CN103018424B - 管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定装置及方法，测定装置包括容纳试样的模型筒、用于收集从模型筒涌出的水与土颗粒的砂水收集盒、用于将收集的涌出水与土颗粒分离开的下游集水箱和数据采集系统；数据采集系统，用于获取模型筒压力变化值、下游集水箱的流量值和涌出土颗粒的重量值。本发明实现了土体管涌过程中颗粒流失率有效测定；可进行管涌临界水力梯度和土体颗粒流失率两个参数的测定，节约了测定成本，节省了测定所需要的时间，提高了效率；提高了测定结果的准备性；实现了初始孔隙率、水力梯度、土体组成等对管涌过程中土体颗粒流失率影响的确定。

Description

管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定装置及方法

技术领域

本发明涉及土工参数室内测试技术领域，特别涉及一种岩土工程中的一种无粘性土管涌临界水力梯度与颗粒流失规律的室内试验联合测定方法及测定装置。

背景技术

管涌是在渗流作用下土体细颗粒沿骨架颗粒形成的孔隙被带出的现象，是引起的堤防破坏而导致洪灾的主要原因。管涌主要发生的无粘性土中，是渗透破坏的一种重要形式。每年世界各地都有大量因管涌造成大坝破坏的事故发生，严重威胁人民生命财产安全，因此管涌的防治与预警是关乎民生的重要问题。掌握管涌发生的判别条件是进行管涌防治与预警的首要问题。管涌的发生判别一般采用的临界水力梯度法，国内外研究与工程人员进行了大量的研究，开展了一系列的管涌模型试验，探索了不同土体中管涌发生的临界水力梯度，已逐渐掌握了土体临界水力梯度确定的试验确定方法。

在管涌的防治与预警中，不仅要需要掌握管涌在何种条件下会发生，还需要对管涌的发展速度等进行评估，通过理论分析、经验判断以及数值模拟的手段，对管涌的发生发展进行预测与预警。其中必然涉及的问题就是利用何种指标评判一种土体在某种条件下管涌发展速度，从而实现管涌发展程度的预测。随着人们对管涌发生发展规律及机理认识的加深，发现管涌过程中颗粒的流失率是管涌发展速度的控制参数。颗粒流失率指管涌过程中一定水力梯度条件下颗粒的流失量与时间的比值，表示的是管涌过程中颗粒流失的快慢。然而目前，管涌的室内试验测试方法仅对管涌临界条件的确定研究较多，仅通过临界水力梯度无法获得表征管涌发展速度的相关参数，同时尚未形成成熟的管涌土体颗粒流失率测定技术。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种土体管涌临界水力梯度与颗粒流失规律的联合测定装置及方法。本测定方法通过室内模型试验进行管涌发生临界水力梯度和管涌发展过程中的颗粒流失率的联合测定，在试验中采用不同的土体颗粒组成以及土体初始孔隙率进行试验，确定管涌临界水力梯度以及颗粒流失规律与土体颗粒组成和土体初始孔隙率之间的关系。

本发明的目的之一是提出一种管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定装置；本发明的目的之二是提出一种管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定装置，包括容纳试样的模型筒、砂水收集盒、下游集水箱和数据采集系统；所述模型筒装入根据设定的土体颗粒配制测试所需要的土体，并产生发生管涌破坏时的涌出水与土颗粒；所述砂水收集盒，用于收集从模型筒涌出的水与土颗粒；所述下游集水箱，用于将收集的涌出水与土颗粒分离开；所述数据采集系统，用于获取模型筒压力变化值、下游集水箱的流量值和涌出土颗粒的重量值。

进一步，所述模型筒包括入水口、缓冲区和设置于模型筒侧壁的至少一个孔隙水压力传感器；所述入水口设置于模型筒底部，所述入水口用于提供上游渗流驱动水头；所述缓冲区设置于模型筒内底部；所述模型筒内的缓冲区与试样之间设置隔砂透水板，所述隔砂透水板上放置试样；所述孔隙水压力传感器与数据采集系统连接。

进一步，所述模型筒顶部涌出的水与砂通过砂水收集盒进行收集；所述砂水收集盒通过导流管将从模型筒顶部涌出的水与砂汇入下游水箱中；所述下游水箱上部设置溢流口；所述下游水箱液面处设置有用于测量涌出水流量的流量传感器；所述流量传感器与数据采集系统相连。

进一步，所述下游水箱内放置砂水分离筒，所述砂水分离筒用于收集从水砂收集盒通过导流管汇入的涌出水与砂；所述砂水分离筒通过设置于底部的过滤网将涌出水与砂分离；所述砂水分离筒完全浸没在水面以下；所述砂水分离筒通过吊缆与重力传感器相连；所述重力传感器与数据采集系统相连。

进一步，所述模型筒的直径为测定土体的最大粒径的10-12倍，筒内试样高度为直径的2~3倍，缓冲区高度为模型筒直径的0.8~1.2倍；所述砂水收集盒的底面为倾斜平面，与水平面的夹角为10^o ~30^o。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定方法，包括以下步骤：

S1：制备室内测定试样；

S2：室内测定的初始化；

S3：测定管涌发生临界水力梯度：通过水头差与渗径之间的关系确定土体管涌时的临界水力梯度i_cr；

S4：测定管涌发展颗粒流失率：收集涌出的水和土体颗粒，在水下将收集的涌出水与土颗粒分离开，并在水下测量收集到的涌出土颗粒的浮重量，通过某小段时间内涌出土颗粒的浮重量增量与时间之间的关系计算土颗粒流失率μ；

S5：测定水力梯度影响颗粒流失率：按上述步骤进行重复测试，在得到试样的临界水力梯度后，分别提高上游水头至不同的水力梯度，获取土体颗粒流失率与水力梯度之间的关系；

S6：测定土体性质影响管涌临界水力梯度及颗粒流失率：取不同颗粒组成以及不同初始孔隙率的试样，重复测定步骤S1-S5，测定土体颗粒组成以及初始孔隙率对土体管涌临界水力梯度以及颗粒流失率的影响；

S7：根据临界水力梯度和颗粒流失率处理测试结果：建立土体颗粒组成控制参数，建立土体初始孔隙率与管涌临界水力梯度、管涌发展颗粒流失率之间的关系。

进一步，所述步骤S3中的管涌发生临界水力梯度的测定具体步骤如下：

分级提升水头高度，直至土体发生管涌破坏，记录管涌时水头差，测量管涌发生时的渗透流量；通过水头差与渗径之间的关系确定土体管涌时的临界水力梯度i _cr 。

进一步，所述步骤S4中管涌发展颗粒流失率的测定具体步骤如下：

在测得管涌的临界水力梯度后i _cr ，保持模型筒底部水头高度不变，收集试样顶面涌出的水和土体颗粒，在水面下将收集的涌出水与土颗粒分离开，并在水面下测量收集到的涌出土颗粒的浮重量G，根据以下公式计算土颗粒的流失率：

     ，

其中，ρ _s 为土颗粒的密度，ρ _w 水为的密度，ΔG为某小段时间t至t+Δt内涌出土颗粒的浮重量增量，μ为管涌过程中的土颗粒流失率。

进一步，所述步骤S6中土体性质影响管涌临界水力梯度及颗粒流失规律的测定管涌发展颗粒流失率的测定具体步骤如下：

以土体的最小粒径D _min和最大粒径D _max，以及特征粒径d ₁₀、d ₃₀、d ₆₀、d ₈₀为土体颗粒组成的控制参数，以初始孔隙率为土体密实程度的控制参数，并通过改变相关的控制参数制备不同的土体试样，重复测定步骤S1~S5，测量不同颗粒组成以及不同初始孔隙率条件下的管涌临界水力梯度以及颗粒流失率，得出土体颗粒组成和密实程度对管涌发生临界水力梯度以及土体颗粒流失率的关系。

本发明的优点在于：本发明根据现有对管涌过程中土体颗粒流率测定的需求，提出一种土体管涌临界水力梯度与颗粒流失规律的联合测定方法，通过室内模型试验进行管涌发生临界水力梯度和管涌发展过程中的颗粒流失率的联合测定，并在试验中采用不同的土体颗粒组成以及土体初始孔隙率进行试验，确定管涌临界水力梯度以及颗粒流失规律与土体颗粒组成和土体初始孔隙率之间的关系，相对于现有技术具有如下有益效果：

1）实现了土体管涌过程中颗粒流失率的有效测定；

2）对于一个试样，可以进行管涌临界水力梯度和土体颗粒流失率两个参数的测定，节约了测定成本，节省了测定所需要的时间，提高了效率；

3）同于同种土体，临界水力梯度取多次测量的平均值，提高了测定结果的准备性；

4）实现了水力梯度、土体组成等对管涌过程中土体颗粒流失率影响的确定。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是本发明涉及方法的流程图；

图2是本发明涉及装置的结构图；

图3是本发明运行过程中试样的土体级配曲线图；

图4是本发明运行过程中试样的参数指标数据；

图5是本发明运行过程中临界水力梯度与颗粒组成及初始孔隙率之间的关系曲线图；

图6是本发明运行过程中颗粒流失规律与颗粒A组成及初始孔隙率之间的关系曲线图；

图7是本发明运行过程中颗粒流失规律与颗粒B组成及初始孔隙率之间的关系曲线图；

图8是本发明运行过程中颗粒流失规律与颗粒C组成及初始孔隙率之间的关系曲线图。

图中，底部进水口1、缓冲区2、隔砂透水板3、试样4、模型筒5，砂水收集盒6，孔隙水压力传感器7、下游水箱8、砂9、过滤网10、溢流孔11、砂水分离筒12、吊缆13、重力传感器14、数据采集系统15、导流管16、流量传感器17。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1

图1是本发明涉及方法的流程图，图2是本发明涉及装置的结构图，图3是本发明运行过程中试样的土体级配曲线图，图4是本发明运行过程中试样的参数指标数据，图5是本发明运行过程中临界水力梯度与颗粒组成及初始孔隙率之间的关系曲线图，图6是本发明运行过程中颗粒流失规律与颗粒A组成及初始孔隙率之间的关系曲线图，图7是本发明运行过程中颗粒流失规律与颗粒B组成及初始孔隙率之间的关系曲线图，图8是本发明运行过程中颗粒流失规律与颗粒C组成及初始孔隙率之间的关系曲线图，如图所示：本发明提供的管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定方法，包括以下步骤：

S1：制备室内测定试样；

S2：室内测定的初始化；

S3：测定管涌发生临界水力梯度：通过水头差与渗径之间的关系确定土体管涌时的临界水力梯度i_cr；

S4：测定管涌发展颗粒流失率：收集涌出的水和土体颗粒，在水下将收集的涌出水与土颗粒分离开，并在水下测量收集到的涌出土颗粒的浮重量，通过某小段时间内涌出土颗粒的浮重量增量与时间之间的关系计算土颗粒流失率μ；

S5：测定水力梯度影响颗粒流失率：按上述步骤进行重复测试，在得到试样的临界水力梯度后，分别提高上游水头至不同的水力梯度，获取土体颗粒流失规律与水力梯度之间的关系；

S6：测定土体性质影响管涌临界水力梯度及颗粒流失率：取不同颗粒组成以及不同初始孔隙率的试样，重复测定步骤S1-S5，测定土体颗粒组成以及初始孔隙率对土体管涌临界水力梯度以及颗粒流失率的影响；

S7：根据临界水力梯度和颗粒流失率处理测试结果：建立土体颗粒组成控制参数以及土体初始孔隙率与管涌临界水力梯度以及管涌发展颗粒流失规律之间的关系。

所述步骤S3中的管涌发生临界水力梯度的测定具体步骤如下：

分级提升水头高度，直至土体发生管涌破坏，记录管涌时水头差，测量管涌发生时的渗透流量；通过水头差与渗径之间的关系确定土体管涌时的临界水力梯度i _cr 。

所述步骤S4中管涌发展颗粒流失率的测定具体步骤如下：

在测得管涌的临界水力梯度后i _cr ，保持模型筒底部水头高度不变，收集试样顶面涌出的水和土体颗粒，在水面下将收集的涌出水与土颗粒分离开，并在水面下测量收集到的涌出土颗粒的浮重量G，根据以下公式计算土颗粒的流失率：

    ，

其中，ρ _s 为土颗粒的密度，ρ _w 水为的密度，ΔG为某小段时间t至t+Δt内涌出土颗粒的浮重量增量，μ为管涌过程中的土颗粒流失率。

所述步骤S6中土体性质影响管涌临界水力梯度及颗粒流失规律的测定管涌发展颗粒流失率的测定具体步骤如下：

以土体的最小粒径D _min和最大粒径D _max，以及特征粒径d ₁₀、d ₃₀、d ₆₀、d ₈₀为土体颗粒组成的控制参数，以初始孔隙率为土体密实程度的控制参数，并通过改变相关的控制参数制备不同的土体试样，重复测定步骤S1~S5，测量不同颗粒组成以及不同初始孔隙率条件下的管涌临界水力梯度以及颗粒流失率，得出土体颗粒组成和密实程度对管涌发生临界水力梯度以及土体颗粒流失率的关系。

本发明还提供了一种管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定装置，包括容纳试样的模型筒、砂水收集盒、下游集水箱和数据采集系统；

所述模型筒装入根据设定的土体颗粒配制测试所需要的土体，并产生发生管涌破坏时的涌出水与土颗粒；

所述砂水收集盒，用于收集从模型筒涌出的水与土颗粒；

所述下游集水箱，用于将收集的涌出水与土颗粒分离开；

所述数据采集系统，用于获取模型筒压力变化值、下游集水箱的流量值和涌出土颗粒的重量值。

所述模型筒包括入水口、缓冲区和设置于模型筒侧壁的至少一个孔隙水压力传感器；

所述入水口设置于模型筒底部，所述入水口用于提供上游渗流驱动水头；

所述缓冲区设置于模型筒内底部；所述模型筒内的缓冲区与试样之间设置隔砂透水板，所述隔砂透水板上放置试样；

所述孔隙水压力传感器与数据采集系统连接。

所述模型筒顶部涌出的水与砂通过砂水收集盒进行收集；

所述砂水收集盒通过导流管将从模型筒顶部涌出的水与砂汇入下游水箱中；

所述下游水箱上部设置溢流口；

所述下游水箱液面处设置有用于测量涌出水流量的流量传感器；

所述流量传感器与数据采集系统相连。

所述下游水箱内放置砂水分离筒，所述砂水分离筒用于收集从水砂收集盒通过导流管汇入的涌出水与砂；

所述砂水分离筒通过设置于底部的过滤网将涌出水与砂分离；

所述砂水分离筒完全浸没在水面以下；

所述砂水分离筒通过吊缆与重力传感器相连；

所述重力传感器与数据采集系统相连。

所述模型筒的直径大于10倍测定土体的最大粒径，筒内试样高度约直径的2~3倍，缓冲区高度为模型筒直径的0.8~1.2倍；所述砂水收集盒的底面为倾斜平面，与水平面的夹角为10^o ~30^o，以利于涌出水与涌出砂的汇集。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于：

本实施例提供的试验装置，其包括容纳试样的模型筒、砂水收集装置、下游集水箱以及涌出土颗粒收集及测量系统。所述模型筒竖直放置，筒高50cm，直径14cm；模型筒底部入水口提供上游渗流驱动水头；模型筒内底部设置缓冲区，保证水流均匀流入试样，缓冲区高度为10cm；模型筒内缓冲区与试样之间设备隔砂透水板，并在隔砂透水板上装置试样，试样高度40cm，试样顶面与模型筒顶部平齐；模型筒侧避每隔5cm设置一只孔隙水压力传感器，以便测量试样中不同位置处的孔隙水压力的变化；孔隙水压力传感器与数据采集系统相连，时时采集并存储孔隙水压力值；在模型筒顶部涌出的水与砂通过砂水收集盒进行收集，砂水收集盒底面与水平面呈30度斜坡，以便于砂与水流动；涌出的水砂经过砂水收集盒的汇集通过导流管汇入下游水箱中；下游水箱上部设置溢流口，多余的水通过溢流口流出，下游水箱液面保持不变；溢出水通过流量传感器实实测量涌出水的流量；流量传感器与数据采集系统相连，时时采集并存储测定过程中的流量值；下游水箱内放置砂水分离筒，由水砂收集盒收集到的涌出水与涌出砂通过导流管流进砂水分离筒中，涌出水通过过滤网流入下游水箱中，并通过溢水口流出下游水箱；试验过程中砂水分离筒完全浸没在水面以下；砂水分离筒通过吊缆与重力传感器相连，以测量试验过程中砂水分离筒与涌出砂的总重量；重力传感器与数据采集系统相连，采集并存储测定过程中的重量数据。

如图1所示，本发明涉及方法的管涌临界水力梯度与颗粒流失规律的室内联合测定方法，主要应用于土体管涌相关参数的测试与确定，其步骤主要包括：（1）室内测定试样的制备，即试样的制备与饱和。（2）室内测定的初始化及相关参数测量的准备与调试。（3）管涌发生临界水力梯度的测定，通过水头差与渗径之间的关系确定土体管涌时的临界水力梯度i _cr 。（4）管涌发展颗粒流失率的测定。利用砂水收集装置收集试样顶面涌出的水和土体颗粒，在水下利用砂水分离装置将收集的涌出水与土颗粒分离开，并在水下时时测量收集到的涌出土颗粒的浮重量，通过某小段时间内涌出土颗粒的浮重量增量与时间之间的关系计算土颗粒流失率μ。（5）水力梯度影响颗粒流失率的测定。利按上述步骤进行重复测试，在得到试样的临界水力梯度后，分别提高上游水头至不同的水力梯度，分析土体颗粒流失规律与水力梯度之间的关系；（6）土体性质影响管涌临界水力梯度及颗粒流失率的测定。取不同颗粒组成以及不同初始孔隙率的试样，重复测定步骤1~5，测定土体颗粒组成以及初始孔隙率对土体管涌临界水力梯度以及颗粒流失率的影响；（7）测试结果的总结与分析。建立土体颗粒组成控制参数以及土体初始孔隙率与管涌临界水力梯度以及管涌发展颗粒流失规律之间的关系。

如图2所示，本发明涉及的试验装置包括用于存放试样的模型筒5，收集涌出水与砂的砂水收集盒6，用于将涌出水与涌出砂分离开的砂水分离筒12，用存放涌出水的下游水箱，以及用于测量涌出砂浮重量的重力传感器14和测量涌水流量的流量传感器17。所述的模型筒5通过底部进水口1施加上游入水水头，进入模型筒5的水首先通过缓冲区2以保证入水水头的均匀性。缓冲区2与试样4之间设置隔砂透水板3。为测量测定过程中试样4内的孔隙水压力，在试样4与模型筒5的界面上每隔一定距离设置一个孔隙水压力传感器7。孔隙水压力传感器与数据采集系统15相连。试验过程中试样4顶部涌出的砂在砂水收集盒6内汇集，收集到的涌出水与涌出砂通过导流管16流入砂水分离筒12中。砂水分离筒底部设置过滤网10，涌出砂9留存砂水分离筒12中。砂水分离筒12通过吊缆13与重力传感器14相连；重力传感器14与数据采集系统15相连。涌出水透过砂水分离筒12的过滤网10进入下游水箱8中。下游水箱8上部设置溢流孔11，涌出的水通过溢流孔11流出，并利用流量传感器17测量流出水的流量。流量传感器17与数据采集系统15相连。

对照附图3~6，说明本发明涉及方法的应用实例。

如图3所示，本实施例所采用的3种不同土体颗粒级配，即A、B、C三种不同的土体组成。

如图4所示，本实施例所采用的4种不同的初始孔隙率，在不同土体组成以及不同初始孔隙率条件下共组合成12种不同的制样土体。

如图5所示，本实施例采用12种不同土体试样进行测定，得到的土体管涌临界水力梯度与初始孔隙率以及土体组成之间的关系。

如图6所示，本实施例采用12种不同土体试样进行测定，得到的土体管涌颗粒流失率与初始孔隙率以及土体颗粒组成之间的关系。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定装置，其特征在于：包括容纳试样的模型筒、砂水收集盒、下游水箱和数据采集系统；所述模型筒装入根据设定的土体颗粒配制测试所需要的土体，管涌破坏时由模型筒顶面流出涌出水与土颗粒；所述砂水收集盒，用于收集从模型筒涌出的水与土颗粒；所述下游水箱，用于将收集的涌出水与土颗粒分离开；所述数据采集系统，用于获取模型筒压力变化值、下游水箱的流量值和涌出土颗粒的重量值；

所述模型筒顶部涌出的水与砂通过砂水收集盒进行收集；所述砂水收集盒通过导流管将从模型筒顶部涌出的水与砂汇入下游水箱中；所述下游水箱上部设置溢流口；所述下游水箱液面处设置有用于测量涌出水流量的流量传感器；所述流量传感器与数据采集系统相连；

所述下游水箱内放置砂水分离筒，所述砂水分离筒用于收集并分离从水砂收集盒通过导流管汇入的涌出水与砂；所述砂水分离筒通过设置于底部的过滤网将涌出水与砂分离；所述砂水分离筒完全浸没在水面以下；所述砂水分离筒通过吊缆与重力传感器相连；所述重力传感器与数据采集系统相连。

2.根据权利要求1所述的管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定装置，其特征在于：所述模型筒包括入水口、缓冲区和设置于模型筒侧壁的至少一个孔隙水压力传感器；所述入水口设置于模型筒底部，所述入水口用于提供上游渗流驱动水头；所述缓冲区设置于模型筒内底部；所述模型筒内的缓冲区与试样之间设置隔砂透水板，所述隔砂透水板上放置试样；所述孔隙水压力传感器与数据采集系统连接。

3.根据权利要求1所述的管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定装置，其特征在于：所述模型筒的直径为测定土体的最大粒径的10～12倍，筒内试样高度为直径的2～3倍，缓冲区高度为模型筒直径的0.8～1.2倍；所述砂水收集盒的底面为倾斜平面，与水平面的夹角为10°～30°。

4.利用权利要求1-3任一项所述的装置来进行的管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：制备室内测定试样；

S2：室内测定的初始化；

S3：测定管涌发生临界水力梯度：通过水头差与渗径之间的关系确定土体管涌时的临界水力梯度i_cr；

S4：测定管涌发展颗粒流失率：收集涌出的水和土体颗粒，在水下将收集的涌出水与土颗粒分离开，并在水下测量收集到的涌出土颗粒的浮重量，通过某小段时间内涌出土颗粒的浮重量增量计算土颗粒流失率μ；

S5：测定水力梯度影响颗粒流失率：按上述步骤进行重复测试，在得到试样的临界水力梯度后，分别提高上游水头形成不同的水力梯度，获取土体颗粒流失率与水力梯度之间的关系；

S6：测定土体性质影响管涌临界水力梯度及颗粒流失率：取不同颗粒组成以及不同初始孔隙率的试样，重复测定步骤S1-S5，测定土体颗粒组成以及初始孔隙率对土体管涌临界水力梯度以及颗粒流失率的影响；

S7：根据临界水力梯度和颗粒流失率处理测试结果：建立土体颗粒组成控制参数，建立土体初始孔隙率与管涌临界水力梯度、管涌发展颗粒流失率之间的关系；

所述步骤S6中土体性质影响管涌临界水力梯度及颗粒流失率的测定具体步骤如下：

以土体的最小粒径D_min和最大粒径D_max，以及特征粒径d₁₀、d₃₀、d₆₀、d₈₀为土体颗粒组成的控制参数，以初始孔隙率为土体密实程度的控制参数，并通过改变相关的控制参数制备不同的土体试样，重复测定步骤S1～S5，测量不同颗粒组成以及不同初始孔隙率条件下的管涌临界水力梯度以及颗粒流失率，得出土体颗粒组成和密实程度对管涌发生临界水力梯度以及土体颗粒流失率的关系。

5.根据权利要求4所述的管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定方法，其特征在于：所述步骤S3中的管涌发生临界水力梯度的测定具体步骤如下：

分级提升水头高度，直至土体发生管涌破坏，记录管涌时水头差，测量管涌发生时的渗透流量；通过水头差与渗径之间的关系确定土体管涌时的临界水力梯度i_cr。

6.根据权利要求4所述的管涌临界水力梯度与颗粒流失率室内联合测定方法，其特征在于：所述步骤S4中管涌发展颗粒流失率的测定具体步骤如下：

在测得管涌的临界水力梯度后i_cr，保持模型筒底部水头高度不变，收集试样顶面涌出的水和土体颗粒，在水面下将收集的涌出水与土颗粒分离开，并在水面下测量收集到的涌出土颗粒的浮重量G，根据以下公式计算土颗粒的流失率：

$\mathrm{\μ}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_s}{{\mathrm{\ρ}}_s-{\mathrm{\ρ}}_w}\frac{\mathrm{\ΔG}}{\mathrm{\Δt}},$

其中，ρ_s为土颗粒的密度，ρ_w水为的密度，ΔG为某小段时间t至t+Δt内涌出土颗粒的浮重量增量，μ为管涌过程中的土颗粒流失率。