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黄河下游大堤是在原有民埝的基础上逐步加高而成的,普遍存在堤防质量问题,发生“冲决”、“溃决”的几率很大。因此,开展黄河下游堤防溃口土体冲刷试验研究,掌握溃口土体的冲刷特性,为防汛抢险和安全管理提供科学理论与技术支撑,具有主要的理论意义和实用价值。虽然国内外学者对溃口模型、理论模型和数值模拟做过不少研究,但是对于堤防溃口土体冲刷的试验研究尚未有统一的试验方法,更未开展系统的研究。因此,本文在分析黄河下游堤防土体基本物理力学特性的基础上,选取典型土质,开展土体冲刷模拟试验,测试各种性能参数指标,研究不同冲刷条件下冲刷量和颗分曲线随时间的变化规律以及堤防溃口破坏过程,主要研究内容如下:
(1)结合本试验室试验条件,开发了一套简易且重复性强的试验设备,并利用此设备进行了32组土体冲刷试验。首次将MENSI-GS200激光三维扫描仪应用到水工模型试验中,研究了扫描方法和对扫描数据的处理方法。
(2)通过不同冲刷条件下的32组模型的冲刷试验,研究了土质、干密度、流速、预制孔距堤顶距离和预制孔长度对冲刷量和颗分曲线的影响；获得了在不同冲刷条件下的冲刷量随时间变化的规律；分析了土体在不同条件下颗粒分析曲线的变化规律,研究粘粒含量和平均粒径随时间变化规律。结果表明:冲刷量的变化受流速、土质的影响较大,而密度对冲刷量变化的影响较小；流速和密度对粘粒含量和平均粒径变化的影响最为显著,土质次之,冲刷厚度对粘粒含量和平均粒径变化的影响最小。
(3)通过对扫描后数据的处理,分析了口门区的变化特征、冲刷坑的变化过程和堤防溃口破坏过程；将堤防溃口破坏过程分为三个阶段,分别分析了其变化特征,探索了堤防溃口土体冲刷破坏过程中的影响因素。