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摘要
目的：粉土、粉（细）砂土承压含水层中的盾构隧道出现渗漏时，土颗粒会在渗流力作用下液化悬浮并随地下水涌入隧道，致使隧道外土层在高速水流侵蚀下快速流失，引起隧道受力模式改变，进而造成衬砌结构的连续破坏（损）甚至垮塌。特别地，当渗漏点位于隧道底部时，侵蚀过程类似于水利大坝中的向源侵蚀，即逆着水流方向在隧道结构底部产生侵蚀空腔，从而导致隧道底部因失去土层支撑而产生大范围沉降和错台。为研究盾构隧道结构底部某点处由径向水流（水流向漏点汇聚）引起的向源侵蚀过程及侵蚀区形态，本文采用物理学中的经典装置，即赫尔-肖氏薄板，开展一系列可视化的模型试验，研究了水流速度及试样厚度对侵蚀过程及侵蚀形态的影响，以加深对向源侵蚀机制的理解。创新点：1.研制了用于研究汇聚流下向源侵蚀过程的赫尔-肖氏薄板仪器；2.清晰地捕捉了向源侵蚀动态发展过程；3.揭示水流速度及试样厚度对侵蚀过程及侵蚀形态的影响。方法：1.采用恒流速试验，模拟瞬间施加水流下的向源侵蚀过程；2.通过数字图像处理技术，定量描述向源侵蚀动态发展过程；3.通过调整板间距及入流速度，分析试样厚度及水流大小对侵蚀过程及形态的影响。结论：1.瞬时恒流下的向源侵蚀过程可分为侵蚀发展和侵蚀稳定两个阶段。2.瞬时水流速度越大，侵蚀区的形状表现为分叉越多，最大侵蚀半径越大。3.试样越厚，向源侵蚀越容易在赫尔-肖氏薄板中启动；同时侵蚀区面积越大，半径也越大。
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