一种具有可调渗透方向的新型渗透仪，用于研究间隙级配砂中的冲刷

摘要 冲刷是一种典型的内部侵蚀形式，是对水力或地下结构损坏的主要原因。冲刷的启动和进展与渗流方向有显著差异。本研究开发了一种具有可调渗透方向和聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜衬里的新型渗透仪。该设计消除了界面泄漏，确保高重复性，并能够清晰可视化方向依赖的颗粒迁移。在新开发的设备下，在不同渗流方向下进行间隙级配砂的冲刷试验。结果表明，该设备的可行性与现有文献一致。研究结果揭示，冲刷过程可分为三个不同的阶段：自过滤、初始侵蚀和广泛侵蚀。识别自过滤阶段对于理解冲刷中水土相互作用的初步步骤至关重要。此外，多点监测和图像分析揭示了倾斜渗流引起的显著空间异质性。出现了“上部通道和下部堵塞”的模式，其中重力沉积使下部区域致密，而上方形成优选通道。定量分析表明，临界水力梯度随着渗流与重力方向之间的角度单调增加，表明由于力平衡和局部致密化的改变，提高了对冲刷的抵抗力。所提出的设备为揭示颗粒迁移与复杂水力条件下水力响应之间的耦合机制提供了可靠的平台。