土/滤料界面上不同入渗角的接触侵蚀试验研究

堤坝非均质各向异性渗流场及其水位的动态变化导致土/滤料界面上入渗角随之发生偏转,当入渗角与界面非正交时,渗流折射现象引起局部水力要素发生突变。采用自主研制的大容量多功能渗透管涌测试仪,将取自土坝施工现场的填土和依据现行规范设计的反滤料按渗透水流与界面呈30°,45°,60°和90°夹角制样,在不同水力梯度下进行接触侵蚀试验,探究土/滤料界面接触侵蚀规律。同时,建立基于流–固耦合的PFC数值模型,按室内试验工况模拟计算不同入渗角时防渗体与反滤层接触界面上的内部侵蚀细观特征值,并与试验结果进行对比分析。结果表明,试验工况下土/滤料界面上渗流入渗角对反滤效果有一定影响,当渗透水流与界面正交时,反滤层各项指标较好,而随界面入渗角减小,受渗流折射影响,渗透流速、局部水力梯度、孔隙压力和土压力都有明显变化。渗透流速增大,内部侵蚀加剧,引起界面被保护土细颗粒流动数量增加,弱化了滤料的反滤效果。必须指出的是,试验和数值模拟中入渗角的变化并未导致土/滤料界面发生侵蚀破坏,说明现行规范的反滤准则具有一定的安全储备。