渗流是导致土坝失稳、河岸侵蚀的重要因素,渗流作用下的泥沙运动成为水利工程和岩土工程领域内长期关注的重要研究课题。目前的研究工作主要从渗透系数的计算、泥沙输运形式的判别,泥沙起动的临界条件和泥沙输运规律等几个方面展开。总结已有研究成果发现,现有理论和试验研究多是关注宏观的土体渗流稳定性,对于微观中颗粒稳定性的研究不多,且对于渗流临界条件和输移规律的研究主要集中于垂直方向上的一维渗流作用,因此亟需开展相关研究完善现有的研究成果。本文主要采用理论分析与模型试验相结合的方法开展研究工作。采用理论方法,推导了基于改进的哈根-泊肃叶定律的渗透系数计算方法,开展了模型试验并搜集了类似试验结果进行了验证;采用理论分析的方法,推导了二维渗流作用下的泥沙运动临界水力条件,并运用试验结果进行验证;采用理论分析的方法提出了一维渗流作用下的泥沙输运模型,给出渗流输沙率的计算方法;采用模型试验的方法,研究了二维渗流作用下的泥沙输运,并讨论了泥沙输运过程与土体变形的关系。主要得到以下结论:（1）基于阻力等效的原则,修正后的哈根-泊肃叶定律能用来计算无粘性沙土的渗透系数,其中管径推荐采用平均孔径法。修正后的计算方法比传统哈根-泊肃叶定律计算方法的适应性更强,能更准确的表达土体孔隙对渗透系数的影响;修正后的计算方法与经典的经验法相比精度较高,同时可以用于计算不同温度条件下的土体渗透系数。通过对参数的讨论,发现本计算方法对土体参数较为敏感,级配和孔隙率的细微差别可导致渗透系数计算结果较大,本计算公式并没有考虑土体非均匀性的影响,不建议不均匀系数大于5的土体运用该公式,土体的渗透系数还与试验条件有关,试验土体的非饱和性、土体的内部稳定性都可导致结果的偏差。（2）基于土体单颗粒受力规律,推导了二维渗流作用下土体的临界水力梯度的计算方法。在推导中,充分考虑了渗流方向和土颗粒相对位置的影响。通过定性的分析和试验的验证得出本文提出的公式是较为合理的,计算的精度明显好于Terzaghi提出的计算方法。通过对土体内部不稳定性、土体级配和孔隙比等参数的分析,发现对于内部不稳的土体临界水力梯度较小,土颗粒粗细越不均匀临界水力梯度越小,孔隙比越大临界水力梯度越小。通过计算公式,结合暴露度的分布规律可以计算土颗粒的起动概率,该变量在渗流输沙的模型推导中是个非常关键的参数。（3）基于泥沙运动的基本理论,由单颗粒泥沙的受力规律,推导了泥沙颗粒在渗流场中的运动规律,结合土颗粒的运动速度,通过对土颗粒起动和运动概率的推导,提出了渗流输沙率的计算方法。通过土体的累积输沙量可推导土体孔隙率和级配的变化,进而提出了渗流输沙后渗透系数的计算方法,由此实现了土体渗流-泥沙场的耦合计算。通过模型计算可得土体的累积输沙量、土体孔隙、级配和输沙后的渗流场。通过试验验证可得本文计算方法是比较合理的。通过对参数的分析,讨论了孔隙率、水力梯度、土体级配和可动颗粒的数量等对输沙过程的影响。在输沙的前期孔隙率是影响输沙的主要因素,而在后期,可动颗粒的数量是主要影响因素;水力梯度越大,土体的输沙强度越大,而如果水力梯度低于临界水力梯度时,出沙量明显减少;在其他条件一定时,当可动颗粒越粗时,输沙率越小;当可动颗粒的数量越低时最终的输沙量越小,在前期出沙越快。（4）基于二维沙槽试验,研究了二维渗流作用下泥沙输移和土体变形问题。试验结果表明:土体的输沙规律与时间呈幂函数关系,但拟合参数中的a和b值还需要更多的试验数据确定。累积出沙量受水头影响,水头越高累计出沙量越大。对于不同级配的土体,输沙规律也各不相同。在相同的水头条件下,颗粒较粗,细颗粒较少的土体内部流速大,但是可移动颗粒较少,因此出沙量的大小关系较为复杂。通过对渗流输沙后的土体级配进行测量发现,渗流输沙导致土体粗化,水头越高土体粗化的位置越高。而不同级配土体的粗化位置也有所区别。渗流输沙导致土体内部级配的不均匀性,这种不均匀性与土体的孔隙率和水头有关。本文的土坡在渗流作用下,都出现了不同程度的变形,水头越高,土体变形越明显。通过对滑坡体的分析,土坡变形位置与渗流冲刷的界面一致,且对于不同级配土而言土坡破坏机制不同。对于细颗粒占比较多的土体,其变形主要由于渗流力的作用,其变形体内为粗细沙的均匀混合体;对于粗颗粒占比较多的土体,其变形主要由于渗流输沙作用引起,变形体基本为土体流出的较细颗粒的堆积。