管涌是对堤防安全构成威胁的一种主要的渗透破坏形式,在双层堤基中表现为上覆弱透水层与砂层接触面上形成向上游扩展（上溯）的集中渗流通道（管涌通道）,扩展的位置为管涌通道尖端。管涌通道上溯过程中边壁会形成一定范围的扰动松散区,影响通道尖端及边壁的力平衡条件。目前对管涌发展机理和管涌通道四周松散区研究不深,而且已有的管涌发展预测模型无法应用于实际堤防安全评估中。本文主要从管涌发展试验研究、管涌通道尖端的颗粒运动特性、通道四周松散区、通道上溯判别准则和管涌发展预测模型等几个方面对管涌发展进行深入的探析。管涌发展试验研究。通过3种宽度的砂槽模型试验观察和拍摄记录管涌通道上溯过程和通道四周松散区的形成过程。选用净宽10 mm的砂槽和合适粒径砂样,并采用预设通道的方法,实现从砂槽侧壁观察通道尖端剖面内颗粒运移过程。试验中拍摄记录的通道上溯过程中通道尖端的颗粒运移过程,为研究通道尖端的颗粒运动特性提供了试验资料,为建立通道上溯判别准则提供了试验依据。试验中的颗粒图像用于分析通道四周松散颗粒位移。管涌通道尖端的颗粒运动特性研究。通道尖端附近小区域为通道渗流稳定的控制区。试验中观察到通道尖端平面轮廓呈不规则弧线,边缘呈陡坎状,高差约为几个砂颗粒粒径。对试验视频记录的通道尖端平面和剖面内颗粒运移过程进行分析,总结出通道尖端的颗粒运动规律,即通道尖端陡坎脚下颗粒不断逐个向上运动进入通道,陡坎脚不断被淘深导致尖端前方局部颗粒失稳倒塌。管涌通道四周松散区分析。用图像分析得到通道四周颗粒位移场,通过对位移分析判别松散区范围和松散程度,进而估计松散区孔隙率和渗透系数变化情况,以此得到松散区的定量数据。用一维渗透试验研究临空面松散土体渗透特性变化规律,为图像分析方法已不适用的通道临空面附近松散区域的渗透系数取值提供参考。对管涌试验进行数值模拟,分析松散区对通道四周水力条件的影响。从松散颗粒位移过程导致通道尖端局部应力重分配的角度,分析松散区对通道尖端稳定性的影响。分析结果表明,松散区对通道四周水力条件影响有限,但对通道尖端稳定性有着重要影响。管涌通道上溯判别准则研究。基于通道尖端土体破坏过程的力学分析,以通道尖端陡坎脚下单个颗粒的垂向平衡条件作为通道上溯判别准则。以通道尖端陡坎脚出逸流速等于控制粒径的最小提升流速,作为该准则的一般表达式。其中尖端陡坎脚出逸流速通过尖端局部渗流的解析解与尖端局部水头建立联系,以此建立了通道上溯判别准则的具体应用式。应用通道上溯判别准则预测管涌通道发展。基于通道尖端局部水力条件在不同宽度模型试验中接近的特点,提出了在双层堤基三维渗流场中应用二维通道上溯判别准则建立管涌发展预测模型的新方法。在细观尺度上,在通道尖端局部剖面上应用通道上溯判别准则,确定尖端土体破坏时的尖端局部水头条件;在宏观尺度上,上游水头与尖端局部水头通过水头连续条件建立联系,再由尖端土体破坏时的尖端局部水头条件确定对应的上游水头,以此建立管涌通道发展预测模型。本文中得到的关于管涌通道尖端的颗粒运动规律、通道四周松散区的定量数据、通道上溯判别准则和建立管涌发展预测模型的方法等信息,为建立不同边界条件的双层堤基管涌发展预测模型打下了基础。