非凝聚性土石壩滲流及溢流破壞之實驗探討

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姓名

何欣眉(Hsin-Mei Ho) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

非凝聚性土石壩滲流及溢流破壞之實驗探討
(An experimental study of non-cohesive landslide-dam breach induced by the seepage and overtopping)

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★ 二維斜坡顆粒流之輸送帶實驗與分析	★ 斜坡土體滲流破壞引致土石流之探討

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摘要(中)

本研究以渠槽實驗模擬非凝聚性土石壩因壩體強度不足而導致滲流及溢流破壞，造成土體受淘刷及沖蝕作用而使壩體發生潰流之過程。實驗之壩體由非凝聚性之均勻顆粒之越南矽砂所構成，因此壩體的滲透性高，其破壞形式可分為兩種：1.土石壩於小流量下，壩體內部受到滲流作用而產生溯源淘刷之漸進式破壞，滑動崩壞面朝上游發展後引發土體潰流。2.土石壩於大流量下，上游壩頂發生溢流破壞而造成土體潰流之過程。
實驗內容分為兩部份：第一部分為壩體在穩定及非穩定之條件下，因滲流作用而造成壩體崩壞，由實驗資料可得到壩體滲流破壞之無因次崩壞長度與崩壞時間之關係為，當坡度及單位寬入流量愈大，壩體崩壞速率愈快。第二部份為壩體發生溢流破壞時，在不同壩長之條件下分析壩體潰流之歷程。本實驗結果對於非凝聚性土石壩因滲流及溢流破壞引發壩體潰壩危險之預警與疏散避難有所助益。

摘要(英)

The processes of non-cohesive landslide dams breached by seepage and overtopping failure are experimentally examined in this study. The landslide dams are on a flume with a bed slope varying from 8° to 24°. The processes of dam breaches have two different forms: one is at small discharges and the seepage surface arises until seepage line reaching the downstream end of dam, then followed by progressive head-cutting process until dam collapsing. The second is at larger discharges when the dam overtopping occurs on the upstream side and the dam collapses quickly.
The experimental data for both stable and unstable cases of head-cutting processes are analyzed by the dimensionless equation to fit the relationship between the collapsed length and elapsed time. When the overtopping breach occurs from the upstream of the dam, the failure processes are faster for the cases either at higher slopes or with shorter dam widths. The experimental results of this study is useful for prevention and evacuating the landslide-dam breach induced by the seepage and overtopping.

關鍵字(中)

★ 土石壩
★ 溯源淘刷
★ 滲流破壞
★ 溢流破壞

關鍵字(英)

★ overtopping
★ seepage
★ head-cutting
★ landslide dam

論文目次

摘要......................................................I
ABSTRACT.................................................II
目錄....................................................III
表目錄...................................................VI
圖目錄..................................................VII
符號說明.................................................XI
第一章緒論..............................................1
1.1 前言..................................................1
1.2 研究動機..............................................3
1.3 研究目的..............................................3
1.4 研究方法..............................................4
1.5 本文架構..............................................4
第二章文獻回顧..........................................7
2.1 天然壩發生土石流之原因................................7
2.2 土石流發生之坡度特性..................................9
2.3 土石流發生之力學機制及其臨界條件.....................11
2.4 壩體破壞之機制.......................................14
2.5 壩體滲流破壞之型式...................................15
2.6壩體溢流破壞之型式....................................17
2.7 堰塞湖發生之成因與分類...............................17
2.8 堰塞湖破壞之原因.....................................22
2.9 溯源沖刷之型態.......................................23
2.10 土石壩破壞之案例....................................25
第三章理論分析.........................................26
3.1 土體滲流破壞之機制...................................26
3.2 土石壩滲流特性之理論公式.............................29
3.3 斜坡堆積土體之崩壞模式...............................31
3.4 因次分析.............................................34
第四章滲流及溢流破壞實驗................................37
4.1 實驗設備.............................................37
4.2 非凝聚性壩體滲流破壞之實驗...........................40
4.2.1 實驗配置...........................................40
4.2.2 壩體在穩定情況下崩壞長度之實驗步驟.................42
4.2.3 壩體在非穩定情況下崩壞長度之實驗步驟...............43
4.3 非凝聚性壩體溢流破壞之實驗...........................44
4.3.1 實驗配置...........................................44
4.3.2 實驗步驟...........................................44
第五章結果與討論.......................................49
5.1 壩體發生破壞之特性...................................49
5.2 非凝聚性土石壩滲流破壞之實驗結果.....................52
5.2.1 上游水位與時間之關係..............................52
5.2.2 穩定及非穩定下壩體無因次崩壞長度與無因次水位之關係54
5.2.3 穩定及非穩定之側視與上視崩壞長度與水位之關係......63
5.2.4 壩體無因次崩壞長度與崩壞時間之關係................66
5.2.5 穩定及非穩定下無因次壩體崩壞長度與崩壞時間之關係..67
5.2.6 底床粗糙元對無因次崩壞長度與無因次崩壞時間之影響..74
5.3 土石壩發生溢流破壞之特性.............................80
5.4 非凝聚性土石壩溢流破壞之實驗結果.....................80
5.4.1 上游水位與時間之關係..............................82
5.4.2 上游蓄水量與時間之關係............................88
5.4.3 上游蓄水量變化與時間之關係........................89
5.4.4 壩體出流量與時間之關係............................96
5.4.5 相同壩長及流量下不同坡度之溢流破壞與時間之關係...102
5.4.6 不同壩長壩體溢流破壞之歷程.......................105
第六章結論與建議.......................................109
6.1 結論................................................109
6.1.1 非凝聚性土石壩滲流破壞之實驗......................109
6.1.2 非凝聚性土石壩溢流破壞之實驗......................110
6.2 建議................................................111
參考文獻................................................112

參考文獻

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指導教授

周憲德(Hsien-Ter Chou)

審核日期

2009-7-22

推文