近年来水力管线漏损引发的路面塌陷事故屡屡发生,己经成为城市安全领域备受关注的热点问题。为了防止地下水力管线渗漏后带来一系列影响人们生命和财产安全的隐患,就需要深入研究水力管线渗漏后对周围土体的影响。本文对水力管线破损渗漏后,在不同水力条件下水土相互作用侵蚀范围不断扩展最终成洞塌陷的过程进行研究。采用室内模型试验和理论分析相结合的方法在明确了砂土侵蚀成洞机理的基础上提出了侵蚀坑计算模型,为城市地面塌陷控制与决策提供科学依据。主要工作内容如下:首先,通过颗粒分析试验、相对密度试验、直接剪切试验和渗透试验获得了试验所用砂土的基本物理力学参数,为模型试验和理论分析提供依据,并且针对最易发生渗透破坏的破损口位置管道上方进行模拟,设计了一种砂水流失可视化试验系统装置,可以清楚的观察到整个砂土侵蚀成洞发育过程。之后,通过15组室内模型试验研究水力条件、土体级配、土体密实度和土层厚度等因素对最终侵蚀坑几何尺寸、水位变化、砂土流失量和流失速率的影响。通过对试验现象进行总结描述,对试验结果进行对比分析,将砂土的破坏模式概括成两类:一类是在地表以下形成隐蔽的土洞,土洞的形成可能伴随着多次成拱;另一类由地表最先发生破坏,由上向下形成倒三角形的塌陷坑。最后,在模型试验基础上利用渗流力学理论和土拱效应理论对土体的侵蚀成洞过程进行理论分析,建立了两个简化理论模型:沙漏型简化理论模型和土洞型简化理论模型。综合模型试验和理论分析得出结论:水位越低,在塌陷过程中越容易成拱,阻碍土洞发展到地表,使得土洞扩展到地面所需的时间增长甚至不会导致地面塌陷。砂土密实度越大,地表塌陷坑的斜率就越大。砂颗粒越小水位下降越慢,流砂速率越小,侵蚀破坏所需时间也越长。土层厚度越高,水位下降速度越慢,不同土层厚度的地表塌陷坑尺寸差异较大,土层越厚,塌陷坑越陡、越窄;土层越薄,塌陷坑越宽。