渗透破坏是诱发堤防、土石坝等水利工程失稳破坏的主要原因之一,管涌是最常见的渗透破坏形式,据不完全统计,世界上有近一半的堤坝失事是由管涌引起的。管涌破坏的发生发展过程实质上是土体内部渗流场、应力场和应变场的多相多场耦合过程,主要与颗粒组成、密实度、渗流方向、水力梯度、应力状态等因素有关,而现阶段关于管涌规律的研究多数集中在颗粒的组成及密实度等的影响,对于其它因素考虑较少,不能真实全面的反映出不同条件对于管涌发生发展的影响,难以建立实际情况与土体管涌参数之间的关系。因此,为了确定散粒土管涌破坏过程中管涌参数的变化规律,揭示散粒土管涌侵蚀机理,建立管涌发生发展的数学模型,本文通过模型试验对散粒土的管涌规律进行了研究,主要研究内容与成果如下所示:(1)研制了散粒土管涌侵蚀规律试验系统。该试验系统包括压力室、压力/体积控制装置、上游供水装置、砂水分离装置、数据采集系统等重要部分。该系统可以模拟试样在不同应力状态下的管涌过程,测定管涌发生时的临界水力梯度及管涌过程中的颗粒流失率两个重要参数,确定管涌过程中颗粒流失与体积变形之间的关系。(2)揭示了散粒土管涌临界水力梯度的变化规律。利用研制的试验仪器,开展了散粒土管涌侵蚀试验研究。分别研究探索了应力状态、水力梯度、颗粒级配、密实度等因素对于散粒土管涌临界水力梯度的影响特性。基于散粒土渗透破坏试验现象,结合土体渗透流速随水力梯度的变化规律,提出了堤基下伏砂砾石层管涌破坏的低临界水力梯度与高临界水力梯度两种类型。(3)揭示了散粒土管涌侵蚀速率的变化规律。针对应力状态、水力梯度、颗粒级配、密实度等因素对于散粒土管涌侵蚀速率的影响,通过试验过程中的有效监测,明确了散粒土管涌侵蚀速率与土体性质以及应力状态之间的关系。细颗粒的流失对于散粒土的强度特性具有较大影响,基于试验结果,提出了用于描述土体坍塌破坏的临界流失量。(4)揭示了散粒土管涌侵蚀-体积变形耦合规律。利用试验过程中体积变化量的监测数据,总结了复杂应力状态下,颗粒级配、密实度以及水力梯度对于散粒土管涌过程中体积变化量的影响,得到了土体管涌侵蚀速率与体积变形之间的相互作用规律。基于散粒土管涌侵蚀速率的变化规律,得到了可动颗粒流失比例随管涌时间变化发展的经验公式,该公式可以有效描述水力梯度和应力状态对于散粒土管涌侵蚀速率的影响特性。