摘要：由于溃口各处水沙作用差异较大,不同位置的展宽过程不同,目前对溃口展宽过程的研究多着眼于某一断面,不但不能反映溃口整体的展宽过程,还会影响溃决流量计算的精度。为研究不同坝高、坝后坡比条件下溃口整体展宽过程,本研究设计了6组水槽实验,分析了45个断面的观测数据,发现:1)溃口展宽随溢流的发展表现出不同的形式,以溯源侵蚀的结束为时间节点,溯源侵蚀期间为近等宽阶段,溯源侵蚀结束后为弯曲阶段。2)在断面上,展宽模式可分为线性模式和突变模式,分别占45个断面的13.3%与86.7%;突变模式进一步可分为弱侵蚀过程Ⅰ和强侵蚀过程Ⅱ,其中强侵蚀过程只发生在弯曲阶段。3)突变模式下,过程Ⅰ侵蚀率沿程呈首尾大-中部小的"U"型分布,溃口首部和溃口尾部侵蚀率较大,中间近等宽段侵蚀率有所减小,坝后坡比越大,该过程中溃口相同位置处的侵蚀率越大;随着溢流的发展,水流结构复杂,具有明显的二次流特征,导致过程Ⅱ的侵蚀率沿程分布呈"S"型;对2个过程而言,坝高越高,相同位置处的侵蚀率越大。上述对于堰塞坝溢流展宽过程的新认识,有益于今后深入定量研究溃口展宽过程和力学机理。

摘要：自然界的松散土是泥石流、滑坡等灾害发生的重要物质之一,其结构的松散性和长期降雨渗流作用为细颗粒发生运移、形成内部侵蚀提供了空间和动力条件,颗粒大量流失和孔隙通道堵塞造成土体结构变化和稳定性下降,从而演变为滑坡或坍塌。渗透、水槽和人工降雨等试验方法对认识土体内部细颗粒运移的宏观特征具有重要作用,但无法直接分析孔隙通道内细颗粒分布、位移等随时间的变化特征。作者结合上海同步辐射光源3维CT技术,为获得拟静态下1维柱体渗流过程中细颗粒侵蚀形态特征,以不同粗细颗粒粒径之比为变量设计微观渗流试验,通过耦合离散元与Darcy流体方程计算分析整体和局部区域内细颗粒数量和平均动能的变化特征。结果表明:离散元与Darcy流耦合是计算土体内部细颗粒运移的有效手段。CT扫描和数值计算结果均表明土样入流口和出流口存在优先侵蚀现象。计算至2.5 s时,已分别有37.05%和31.95%细颗粒被侵蚀,其他位置侵蚀程度相对较低。在渗流方向上土体内部细颗粒存在流失补给平衡和逐渐侵蚀的现象,细颗粒的平均动能沿渗流方向总体呈逐渐增高的趋势。长期性堵塞形成过程中,细颗粒的平均动能呈现随时间逐渐降低的趋势;临时性堵塞区域内细颗粒数量的增加相对于此区域内细颗粒平均动能的增高存在滞后效应。微观尺度上土体内部细颗粒运移特征主要受流体状态和孔隙特征影响,其研究对于理解松散土坡体破坏机制具有重要价值。