不同相對(duì)密實(shí)度下砂土侵蝕破壞試驗(yàn)研究

鐘世英時(shí)文浩王堉眾叢波日高大潮

(1.山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，山東濟(jì)南 250101；2.山東建筑大學(xué)建筑結(jié)構(gòu)加固改造與地下空間工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250101；3.山東高速工程檢測(cè)有限公司，山東 濟(jì)南 250032)

0 引言

現(xiàn)代城市地下管線四通八達(dá)，由于腐蝕、老化、不規(guī)范施工、常年失修等原因?qū)е鹿鼙诔霈F(xiàn)破損。雨、污、供水等水力管線破損滲水不斷侵蝕管線周邊土體使得地面以下出現(xiàn)大量隱伏空洞和不密實(shí)區(qū)域，導(dǎo)致路面變形甚至塌陷。因此，對(duì)水力管線破損滲漏致塌機(jī)理的研究對(duì)保護(hù)人身安全和減少財(cái)產(chǎn)損失具有重要意義。

近年來(lái)，城市路面塌陷事故頻發(fā)。2020年1月13日，西寧市城中區(qū)南大街發(fā)生路面塌陷，一輛行駛的公交車陷入坑內(nèi)發(fā)生爆炸，造成9人遇難，1人失聯(lián)，經(jīng)調(diào)查坑洞長(zhǎng)、寬分別約為20和10 m，由水管破裂所致。2019年5月21日，中山東苑路路面塌陷，出現(xiàn)深約為3 m、面積為12 m2的大坑，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路段下的水力管線滲漏，道路下部土體被掏空，后有大貨車路過(guò)，洞頂?shù)缆烦休d力不足所致。由此可知，水力管線滲漏是城市地面塌陷災(zāi)害的主要誘因，地面塌陷具有突發(fā)性、高危性等特點(diǎn)。

張成平等[1]分析了城市隧道施工中管線滲漏水誘發(fā)的地面塌陷現(xiàn)象，提出了城市隧道施工中管線滲漏水治理和管線安全性控制的技術(shù)措施。張冬梅等[2]提出了一種研究間斷級(jí)配砂土中破損管線周圍滲流侵蝕特性的模型試驗(yàn)方法，得到了土體飽和度和水位高度通過(guò)影響滲流力而改變侵蝕量和空洞形態(tài)，土體級(jí)配則決定了可流失細(xì)砂含量，從而影響侵蝕量和空洞大小的結(jié)論。陳國(guó)慶等[3]通過(guò)自主設(shè)計(jì)循環(huán)變水壓滲透試驗(yàn)裝置模擬地下水?dāng)_動(dòng)過(guò)程，研究了地下水?dāng)_動(dòng)作用下地基土體的變形破壞機(jī)制。郭帥等[4]整理了16起發(fā)生在不同地區(qū)的管道爆裂事故，分析得出造成管周土體侵蝕的兩個(gè)最主要因素是土體性質(zhì)和地下水位。鄭剛等[5]針對(duì)富水砂層中地下工程經(jīng)常出現(xiàn)的漏水漏砂引發(fā)的災(zāi)害問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種可以改變縫隙寬度的砂、水滲漏可視化試驗(yàn)裝置，研究了不同顆粒級(jí)配下的5種砂土在地下水位以下砂土自不同寬度縫隙中漏出時(shí)的水土流失及演化規(guī)律，提出土體流失引發(fā)災(zāi)害的臨界縫隙寬度。ISRAR等[6]對(duì)不同相對(duì)密實(shí)度的砂土上進(jìn)行了一系列室內(nèi)水力試驗(yàn)，同時(shí)從理論上推導(dǎo)了考慮顆粒間摩擦和邊界摩擦因素影響下的臨界水力梯度。

截至目前，諸多學(xué)者雖然對(duì)管線破損后造成的滲透破壞具有了初步認(rèn)識(shí)[7－10]，但是，定量化研究與試驗(yàn)對(duì)比分析方面的研究仍然偏少。水力管線滲漏飽和周邊土體、侵蝕成洞致塌機(jī)理是研究水力致塌型城市地面塌陷的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，故此，文章自主設(shè)計(jì)了一種砂水流失可視化試驗(yàn)系統(tǒng)裝置，進(jìn)行了系列砂土水力侵蝕室內(nèi)試驗(yàn)，以研究不同相對(duì)密實(shí)度下砂土侵蝕破壞過(guò)程以及塌陷深度、范圍、時(shí)間與砂土體特性之間的關(guān)系。

1 試驗(yàn)裝置系統(tǒng)

試驗(yàn)采用砂水流失可視化試驗(yàn)系統(tǒng)裝置，該裝置在試驗(yàn)設(shè)計(jì)上借鑒了已有研究[11－13]的試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。如圖1所示，該試驗(yàn)裝置主要分為4個(gè)部分:(1)模型箱 內(nèi)部填筑試驗(yàn)砂樣，為保證試驗(yàn)過(guò)程的可視化，模型箱采用厚度為5 mm的透明有機(jī)玻璃板拼接而成，模型箱內(nèi)部?jī)舫叽鐬?00 mm×50 mm×400 mm(長(zhǎng)×寬×高)。在模型箱底板中部設(shè)置一道寬5 mm的通長(zhǎng)縫，該通長(zhǎng)縫旨在模擬管線的破損。在模型箱側(cè)板設(shè)置一道溢水口，作用是控制箱內(nèi)的水頭高度，同時(shí)在另一側(cè)設(shè)置一道進(jìn)水口。(2)加壓進(jìn)水裝置 水泵與模型箱入水口連通，中間設(shè)置一處閥門，用以調(diào)節(jié)入水口的進(jìn)水速率，位于箱內(nèi)的入水口下部設(shè)置一塊濾水板，以便抵消水流的動(dòng)能，將試驗(yàn)過(guò)程中水對(duì)砂體的沖刷作用降至最低。(3)量測(cè)裝置 模型箱底部的通長(zhǎng)縫下方設(shè)置一個(gè)漏砂漏水量測(cè)量裝置，其由多個(gè)同樣大小的凹槽組成，用于測(cè)量每相同間隔時(shí)間內(nèi)模型箱的漏砂漏水量。(4)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 主要包括激光位移計(jì)和攝像機(jī)。其中激光位移計(jì)布置在模型箱上部開(kāi)口處，通過(guò)激光測(cè)距的原理精確獲取試驗(yàn)結(jié)束后的侵蝕坑尺寸，攝像機(jī)置于模型箱正面，用來(lái)拍攝記錄砂體的侵蝕發(fā)展過(guò)程，通過(guò)攝像機(jī)獲得的數(shù)字圖像將通過(guò)數(shù)字照相量測(cè)實(shí)用軟件系統(tǒng)(PhotoInfor)來(lái)進(jìn)行變形分析和特征識(shí)別。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖

2 試驗(yàn)土樣特征和試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)土樣

試驗(yàn)采用的河砂應(yīng)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)雜質(zhì)且可重復(fù)性好。為了便于試驗(yàn)，篩除顆粒過(guò)大(≥2 mm)和顆粒過(guò)小(≤0.075 mm)的顆粒。砂顆粒過(guò)大在試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)造成堵孔影響試驗(yàn)現(xiàn)象，砂顆粒過(guò)小不便于土體的收集和重復(fù)利用。試驗(yàn)采用顆粒級(jí)配均勻的砂土，顆粒粒徑為0.25~2 mm、最大干密度為1.645 g/cm3、最小干密度為1.29 g/cm3、不均勻系數(shù)為3.6、曲率系數(shù)為1.23、顆粒比重為2.65、滲透系數(shù)為7.2×10－2cm/s，顆粒級(jí)配曲線如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)土樣顆粒級(jí)配曲線圖

將砂土按不同相對(duì)密實(shí)度分為5組，通過(guò)快速直剪試驗(yàn)和相對(duì)密實(shí)度試驗(yàn)測(cè)得不同相對(duì)密實(shí)度下的飽和砂土內(nèi)摩擦角和孔隙比。為保證砂土飽和，直剪試驗(yàn)加水時(shí)先從下盒開(kāi)始注水，隨后慢慢上滲，當(dāng)上透水石出現(xiàn)水膜時(shí)再向上盒注水。在剪切過(guò)程中要持續(xù)向上盒注水，以保證剪力盒內(nèi)的試樣始終處在飽和狀態(tài)。得到不同相對(duì)密實(shí)度下相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1，可以看出相對(duì)密實(shí)度越大，孔隙比越小，內(nèi)摩擦角越大。

表1 砂土物理力學(xué)參數(shù)表

2.2 試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)步驟主要包括土樣制備、試驗(yàn)前準(zhǔn)備、試驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)處理3步。

(1)土樣制備 將砂土進(jìn)行篩分得到粒徑0.25~2.00 mm范圍內(nèi)的砂土，再配比后獲取對(duì)應(yīng)顆粒級(jí)配的砂土體；

(2)試驗(yàn)前準(zhǔn)備 將底板中部的通長(zhǎng)縫封堵密實(shí)，采用“砂雨法”逐層填筑土樣，直至達(dá)到所需土樣高度。開(kāi)啟水泵和閥門開(kāi)關(guān)，進(jìn)水口開(kāi)始進(jìn)水，逐漸加水至水位高于砂樣高度30 mm后靜置24 h。激光位移計(jì)安放在模型箱上部開(kāi)口處，攝像機(jī)安放在模型箱正對(duì)面，漏水漏砂量測(cè)量裝置放置于箱體底板破損處。

(3)試驗(yàn)過(guò)程 解除底板通長(zhǎng)縫密封，并用秒表記錄時(shí)間。在滲流作用下，砂體通過(guò)模型箱底板通長(zhǎng)縫流出，流入到提前放置的漏水漏砂量測(cè)量裝置。在計(jì)時(shí)開(kāi)始的同時(shí)，開(kāi)啟攝像機(jī)記錄砂土體流失情況，并用激光位移計(jì)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)土體高度變化。

(4)數(shù)據(jù)處理 將漏水漏砂量測(cè)量裝置中的砂水耦合流體通過(guò)120目篩網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾烘干和稱量，得到不同時(shí)段內(nèi)的砂土流失量。將采集的數(shù)字圖像，結(jié)合數(shù)字照相量測(cè)實(shí)用軟件系統(tǒng)對(duì)侵蝕坑的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行分析。

2.3 數(shù)字照相量測(cè)技術(shù)

數(shù)字照片量測(cè)量技術(shù)是以數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)作為圖像收集單元，獲取被觀測(cè)目標(biāo)的數(shù)字圖像，然后通過(guò)相關(guān)的數(shù)字圖像處理和分析方法分析被測(cè)物體的變形或確定被測(cè)物體的特征的一種技術(shù)[14－18]。數(shù)字照相量測(cè)技術(shù)的整個(gè)數(shù)據(jù)采集處理過(guò)程可分為圖像采集、坐標(biāo)控制基準(zhǔn)點(diǎn)布置、圖像分析參數(shù)設(shè)置和分析結(jié)果查看4個(gè)部分。

(1)圖像采集 數(shù)字照相量測(cè)系統(tǒng)主要包含一臺(tái)單反相機(jī)、兩盞照明燈和圖像分析軟件系統(tǒng)PhotoInfor，設(shè)備布置如圖3(a)所示。單反相機(jī)用于在模型箱前部對(duì)砂體侵蝕過(guò)程進(jìn)行拍攝記錄，同時(shí)兩盞照明燈提供恒定光源，保證光照強(qiáng)度穩(wěn)定，降低周圍環(huán)境的光線變化對(duì)圖像采集的影響。

(2)坐標(biāo)控制基準(zhǔn)點(diǎn)布置 控制點(diǎn)設(shè)置在模型箱觀測(cè)面的四角，4個(gè)控制點(diǎn)的編號(hào)從左上角點(diǎn)開(kāi)始，按照順時(shí)針?lè)较虿贾?，如圖3(b)所示。

圖3 數(shù)字照相量測(cè)技術(shù)應(yīng)用圖

(3)圖像分析參數(shù)設(shè)置 圖像分析軟件中設(shè)置最大搜索位移為10 mm，由于試驗(yàn)過(guò)程中采集到的圖像像素坐標(biāo)和實(shí)際坐標(biāo)的比值約為7 pixel/mm，故搜索半徑即為70 pixel/mm。在亞像元搜索模式下，圖像分析時(shí)間與步長(zhǎng)成正比，但對(duì)于圖像變形分析來(lái)說(shuō)，則是步長(zhǎng)越長(zhǎng)，變形量測(cè)精度越高，故設(shè)定搜索步長(zhǎng)數(shù)值為0.1 pixel。

(4)分析結(jié)果查看 將分析結(jié)果導(dǎo)入到后處理軟件PostViewer即可查看土體位移變化和土顆粒運(yùn)動(dòng)情況。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 侵蝕區(qū)域發(fā)展

以1組為例分析砂土侵蝕區(qū)域的發(fā)展過(guò)程，其他組的具有相似的侵蝕發(fā)展規(guī)律。通過(guò)PhotoInfor處理出的砂體實(shí)際位移云圖(如圖4所示)可以清楚的看到水力作用下砂土型地面塌陷演化過(guò)程。由圖像分析可知，侵蝕發(fā)展過(guò)程分為3個(gè)階段。

第一階段:從位移云圖(圖4(a))可以看出，開(kāi)始10 s，水力作用下試驗(yàn)箱內(nèi)水體攜帶細(xì)顆粒滲出，先是最靠近破損口的砂體流出，接著上方砂體向下補(bǔ)充遷移形成的一個(gè)最大寬度為85 mm的橢圓狀松動(dòng)區(qū)，這一階段砂土體在水力作用下形成初始潛蝕空洞需要滿足兩個(gè)條件:(1)水?dāng)y帶砂土流出的通道大于臨界寬度[5]，臨界寬度大小由骨架粒徑確定，此次試驗(yàn)用土最大粒徑為2 mm，破損口縫寬為5 mm，滿足要求。(2)水?dāng)y砂土發(fā)生流土?xí)r滲透力大于臨界力，臨界力的大小主要受土體特性的影響。當(dāng)同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件時(shí)，砂土流失形成初始潛蝕空洞，否則水流無(wú)法對(duì)砂土造成有效侵蝕。

圖4 侵蝕發(fā)展總位移云圖/mm

第二階段:受侵蝕土體范圍擴(kuò)大，松動(dòng)區(qū)豎向急速擴(kuò)展，在重力和滲流力的共同作用下逐漸向地表發(fā)展。這一階段水流持續(xù)沖刷土體進(jìn)一步擴(kuò)大砂顆粒移動(dòng)范圍，最終在20 s時(shí)破壞面已經(jīng)完全形成，呈拋物線形。從位移云圖中可以看到影響范圍最寬在地表處達(dá)到140 mm，砂顆粒位移量最大可達(dá)到5 mm。

第三階段:破壞面內(nèi)土體大量流失，在地表形成近似倒三角形的沉陷區(qū)域。在30 s時(shí)，上部沉陷區(qū)呈現(xiàn)底為120 mm、高為35 mm的倒三角形，砂顆粒最大位移量為7 mm；在40 s時(shí)，沉陷區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，形成底為120 mm、高為90 mm的倒三角形，高度增加了55 mm，砂顆粒最大位移量>10 mm。這一階段塌陷發(fā)展到土層表面，水力持續(xù)侵蝕引起土體側(cè)壁塌岸式垮塌，地表塌陷深度逐漸增大，整個(gè)土體流失區(qū)域的砂顆粒位移量顯著增大。

3.2 水土流失量發(fā)展

以3組為例進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)圖5最終侵蝕狀態(tài)照片進(jìn)行處理計(jì)算可得到侵蝕坑體積為310 cm3，而量測(cè)系統(tǒng)最終測(cè)得流失砂土體積為536 cm3，大約是最終侵蝕狀態(tài)下空洞的1.7倍，可見(jiàn)真實(shí)的砂土流失量要大于塌陷后測(cè)試孔洞面積。這是因?yàn)樯巴燎治g過(guò)程中側(cè)壁坍塌填充穩(wěn)定的過(guò)程中，砂土孔隙率增大。因此，研究侵蝕過(guò)程中砂土流失量對(duì)判斷侵蝕程度和空洞大小有重要意義，對(duì)加固處理具有重要的參考價(jià)值。

圖5 最終侵蝕狀態(tài)圖

將量測(cè)裝置收集到的砂水混合物進(jìn)行篩分稱量得到不同時(shí)間段內(nèi)的水土流失量，如圖6所示，從水土流失量的發(fā)展曲線圖中可以看出第一階段，水和砂開(kāi)始從破損口流出，此時(shí)砂體受剪切應(yīng)力的影響流速緩慢，只是破損口附近的砂體開(kāi)始流出。隨后進(jìn)入第二階段，隨著土顆粒的流失滲流通道逐漸形成，流砂量和流水量迅速增長(zhǎng)。而第三階段，水土流失速率逐漸放緩直至結(jié)束，這是由于水位高度逐漸降低、滲流力下降導(dǎo)致。從整個(gè)過(guò)程可以看出滲透侵蝕破壞是一個(gè)流水流砂耦合加劇的過(guò)程，水土流失量同步增大，顆粒的流失導(dǎo)致水流通道的形成，水流通道的形成又加劇了砂土的流失。

圖6 水土流失量的發(fā)展圖

3.3 不同相對(duì)密實(shí)度下砂體的破壞影響區(qū)比較

通過(guò)直接觀察砂體侵蝕過(guò)程和對(duì)位移變化云圖的分析，將模型箱內(nèi)的砂體劃分為4個(gè)區(qū)域，如圖7所示，①塌落區(qū) 上部砂體塌落后產(chǎn)生的脫空區(qū)域，其寬度為2r、高度為h，塌落面與水平的夾角為α。②流動(dòng)區(qū) 此區(qū)域內(nèi)砂體位移較大，最大位移量≥2 mm(最大顆粒粒徑)。③隨動(dòng)區(qū) 此區(qū)域內(nèi)砂體位移較小，最大位移量<2 mm(最大顆粒粒徑)。④穩(wěn)定區(qū) 此區(qū)域內(nèi)砂體未受到影響，沒(méi)有位移產(chǎn)生。

圖7 塌陷破壞示意圖

水土流失的過(guò)程即為水力侵蝕的過(guò)程，其實(shí)質(zhì)是砂土體在水力作用下被剝離、沖刷、搬運(yùn)。壓實(shí)度越高土體相對(duì)密實(shí)度越大，顆粒排列越緊密，當(dāng)顆粒間發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生咬合作用越強(qiáng)，抗剪強(qiáng)度越高。所以相對(duì)密實(shí)度不同相同水力條件下砂土體侵蝕影響范圍不同。通過(guò)位移云圖分析發(fā)現(xiàn)在流動(dòng)區(qū)和隨動(dòng)區(qū)之間有明顯的破壞面，破壞面內(nèi)即流動(dòng)區(qū)砂體位移量較大，受破壞最為明顯。選取此滑裂面曲線為研究對(duì)象，分析0.20、0.35、0.50、0.65、0.80這5種相對(duì)密實(shí)度下的曲線特點(diǎn)。通過(guò)PhotoInfor提取不同相對(duì)密實(shí)度下滑裂面曲線的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，如圖8所示，得到砂土在5種相對(duì)密實(shí)度下對(duì)應(yīng)的破壞面擬合曲線方程及方差分別由式(1)~(5)表示為

圖8 不同相對(duì)密實(shí)度下的塌落影響曲線圖

對(duì)比滑裂面曲線可知砂體越密實(shí)，破壞面越狹窄。摩擦角作為砂土的主要抗剪強(qiáng)度參數(shù)，為研究砂土特性與侵蝕破壞的關(guān)系，嘗試將破裂面曲線采用摩擦角進(jìn)行改寫。由圖8可以看出破裂面曲線符合二次拋物線y＝kx2形式。砂土相對(duì)密實(shí)度為0.2、0.35、0.50、0.65、0.80時(shí)對(duì)應(yīng)的飽和內(nèi)摩擦角為39.1°、43.3°、45.6°、48.4°、52.2°，同時(shí)對(duì)應(yīng)的k值分別為0.055 3、0.088 5、0.092 7、0.103 0、0.124 4。通過(guò)內(nèi)摩擦角和常數(shù)k進(jìn)行擬合得出關(guān)系式由式(6)表示為

則破裂面曲線方程由式(7)表示為

將相對(duì)密實(shí)度為0.20、0.50、0.80的試驗(yàn)值與計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩者吻合良好，如圖9所示。

圖9 試驗(yàn)擬合值與破壞方程曲線對(duì)比圖

通過(guò)砂土水力侵蝕破裂面曲線擬合方程式可知，若已知砂土的內(nèi)摩擦角，依據(jù)地表塌陷范圍的量測(cè)結(jié)果，結(jié)合侵蝕區(qū)發(fā)展規(guī)律研究可以反算下部土體的侵蝕破壞深度和范圍，為城市地面塌陷危險(xiǎn)區(qū)域和危險(xiǎn)等級(jí)的劃分給出理論依據(jù)。

4 計(jì)算分析

為了進(jìn)一步研究在水土相互作用下砂土侵蝕發(fā)育過(guò)程和機(jī)理，在室內(nèi)模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上著重研究了地面塌陷體積和塌陷時(shí)間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。根據(jù)試驗(yàn)總結(jié)出的塌陷破壞示意圖7，將上部塌落區(qū)簡(jiǎn)化成底部半徑為2r、高為h的倒圓錐體。整個(gè)塌陷過(guò)程是在重力和滲透壓力的雙重作用下，砂和水混合在一起從破損口處發(fā)生漏失。這可以看作是在泥沙含量很高的明渠水流，采用水力學(xué)中的曼寧公式[19]計(jì)算砂水混流通過(guò)破損口發(fā)生滲漏的平均速度v由式(8)表示為

式中R＝A/X為水力半徑，m；A為過(guò)流面積，m2；X為濕周，即滿孔流時(shí)X是破損口內(nèi)壁的周長(zhǎng)，m；n稱為曼寧糙率或曼寧糙率系數(shù)；J為水力坡度；v為破損口的平均流速，m/s。

試驗(yàn)期間破損口采用通長(zhǎng)縫，可看成邊長(zhǎng)為R＝ab/2(a＋b)的長(zhǎng)方形，塌陷過(guò)程中，假設(shè)砂水混合物全斷面通過(guò)破損口，則有R＝ab/2(a＋b)。于是，平均速度v可由式(9)表示為

單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)破損口的滲漏量由式(10)表示為

經(jīng)過(guò)時(shí)間T后，通過(guò)破損口的砂水混合物體積由式(11)表示為

由式(11)可知，砂土水力侵蝕中砂土流失量與裂縫面積、水力梯度和侵蝕時(shí)間正相關(guān)，與糙率、裂縫周長(zhǎng)負(fù)相關(guān)。

5 結(jié)論

針對(duì)水力管線滲漏后引發(fā)的地面塌陷災(zāi)害問(wèn)題，自主設(shè)計(jì)了砂水流失可視化試驗(yàn)系統(tǒng)裝置，并在試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中應(yīng)用了數(shù)字照相量測(cè)技術(shù)。通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)分析了砂土侵蝕發(fā)展過(guò)程和水土流失規(guī)律，并對(duì)不同密實(shí)度下土體侵蝕影響范圍進(jìn)行對(duì)比討論。主要得到以下結(jié)論:

(1)通過(guò)PhotoInfor處理出的砂體實(shí)際位移云圖得到了水力侵蝕作用下砂土型地面塌陷演化過(guò)程并將其劃分為3個(gè)階段:滲水微流砂階段、砂水流失耦合加劇階段和弱流水少砂趨穩(wěn)階段。

(2)滲漏破壞區(qū)域可劃分為4部分:塌落區(qū)、流動(dòng)區(qū)、隨動(dòng)區(qū)和穩(wěn)定區(qū)。砂土相對(duì)密實(shí)度從0.2增大到0.8，飽和內(nèi)摩擦角從39.1°增大到52.2°的過(guò)程中，侵蝕破壞范圍逐漸減小，其破裂面曲線方程式為y＝(0.005φ－0.134 2)x2，39.1°≤φ≤52.2°。

(3)破損口面積越大、周長(zhǎng)越小、水力梯度越大、侵蝕時(shí)間越長(zhǎng)、砂土流失量就越大。