渗流引起的内部侵蚀是导致各类水工结构及岩土工程发生渗透破坏的主要因素,而对于内部侵蚀的发生和发展,尤其是如何表征被保护土细颗粒在粗颗粒（反滤层）中的迁移规律,国内外尚无成熟的理论方法指导工程实践。针对被保护土/反滤系统中颗粒-颗粒、颗粒-流体之间相互作用的不确定性,文中采用理论分析、室内试验及数值模拟相结合的手段,通过引入粒度熵理论并建立粒度熵与土体内部侵蚀之间的关联关系,探究了土体内部侵蚀潜在风险评估和土体发生内部侵蚀的有效粒径计算问题,提出了基于粒度熵的土体内部侵蚀潜在风险评价方法以及土颗粒迁移的有效粒径计算方法,并通过室内试验得到验证。在此基础上,建立了外荷载作用下考虑土体颗粒级配及孔隙结构变化等因素的颗粒入渗反滤层的临界水力梯度理论计算方法,将基于粒度熵的表征方法用于探究土体内部侵蚀的发生、发展规律研究之中。并通过PFC软件采用耦合的CFD-DEM方法,建立相关颗粒运移数值模型进行模拟研究,与上述理论方法和试验结果进行了对比分析。最后,从预防发生土体内部侵蚀的工程应用角度,提出了考虑反滤料内部侵蚀风险的反滤层包线设计方法。论文的主要成果与结论如下:1.基于抽象间隔体系将颗粒级配曲线离散为不等的间隔以充分提取级配信息,并采用熵的概念对离散的数据计算得到了两个正则化的熵参数:标准基础熵（h0）和标准熵增量（Δh）。由此可将任意颗粒级配曲线映射为标准熵空间（h0-Δh）中的一个点。基于最大熵原理得到最大标准熵增量Δh曲线在标准熵空间（h0-Δh）中构成了半椭圆曲线,位于半椭圆曲线（最大Δh曲线）附近的颗粒级配曲线表现为内部稳定土体,而接近半椭圆顶点的颗粒级配则表现为内部稳定或内部侵蚀。通过引入间隔数N和不均匀系数Cu将最大熵情况下的熵参数值和土体内部侵蚀情况关联起来,在标准熵空间中得到了明显的区分内部稳定和内部侵蚀土体的界限。大量的试验数据和文献数据对本文方法进行验证,得到了较好的评价效果。2.基于粒度熵的抽象间隔体系对颗粒级配曲线进行离散,采用Taylor的多孔介质材料孔隙通道理论方法计算得到了基于粒度熵的土体有效粒径计算方法。粒度熵的有效粒径计算方法与其他有效粒径计算方法的对比结果表明,粒度熵有效粒径（DE）能够系统地离散得到颗粒级配信息,准确地反映土体级配信息。将粒度熵有效粒径用于Kozeny-Carman渗透系数公式,得到了基于粒度熵有效粒径的K-C公式,计算结果相比其他有效粒径计算结果及其他渗透系数预测公式误差较小,进一步验证了本文粒度熵有效粒径计算方法的精度。3.通过一系列反滤试验研究了单轴静载情况下影响细颗粒入渗砂砾反滤层的材料几何因素和水力学因素,以及细颗粒在反滤料中的运移情况。结果揭示了反滤层的有效性除了与颗粒的几何因素（颗粒尺寸和孔道尺寸）有关外,还受到外加竖向压力及渗透压力共同影响。在渗透压力作用下,被保护土料颗粒入渗反滤层的起始条件是被保护土料出现局部流态化（较低的有效应力水平）,且入渗的过程中,被保护土料经历了显著和持续的有效应力衰减。基于试验条件,采用粒度熵的内部侵蚀潜在风险评价方法评价被保护土料和反滤料的内部稳定情况,并用粒度熵有效粒径来衡量被保护土料的平均粒径,建立了考虑土体内部侵蚀风险及土体孔隙结构变化的被保护土料颗粒入渗受外载反滤层的临界水力梯度的理论计算方法。该方法是一种考虑应力-水力-材料特征的反滤系统（被保护土-反滤层）内部侵蚀规律的定量化模型,同时可用来评价反滤料的反滤性能。试验数据验证了本文方法,取得了预期的效果。4.采用耦合的CFD-DEM方法模拟了一组反滤试验,并基于此验证了所提出的被保护土料颗粒入渗受外载反滤层的理论模型。由数值模拟结果得到反滤层的有效性除了与渗透压力及有效应力大小有关外,还与土体的材料特征有关。5.总结分析了国内外相关规范中反滤料包线设计方法的应用和存在的问题,提出了改进的反滤料包线设计方法。通过引入自愈指标,对反滤料包线的上半部分进行约束,使得设计反滤料有效避免了潜在的渗透破坏风险,并且反滤料包线更加完整和直观。将改进的反滤料包线设计方法用于工程实例分析表明,改进的反滤料包线设计方法对于各种不同的被保护土料均能显著区分出有效和无效的反滤料,其可靠性更高。这种改进的反滤料包线设计方法进一步完善了反滤层的设计思路,为现行相关规范的修订提供了参考。上述研究结果基于粒度熵进一步揭示了反滤系统的内部侵蚀发生和发展规律,并为内部侵蚀的防治提供了一种较为便捷的工程设计方法。