渗透破坏与水土流失都是我国水土资源保护与社会民生保障面临的重要问题。土体在水流作用下的水力侵蚀是造成渗透破坏和水土流失发生的根源，每年由水力侵蚀引发的水土流失及水利设施失事给国家造成了巨大的损失。在水力侵蚀过程中，土体细颗粒受孔隙中水流渗透作用的影响发生颗粒流失，从而形成渗漏通道，最终破坏土体的整体稳定性。为了探究水力侵蚀过程中颗粒的运动规律，需要从细观层次进行水力侵蚀机理的研究。并根据所得机理对水力侵蚀的防治方法进行探索。本文结合透明土与粒子示踪测速技术，对水力侵蚀细观机理进行了研究，探究了水力侵蚀过程中粒子的运动过程及其相关性质；同时针对一种人工防渗材料(希德拉顿颗粒)，设计研究了不同条件下该材料抗侵蚀特性的变化规律，探究了该材料用于水力侵蚀防治的效果。主要的研究内容和成果如下：
　　(1)自行研制了一种基于双光源PIV/PTV的水力侵蚀细观机理试验系统。该系统包括模型盒、成像系统、图像信息采集部分和图像处理部分。使用熔融石英颗粒和溴化钙溶液搭配制成透明土试样对水力侵蚀过程进行直接观测，使用示踪粒子代替并标记液体流场中的流体质点进行孔隙流动分析，利用荧光染色颗粒分析颗粒流失过程。能够在一次试验中同时获得流场的流动信息和物体的运动信息。在宏观和微观条件下进行对比，得到水力侵蚀的细观机理。同时，通过调节成像系统能够对试样内部不同位置进行观测，通过调节水头高度改变外部条件进行不同条件下的试验研究。整个试验系统的可重复性良好，操作简便。
　　(2)探索了水力侵蚀发生发展的细观机理。经过试验研究6个不同截面、不同水头高度条件下试样中粒子的运动，对水力侵蚀全过程和水力侵蚀颗粒流失及宏微观流速变化进行了对比研究。研究发现，在水力梯度逐渐增大的过程中，试样中流体的流速增大，同时孔隙流体的流动从水力梯度较低时的无规则、多方向逐渐变为从进水口向出水口方向运动；粒子的流失随水力梯度的增大从最初在大颗粒表面运动逐渐转变为沿孔隙运动，最后形成渗流通道；靠外侧截面各种状态的变化要晚于靠中心截面的变化，粒子并不是竖直向上运动，而是向斜上方出水口方向运动。通过对比试样宏观和微观流速，发现宏观流速略大于微观流速，且越靠近试样中心，宏观流速和微观流速差距越小，反之则越大。
　　(3)根据所得的水力侵蚀相关机理、形成渗流通道和颗粒流失的现象，研究了基于Sidraton颗粒的防渗结构特性。Sidraton颗粒是一种人工合成的颗粒，在天然条件下为白色固体状，遇水会发生膨胀且具有一定的流动性。研究使用该颗粒进行水平铺盖，利用颗粒的流动性和防渗性能进行水力侵蚀防治。结果表明，材料的基本防渗效果良好，其抗侵蚀效果受渗流面积、初始密实度、竖向应力、掺砂量等因素的影响。在存在渗漏的条件下，也能有良好的抗侵蚀特性；密实度越大，其最终达到的抗侵蚀效果就越好；抗侵蚀性能随竖向压力的增大而增大；在掺入一定量砂时，能够提高试样的抗侵蚀能力，但砂含量的增加会影响材料的抗侵蚀效果。试验发现该颗粒具有一定的抗侵蚀性能，能够采取水平铺盖的方法进行水力侵蚀防治。