本文根据土工试验中常水头渗透试验原理,利用自主研发的两个不同尺寸的渗流侵蚀模型装置,结合称重天平、压阻式压力传感器以及自行编制的LABVIEW控制程序构成了整个试验装置系统,将实验室内不同粒组的砂砾和粘性土配制成不同颗粒级配的砂性土,开展了一系列自上而下的渗透试验,模拟了渗流对砂土的侵蚀全过程,观测到颗粒侵蚀/管涌引发土骨架变形现象,并分别从颗粒流失量变化、孔隙比变化、渗透系数变化以及侵蚀路径等几个方面对颗粒级配、孔隙比、水力梯度等影响因素对试验结果的影响进行了系统性的研究。根据试验结果将渗流侵蚀试验分为发生管涌破坏与仅发生颗粒侵蚀两大类。针对某工程现场土样,分别进行了单、双层堤基管涌模拟试验,并对水力梯度及逸出处筛网孔径大小等因素进行了研究,从颗粒流失量变化以及渗透系数变化等方面对试验结果进行了分析。研究的主要内容及结论如下:1)管涌破坏影响因素分析:a)颗粒级配的影响:当细颗粒中0.25～0.5mm的细砂含量大于25%时,更易发生管涌破坏;当粒径为0.25～0.5mm的细砂含量小于或等于25%时,其含量越低,初始平均渗透系数越大,细颗粒的累积流失量越少,土样的孔隙比越小(同一水力梯度下),临界破坏水力梯度越大,越不易发生管涌破坏;试验过程中,随着水力梯度的逐级加载,土样的平均渗透系数变化与孔隙比呈正相关,与初始状态时细颗粒含量无关;b)孔隙比的影响:初始孔隙比越小,单位时间内细颗粒累积流失质量的增量越大;初始孔隙比仅决定土样在初始状态时的渗透能力,非初始状态时的实时平均孔隙比决定土样对应时刻的渗透能力。即初始孔隙比越小,初始平均渗透系数越小;实时平均孔隙比越大,平均渗透系数越大,临界破坏水力梯度越小,且当土样在水力梯度逐级加载的作用下的实时平均孔隙比始终满足e>0.4时,e值越大,i_临越小,土样越易发生管涌破坏;c)水力梯度的影响:随着水力梯度的不断提高,细颗粒的累积流失质量不断增加,平均渗透系数逐渐降低,当达到临界破坏水力梯度时,土样平均渗透系数呈指数增长。2)颗粒流失及其反滤自稳的影响因素分析:a)颗粒级配的影响:细颗粒含量越多,平均渗透系数越小,累积流失量越多,试验后土样孔隙比均小于试验前各土样的孔隙比;b)孔隙比的影响:初始孔隙比越大,初始平均渗透系数越大。反滤层处土样的孔隙比决定颗粒侵蚀的进程:孔隙比越小,细颗粒的累积流失质量越少,平均渗透系数也越小;c)水力梯度的影响:随着水力梯度的提高,细颗粒累积流失量不断增大且单位时间累积流失质量的增量先变大后逐渐减小,土样的平均渗透系数随水力梯度的增大而减小;d)膨胀后的粘粒与封闭气泡对细颗粒的移动与水流的流动均会起到阻碍作用,使土样整体的平均渗透系数降低;不同的边界条件,对土样整体的颗粒侵蚀与平均渗透系数变化产生不同程度的影响。3)以黑龙江塔河县开库康堤段某处的三种现场土样为研究对象,进行了相关基本物理性质指标的量测并根据各试验土样在现场中的分布位置猜想可能存在的渗透破坏发生点,针对三种土样分别进行了考虑土骨架变形的单、双层堤基的管涌模拟试验,并对水力梯度、筛网孔径大小两个因素对试验结果的影响进行了分析与讨论,结果表明:在双层堤基管涌模拟试验中,随着水力梯度的不断增加,细颗粒累积流失质量逐渐增加,但单位时间累积流失质量的增量逐渐降低,土样的平均渗透系数先增大后减小再增大;在单层堤基管涌模拟试验中,筛网孔径越大,试样的初始渗透系数越大,临界水力梯度越小;由粉土质砂与重砾石土所组成的双层堤基土的临界破坏水力梯度i_临=12,相同筛网孔径尺寸时,由碎石土构成的单层堤基土的临界破坏水力梯度更高,当筛网孔径为5mm时,该单层堤基土的i_临=1.5。论文创新点:(1)自主研发了一套满足自上而下渗流的渗透侵蚀模型仪器,并通过称重装置、数据自动采集系统构成了一套完善的试验系统,既可以量测土体各部分的内部孔压,又可以收集细颗粒并实时量测土样渗透系数,自动化程度高、数据的可靠度与精确度高;(2)从试验现象观测到:土的渗透侵蚀都是从薄弱的渗流出口开始,渗流先从出口带走土颗粒,既有可能继续向上游发展,形成上下游连通的渗流通道,也有可能自上游逐渐向下游发展、侵蚀,形成连通的渗流通道,还有可能在上游颗粒下移的过程中,在中下游形成致密的反滤层,在土体内部形成反过滤并达到自身稳定的系统。