【摘 要】
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以粗粒土为主要物源的大坝,因自身渗透性较大,易发生颗粒运移问题,颗粒运移能使坝基内土体孔隙被堵塞,能减轻坝基土体的渗漏问题。此外,以黏性土为主要防渗材料的心墙常会因为极端温差、不均匀沉降等原因出现贯穿性裂缝进而诱发渗流破坏,在反滤层的保护下（粗粒土）,采用水力充填和淤堵可有效的进行裂缝的修复。因此研究粗粒土的淤堵以及对裂缝修复的问题对于水工建筑物的安全运行具有重要意义。本论文通过渗流理论结合室内试
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以粗粒土为主要物源的大坝,因自身渗透性较大,易发生颗粒运移问题,颗粒运移能使坝基内土体孔隙被堵塞,能减轻坝基土体的渗漏问题。此外,以黏性土为主要防渗材料的心墙常会因为极端温差、不均匀沉降等原因出现贯穿性裂缝进而诱发渗流破坏,在反滤层的保护下（粗粒土）,采用水力充填和淤堵可有效的进行裂缝的修复。因此研究粗粒土的淤堵以及对裂缝修复的问题对于水工建筑物的安全运行具有重要意义。本论文通过渗流理论结合室内试验的方法,引入天然土体有效孔隙理论进行粗粒土的淤堵理论推导,并与室内渗透淤堵试验对比验证,研究了影响细颗粒在粗粒土中的因素及颗粒运移特点,分析了细颗粒在粗粒土中的沉积规律、穿透特点以及研究了粗粒土的淤堵情况、水力梯度和淤堵前后孔隙变化特征;系统研究了浑水浓度、水头、渗流方向（即水平、竖直、斜向）、反滤层不均匀系数等因素对裂缝修复的影响,对裂缝修复时缝内流体的运动状态进行了判定,并基于数字图像处理技术开展了裂缝在浑水渗流作用下的演化规律研究。完成的主要成果如下:（1）粗粒土填充后的渗透性与粗粒土颗粒组成、填充材料的孔隙率和填充料的颗粒粒径有关,在前人的研究基础上,经理论推导得到了天然粗粒土填充后的渗透系数表达式。（2）影响细颗粒在粗粒土内运移的主要因素为粒径比,其滞留规律符合Peak-Gauss函数关系,可根据粒径比区间来描述细颗粒在粗粒土内的运移特点,据此提出4种运移模式;细颗粒穿透规律满足Logistic函数关系,根据该关系能直接预测粗粒土内部淤堵情况。粒径比是影响各模式内淤堵情况和水力梯度的主要因素,水头的影响次之;以粒径比13.10为临界值,小于13.10时淤堵比随着粒径比的增大而减小,水力梯度随粒径比的增大而增大;大于13.10时淤堵比随粒径比的增大而增大,水力梯度随粒径比的增大而减小。粗粒土内淤堵程度与孔隙率的变化密切相关,可根据粗粒土内孔隙率的变化判断粗粒土的淤堵程度。（3）在浑水渗流作用下,裂缝修复过程可演化为3个阶段,分别是过渡期（阶段1）、修复期（阶段2）和稳定期（阶段3）。浑水浓度、水头、裂缝形式、反滤层不均匀系数为裂缝修复的主要影响因素,在高浓度、低水头下裂缝修复所需时间最短;裂缝修复过程会影响裂缝中流体的渗流特性,阶段1、阶段2内的流体运动规律满足Forchheimer流动,阶段3内的流体运动规律符合Darcy流,且阶段3的起点为流态转捩的临界点,可根据裂缝内流态的变化判断裂缝修复所处阶段。裂缝修复后的渗出量Q、流速v相比修复前均显著降低,水力梯度J明显增加,修复后的土体抗渗性能基本恢复。
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