管棚作为辅助措施确保该富水堆积体碎石土段施工安全、快速的通过，为类似施工条件的项目提供了借鉴意义 [4]；田黎明对不同规模滑坡运动特性模拟研究，分析铲刮效应对滑坡运动速度与运动时间的影响与不同流变模型对碎石土堆积体滑坡运动的影响 [5]。李博融等按滑坡的物质组成将堆积体滑坡分为碎石土堆积体滑坡、含粘粒碎石土堆积体滑坡、含碎石粘性土堆积体滑坡和粘性土堆积体滑坡几大类 [6]；喻盛境等研究发现碎石土堆积体的形成原因有几种，分别是坡积体、残积体和冰积体物质组成的 [7]；毛雪松等通过对碎石土堆积体斜坡几何参数对其稳定性的影响，分析了碎石土堆积体的几何特征与其稳定性的内在联系 [8] [9]；刘勇岗等利用ANSYS软件研究碎石土堆积体的堆积角度对其坡体稳定性的影响，并指出不同的角度其影响有明显差异 [10]。目前，国内外学者对碎石土堆积体滑坡开展了大量的研究工作，多是集中在碎石土堆积体的灾变机理及防治措施方面的研究，在这样的现状下CiteSpace知识化可视软件异军突起，成为世界上最流行的可视化工具之一。这一软件大多运用于生态安全学、情报学、医学等方面 [11]，如吕佼佼等 [12] 利用CiteSpace软件分析全球浅层滑坡方面的文献并进行计量分析，于宝国等 [13] 基于CiteSpace的可视化研究滑坡–碎屑流国内研究现状，李春龙等 [14] 基于CiteSpace的可视化开展中国高速远程滑坡研究热点分析，陈荟竹等 [15] 基于CiteSpace对近三十年中国泥石流灾害风险文献进行定量分析。但是鲜有文献对碎石土堆积体滑坡的研究热点、研究趋势、人员构成及相关单位等现状做总体的分析。CiteSpace是一款应用于各种科学文献识别并显示某一领域发展趋势和动态的可视化分析软件，具有强大的归类能力，掌握碎石土堆积体的研究热点将为后续开展相关研究工作奠定基础，对于分析领域发展方向和过程提供了更便捷的方法。

本文基于CiteSpace的可视化分析，对“碎石土堆积体”进行分析，探索不同学者对这一领域的研究以及这一领域的发展前景，希望以此能给对碎石土堆积体研究的相关学者提供参考和启示。

2. 数据来源及研究方法

2.1. 数据来源

为了定量分析“碎石土堆积体”的研究文献，探索相关领域文献数量、研究热点、研究机构、作者以及其合作者的关系及其时空演化情况。本次研究数据来自中国知网，同时以“碎石土”和“碎石土堆积体”为主题，检索区间为1999年~2021年，一共检索出279条相关文献，为保证检索的文献能够提供研究所需要的数据，所以进一步对与碎石土堆积体无关的文献进行删除，最终一共筛选出223条可进行分析的文献开展本文的研究。

2.2. 分析方法

CiteSpace是由陈超美教授开发的一款可视化图谱软件，主要功能是可以将整理好的文献由用户的意愿通过软件生成可视化图谱，能够将各个文献相关联的信息进行连接形成网络图谱，直观的展示研究领域的来龙去脉，并把图谱上引文节点文献和共引聚类所表现先进的研究方向自动表示出来。利用CNKI导出的Refworks文件，可以对出版机构，作者，关键词进行总结、归类。然后导入CiteSpace软件进行分析整理。由于2001年之前文献数量极少，为此本研究筛选从2001年开始，对软件的设置时间段为2001~2021年，时间切片为1年，在界面上选取所提取的数据进行分析，最终以数据和图表的方式展现碎石土堆积体在我国发展历程和现状，以及主要的科研学者对此领域的研究热点，并分析各个学者和机构之间的学术交流，从而分析发现其中所蕴含的潜在研究方向。

在检索出的223篇文献中通过知网将检索出的文献以Notefirst的格式导出，利用中国医科大学崔雷教授团队所编写的软件Bicomb进行文献的关键词解析，并通过软件进行关键词矩阵转换，可以直观的观察到关键词的频次和共现情况，进一步了解此领域潜在的研究方向。

2.3. Ochiia相似系数

Ochiia相似系数与中间中心性测度Ochiia相似系数计算相似矩阵来表示文本共现率计算 [16]，文献数量较大时，计算相似矩阵可以更好表示关键词之间相关性的强度，此方法可以比Bicomb统计软件更好挖掘关键词的关联程度，其公式如下：

$\cos \left(U,V\right)=\frac{\left|U\cap V\right|}{\sqrt{\left|U\right|\left|V\right|}}U>0,V>0$(1)

其中，U、V代表关键词各自出现的频次， $U\cap V$表示关键词UV共同出现的次数，通常余弦值的取值范围为(0.1)，当数值越接近1，表明关键词越相近；反之，当数值越接近0则表明不相似。

Freeman认为网络的整体中心趋势可以用度数中心势、中间中心势和接近中心势这3个统计特征量来测度 [17]。在网络图中某一点在与各个点位置路径都比较短可以认为该点居于重要位置，用中间中心度的大小表示。将中间中心度记为 $C_B\left(p_m\right)$，公式为：

$C_B\left(p_m\right)={\displaystyle {\sum }_i^n{\displaystyle {\sum }_j^n{a}_{ij}\left(p_m\right)}}$(2)

当条件为 $i\ne j\ne m$，i < j时成立，n表示网络节点的数量。节点m位于任意节点最短路径上的概率用 $a_{ij}\left(p_m\right)$表示公式为：

$a_{ij}\left(p_m\right)=\frac{L_{ij}\left(P_m\right)}{L_{ij}}$(3)

其中，L_ij为距离i、j最短路径的数量， $L_{ij}\left(P_m\right)$为m节点在任意节点对i、j间最短路径的数量。节点中间中心性越高，代表越重要。

3. 结果及分析

3.1. 发文数量的时间变化

2001年刘国权的“泥石流堆积体溃决分析”是我国第一篇公开发表的研究堆积体的学术论文，开启了我国学者对堆积体的研究历程。以所得的223篇文献为基础，对2001~2021年的发文数量进行研究，具体情况如图1所示。

第一篇有关碎石土堆积体的灾害成因分析的文献是2001年刘国权发表的，此后，相关文献数量慢慢增长。由图1可知，发文的数量整体为上升趋势，其中2016年的发文数量最多，整张发文数量表大致分为三个阶段，2001~2008年为停滞期，2009~2016年为快速增长期，2017~2021为稳定期，在第一阶段中，虽然在2005年有过波动，但在这几年的每一年发文数量都不超过五篇，表明国内有关碎石土堆积体滑坡的研究还较少，更多的是没有去区分滑坡的土质类型，将其当作土质滑坡来进行研究，对滑坡体的岩土体组成对滑坡灾变机理的关注还不够；第二阶段年发文数量高速增长阶段，主要原因可能是由于2008年汶川地震造成大量的山体破碎，形成大量的碎石土松散堆积体斜坡，这些碎石土堆积体处于裂而未滑，结构松散的状态。西南地区后续地震余震较多，又因西南部地区为亚热带季风气候，夏季高温多雨，强降雨及余震诱发大量的碎石土堆积体失稳破坏。2008年以后，该类型滑坡灾害频发引起了大量相关学者对这一领域进行研究，开始将该类型的滑坡单独研究，为此文献数量增长较快。2016年至今下降了一些发文数量，但发文量平均在10~15篇左右，呈下降的趋势，说明随着汶川地震时间延续，大量的山体逐级开始趋于稳定状态，西南山区的碎石土堆积体滑坡灾害活跃度降低，相关的地质灾害数量减少，为此本领域的研究也开始减少，处于平稳发展阶段。

3.2. 文献类型分析

总共筛选了223篇文章，其中有83篇期刊文献(其中核心期刊48篇)，并且分布于不同的期刊上，分布比较广泛，说明碎石土堆积体滑坡这个领域的研究层次分布广泛，从普刊到高级别期刊都有，其中期刊文献大约占据了总文献的1/3，核心期刊只占据了总文献数量的约1/6 (如下图2所示)，硕士论文数量最多，分析发现大多数硕士论文都是基于某一处典型的碎石土堆积体滑坡开展野外调查、室内模型试验及灾变机理分析、数值模拟计算，说明碎石土堆积体滑坡灾害典型灾害点较多，引起大量研究者的关注。而博士论文则数量较少，说明该部门深入研究还有待加强。

3.3. 文献作者分析

经CiteSpace生成可视化图谱可以看出，作者发文量越多，则其节点越大，其中的连线是一个作者和另一个作者之间的学术合作关系。从下图3可知，2001年~2021年之间有关碎石土堆积体滑坡的研究关系中，节点一共有290个，其中279个连接，网络密度为0.0067，说明在“碎石土堆积体“这一研究领域中，作者之间的关联性不算高，并且作者之间呈分散状态。由表1和图3分析可知，以董辉、石崇、潘国林、王孔伟、涂国祥等几位学者为中心，形成多个分散的小中心团体，这几位学者的文献数量相对较多且合作者较密集，发文量大多数在三篇以上，其中董辉作者以11篇发文量遥遥领先其他学者，说明在研究碎石土堆积体这一领域的学者较多，但是学者专门针对该领域的研究还不足，研究发表的文章数量较少，研究学者在该领域的研究还较分散，且与其他作者的合作关系也非常少，很大一部分学者未与其他学者合作过。从下图3可以看出，各个研究团队目前比较分散，各自形成鼎立的局面。只有董辉、傅鹤林、陈铖之间的合作较为密切，目前研究人员之间的小团体较多而且团体人数较少，都是比较独立没有其他合作关系。总的来说就碎石土堆积体这一领域来说，我国研究的学者发文量少，且彼此之间的联系不密切，由此可以看出在这一方面的研究还有很大的提升空间，未来随着研究的不断深入，学者之间的合作也将越来越紧密，使得这一领域逐渐走向成熟。

3.4. 机构合作分析

通过对2001~2021年我国关于碎石土堆积体滑坡研究文献的发文机构进行定量分析，可以得到图谱图4，图5和表2，在图4中机构发文数量越多则其圆圈越大，对应的机构名称也会越大，因为各个机构发文数量相差不大，因此图中的节点并没有展现出明显的差距，表2则将成都理工大学与成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室、湘潭大学流变力学研究所与湘潭大学土木工程与力学学院分别合并为成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室与湘潭大学土木工程与力学学院合并在一起，并列举了发文量较多的几个机构。由表2可知，发文数量前三的机构分别是湘潭大学、成都理工大学和中南大学，其中成都理工大学、湘潭大学有关碎石土堆积体方面的文献 数量较多，较其他单位有明显的优势。

由图4可知，其节点共有133个，93根连线，网络密度为0.0106，由于大部分机构的发文量都较少，只有成都理工大学和湘潭大学发文章数量稍多，所以图中显示的圆圈并不大。在图中湘潭大学土木工程与力学学院与成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室合作最为密切且发文量也最多，也衍生出了更多的合作机构。虽然图中的团体很多，但大多数都是独自存在或者以少数几个结构形成一个小团体，研究机构较分散，说明研究这一领域的机构需要加强学术之间的合作，与资深的高校机构加深合作，如此才能推进相关领域研究的深入发展。结合上面的发文作者及下面机构发文量可以看出湘潭大学地质学的董辉教授在研究碎石土堆积体的物理特性和模型试验方面开展了大量的研究工作，相关的文献数量较多，而武汉大学地质学的王孔伟教授着重研究堆积体的形成机理，这些研究对其他文献的发表有着不可忽视的影响。

图5展示的是各个机构对碎石土堆积体这一领域开始研究的起始时间，在图中可以看到2001~2006年之间由于发文章数量极少，无法显示其机构名称。2006年之后，有关这一领域的研究机构逐渐开始增加。由此推测出以下两点：1) 在2006年之前，国内研究机构还没有将碎石土堆积体滑坡单独分类研究，还没有认识到碎石土堆积体与一般岩土体滑坡的区别，此阶段只有少数学者进行了研究。2) 在后面的几年里，由于汶川地震，使得山区碎石土堆积体数量急剧增加。该类型的地质灾害频发，诸多学者和机构投入到这一领域，之后的文章数量才逐渐增多，所以可以预测随着时间的流逝，国内关于这一领域的研究将会更加成熟。

从上述分析可以看出该领域的研究机构前7名基本上是西南和湖南地区的高校或机构，这也意味着研究碎石土堆积体的主要学者也集中在这些区域。这些地区的地质环境条件为这一方向的研究提供了基础。在西南及高山地区，由于地震及人类工程活动行程大量的碎石土堆积体在山坡上堆积，再加上该区域雨水丰富且降雨较集中，为滑坡创造了有利的条件。如2012年5月甘肃岷县发生了特大泥石流灾害，据了解当地多数石质及碎砾堆积山体，植被稀少，土质结构疏松 [8]，再加上汶川大地震的影响加剧了山体破坏的程度，进而在下大雨的情况下形成泥石流造成巨大损失。

3.5. 关键词分析

关键词可以展现学科领域内研究的方向，以及逐年领域的演化与发展，还可以直观的观察到不同时间关键词热度的不同。在CiteSpace上设置的年份为2001~2021年，时间切片为1，阈值取为TopN = 50得出可视化图谱。上面的颜色代表了首次被引的时间，两个关键词的连线就代表在同一篇文献出现，反映了领域的发展情况，图中的节点大小代表关键词的频次，频次越多节点越大，反映了节点的重要程度，即节点越大，该领域的热度越高。利用CiteSpace的聚类功能生成图六可知，颜色不同，演化的方向就会不同，根据图上的信息可以看出“数值模拟”、“渗流”、“库区”、“堆积体”为近几年新的研究方向。关键词中心度是反应该关键词与其他关键词相互之间的相关性，表现为该关键词起连接作用的强度，通过CiteSpace对关键词的频次分析，可以进一步了解研究领域的热点。通过软件的分析得出如表3所示。

从关键词发文频次的表和图6可知“数值模拟”、“稳定性”、“滑坡”、“堆积体”分别为中心度较高的关键词，说明在这一领域的研究中涉及到这些方面的研究较多，通过对相关文献的阅读可知，随着全球的气候变暖，极端异常气候越来越多，地质灾害发生频繁也越高，碎石土堆积体由强度较高的碎石和强度较低的土体，经过复杂的变化形成混合体，在西南山区极易引起工程滑坡或者坍塌，因此国内学者对这一领域的研究越来越多，衍生出了众多的研究方向。从表3整体上看，大部分关键词出现的频率很低，这样就会导致其他关键词一起出现的次数也会降低，从而影响中心度的数值，在表中“滑坡”关键词的频次不高，但是中心度比频次多的关键词要高。对前四的热度的关键词进行分析如下：

1) 数值模拟。对碎石土堆积体的研究采用数值模拟最早是在2007年，并在2007年以后开始快速发展。数值模拟是计算机时代的产物并且花费较低受到众多研究学者们的喜爱，往往以力学的本构模型和几何模型为基础，来分析堆积体的位移和变形特征，通过数值模拟来进行滑坡的稳定性分析、不平衡力和变形分析等方面的研究 [18]，如离散元数值分析中的边坡颗粒模型 [19] (图7)，与渗流计算模型 [20] (图8)。

2) 稳定性。稳定性一直以来都是学者们研究的重点，也是研究的根本目的，一般来说关于岩土方向的研究大都要对某一土体的稳定性进行全方位的分析、试验，其分析步骤趋于成熟。主要的研究方向大多为山区滑坡稳定性分析与水电站的稳定性研究。

3) 堆积体。堆积体从2007年开始逐渐进入学者们的视野，常常与堆积体的稳定性相关联，其研究成果到现在趋于成熟，主要的研究方向为不同地震波作用下堆积体对边坡稳定产生的影响和通过一系列实验探究堆积体的成因机制、渗透特性、颗粒的运动规律等特性。

4) 滑坡。对于滑坡的研究，多是结合室内外实验、数据分析统计、数值模拟、堆积体的渗流等考虑各方面因素探究分析滑坡的成因机制，探索治理工程措施，是多年来学者们一直重点关注的方向

为了进一步更加直观的展示关键词共现的频率，通过Bicomb进行关键词矩阵转换，可以更加清楚了解到此类关键词与其他关键词之间的联系，由于关键词太多因此限制为频次大于10次或10次以上的关键词显示，按照频次的大小顺序排列，筛选出如下10 × 10关键词共现矩阵，通过关键词共现矩阵可以为碎石土堆积体的研究方向提供参考价值，促进领域的发展。结合表4表明碎石土堆积相对于其他方面与数值模拟联系较为密切，而数值模拟用于稳定性研究也比较多；通过关键词贡献矩阵的实现，可以为碎石土堆积体提供研究方向，加速这一领域的发展。

3.6. 研究发展趋势分析

通过对我国碎石堆积土时区视图图谱的分析(图9)，并从其时间线上可以得知，在这一领域的研究在我国已经走了近20年的时间，这二十年的研究可以分为三个阶段。

1) 萌芽阶段(2001年到2006)

由图中我们可以看出，这一阶段碎石土堆积体在我国出现了萌芽，该阶段偶有学者开展针对碎石土堆积体灾害的研究，2001年刘国权发表关于堆积体在强降雨诱发下形成泥石流灾害，并分析了堆积体溃决的原因 [21]，提出了工程和非工程的防治措施。另外胡世启通过贵州某典型灾害的调查，认为流水侵蚀使得高坡地段进入剧烈的塑造导致河谷两侧山体形成大量的堆积体。但是当时的研究多集中于现场调查研究分析，其他手段的研究还较少，但这个过程是每个研究领域的必经之路，对我国进行碎石土堆积体领域的研究拉开了序幕。

2) 爆发阶段(2007~2016年)

在2007年至2016年由图可看出图上的连线明显增多也更密集，在2007年“数值模拟”这一关键词开始热门起来，但是当时关于这一领域的论文很少，在2010年以后研究这一新方向的学者逐年增加。主要原因是由于2008年发生了汶川大地震，大量岩质山体破损堆积于河道两侧斜坡上，强降雨、余震和工程活动引发了泥石流、滑坡、崩塌等一系列自然灾害，也使得研究碎石土堆积体领域的学者逐渐重视了起来，为碎石土堆积体的研究学者提供了更深入研究的机会 [22] [23]。如2014年唐朝晖运用Modfolw和Flac3d软件模拟在不同的降雨条件下渗流场的变化所引起的碎石土堆积体的滑坡变形规律(图10)。2016年陈志超为首的团队利用SketchUp软件进行建模分析对碎石土滑坡渗流系统特征做了研究，通过试验获取了多元结构碎石土滑坡渗流系统与滑坡物质结构在空间上的关系 [24]。

3) 稳定期(2017~2021年)

在经历了2007年~2016年的爆发期后，2017年到2021年的发文数量较前一段时间减少，且这一领域的研究处于稳定期，但是研究手段发生了明显的变化，如2019年王鑫运用离散元软件PFC2D研究了不同地震荷载作用下碎石土堆积体的变化规律，2021年梁雄团队借助数字图像处理 [25] 与块石投放技术实现了对土石堆积体精细化数值模型的构建 [26]，开始关注碎石土内部细观结构变化对其宏观变形的影响，使得针对碎石土堆积体的研究从原来的均质土体过渡到考虑土与石的差异性，研究结果将为后续的研究打开新的思路。

总之，国内对于碎石土堆积体的研究不断地深入，由最初的失稳破坏现场调查成因不断发展到对其渗流特性，围压，降雨特性等的研究；并由最初的实地考察发展到运用不同的数值模拟和模型的手段进行研究。

4. 结论

本文利用CiteSpace软件对收录在数据库中2001~2021年的国内学者对碎石土堆积体的研究进行可视化分析，并从多种角度分析了碎石土堆积体领域在我国的发展状况，但本篇还有一些局限性，一是文献数量很少；二是没有收集国外对这一领域的研究进行分析、比对。本文从碎石土堆积体的发文作者、机构、关键词的可视化图谱得出了以下结论：

1) 从发文机构和作者总体上看，不仅在发文数量上出现了增长，而且研究这一领域的机构也越来越多，其中湘潭大学土木工程与力学学院与成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室为代表的机构，以及以董辉和石崇对与碎石土堆积体的研究成果较多，对这一领域进行了较深入的研究，但是在细分之下上述的团队内部联系密切，其余学者之间呈零散分布，也侧面突出研究力量不均衡。从2008年的汶川大地震之后文献发表数量逐渐增加，进一步加快了这一领域的深化与发展，进一步说明研究主题紧跟灾害热点和政策，具有一定的政策导向性和研究现实需求。虽说文章数量在不断增加，但没有一个学者发表的文献超过5篇，机构的发文量也相差甚大，出现了两级分化的局面，各个机构的交流不强，不同地区的研究水平差异明显，研究力量集中在西南和湖南地区，建议各个学者与各个机构多加强交流，共同发展。

2) 通过软件的关键词图谱发现2016年以后的时间里关键词日益增多，但热度比较小，一方面说明该领域的作者遇到了瓶颈，需要和资深的学者与机构加强学术交流，也一方面说明各个学者通过研究碎石土堆积体探究出了新的领域。但在最近的几年里，虽然关于专门研究碎石土的文献在减少，但由这个领域延伸出来的其他领域在不断的发展。“滑坡”、“稳定性”这一研究方向在2012年左右爆发，并且持续到了至今，表明这一领域的研究还有很大的挖掘潜力，通过关键词共现矩阵可以的出目前研究碎石土堆积体的重要手段是数值模拟，学者通过数值模拟技术分析碎石土堆积体的运动机制和力学机制。

3) 从研究热点以及发展的趋势来看，研究热点集中在数值模拟、渗流、库区、堆积体的研究；发展趋势从最开始的成因机制到现在大范围运用三轴试验、数值模拟、数字图像处理等方法对碎石土堆积体的各个研究热点进行深度剖析，以上表明研究方向的多元化。

基金项目

中国水利水电第七工程局有限公司科技项目经费资助；住房和城乡建设部科技计划(2018-K9-049, 2018-K9-059)，西南科技大学高教研究专项课题(20GJZX02)；西南科技大学2019年度本科教育教学改革与研究项目(19xn0063)。

NOTES

^*通讯作者。

参考文献