斜坡土體滲流崩壞及轉化為土石流之過程

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：56

、訪客IP：18.220.181.186

姓名

王禎麟(Zhen-Lin Wang) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

斜坡土體滲流崩壞及轉化為土石流之過程
(An experimental study on the failure and mobilization of landslide dams induced by seepage)

相關論文

★ 不均勻圓形橋墩之局部沖刷研究	★ 砂礫河床之跌水沖刷分析
★ 土石流潛勢判定模式及土石壩滲流破壞之研究	★ 港池污染擴散影響因子之探討
★ 不均勻橋墩及群樁基礎之局部沖刷研究	★ 邊牆射流及尾檻對砂質底床之沖刷研究
★ 砂粒受水平振動行為之研究	★ 土石流發生之水文特性探討
★ 不均勻橋墩與套環保護工法之局部沖刷研究	★ 護坦及尾檻下游之局部沖刷分析
★ 橋台束縮與局部沖刷之研究	★ 慢顆粒流之輸送帶實驗與影像分析
★ 均勻入滲時坡面地下水流之理論解析	★ 尾檻設置對下游之局部沖刷效應
★ 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

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

本研究以渠槽實驗模擬斜坡上之天然土石壩受滲流破壞而造成溯源崩塌，其破壞土體逐漸飽和，進而轉化為土石流之過程。壩體受滲流破壞轉化成土石流之過程可分為三個階段：1.壩體受滲流水流沖蝕而使得土體發生崩塌。2.崩塌土體會呈暫時性堆積、停止之情形，待水流與崩塌土體充分混合達到飽和狀態。3.崩塌土體流體化而轉化成土石流向下游面流動。坡度、單位寬入流量越大，則崩塌土體流體化之速度越快。
實驗內容包含土石壩之滲流破壞及壩體受滲流破壞轉化為土石流之情形。土石壩滲流破壞之無因次崩塌距離與崩塌時間之關係為l’’=at’’+b(t’’)^2，當坡度、單位寬入流量越大，則壩體崩塌速率越快。土體流動實驗中，當坡度、單位寬入流量越大，則土體流體化之速度越快。土體之流動情形呈間歇性之流動，土體表面之流速分佈成栓部形狀。中值粒徑d50=1.48 mm及d50=0.58 mm之流動土體體積濃度約在0.31～0.47及0.25～0.47之間。本實驗結果對於天然土石壩滲流崩塌破壞轉化為土石流之預警及避難有所助益。

摘要(英)

The characteristics of debris flow generated by the seepage failure of landslide dams are experimentally studied using an inclined slump with slope verying from 16° to 24° in this study. The failure of landslide dams is triggered by toe failure first, then followed by progressive head-cutting process. The head-cutting process induced by seepage can be divided to three phases. First, the dam slumped by seepage erosion. Second, the unsaturated soil became saturated by the mixing of upstream water flow. Third, the saturated slumped block moved as debris flow. The liquefaction process of the slumped block becomes more quickly when either the slope or the inflow increases.
The experimental data of the characteristics of the head-cutting are analyzed by dimensional analysis. The dimensionless equation fits the relationship between the collapsed length and elapsed time well. The parabolic velocity profile be at fluid surface was observed in the experiments. Concentration of debris flow, is 0.25~0.47 for large grains and 0.31~0.47 for small grains.

關鍵字(中)

★ 崩塌
★ 滲流破壞
★ 溯源沖刷
★ 土石流

關鍵字(英)

★ debris flow
★ landslide
★ head-cutting
★ seepage

論文目次

目錄
中文摘要…………………………………………………………………………………I
英文摘要…………………………………………………………………………………II
目錄………………………………………………………………………………………III
表目錄……………………………………………………………………………………VI
圖目錄……………………………………………………………………………………VIII
符號說明…………………………………………………………………………………XIV
第一章緒論 ……………………………………………………………………………1
1.1 前言 …………………………………………………………………………………1
1.2 研究動機與目的……………………………………………………………………2
1.3 研究方法……………………………………………………………………………2
1.4 本文架構……………………………………………………………………………3
第二章文獻回顧………………………………………………………………………4
2.1 土石流之定義………………………………………………………………………4
2.2 土石流的特性………………………………………………………………………5
2.3 土石流的類型………………………………………………………………………6
2.4 土石流的體積濃度…………………………………………………………………8
2.5 土石流與溪床坡度的關係…………………………………………………………10
2.6 土石流發生機制與臨界條件………………………………………………………11
2.7 堰塞湖之成因與分類………………………………………………………………13
2.8 堰塞湖天然壩之破壞機制…………………………………………………………16
2.9 溯源沖刷之型態……………………………………………………………………17
第三章理論分析………………………………………………………………………19
3.1 斜坡堆積土體崩壞模式……………………………………………………………19
3.2 因次分析……………………………………………………………………………23
3.3 土石流之流變特性與流速…………………………………………………………25
第四章滲流破壞引發土石流之實驗…………………………………………………29
4.1 實驗設備……………………………………………………………………………29
4.2 非凝聚性長梯形土石壩滲流破壞實驗……………………………………………30
4.2.1 實驗配置…………………………………………………………………………30
4.2.2 土石流崩壞長度之實驗步驟……………………………………………………30
4.2.3 流動土體流速之實驗步驟………………………………………………………32
4.2.4 流動土體體積濃度之實驗步驟…………………………………………………33
第五章結果與討論 ……………………………………………………………………35
5.1 非凝聚性壩體滲流破壞之特性……………………………………………………35
5.2 壩體無因次崩塌長度與崩塌時間的關係…………………………………………36
5.2.1 相同粒徑下壩體崩塌長度與崩塌時間的關係…………………………………37
5.2.2 不同粒徑下壩體崩塌長度與崩塌時間的關係…………………………………38
5.2.3 不同壩高之壩體崩塌長度與崩塌時間的關係…………………………………39
5.2.4 夯實對無因次崩塌長度與崩塌時間關係之影響………………………………40
5.2.5 邊牆對無因次崩塌長度與崩塌時間關係之影響………………………………42
5.2.6 粗糙元對無因次崩塌長度與崩塌時間關係之影響……………………………43
5.3 壩體上游單位寬入流量與崩壞時間之關係………………………………………44
5.3.1 上游水位平衡時間與壩趾處滲流破壞時間之關係……………………………44
5.3.2 單位寬入流量與壩體潰決時間之關係…………………………………………44
5.3.3 單位寬入流量與單位時間內運移之砂土體積之關係…………………………45
5.4 土體流動之流速特性………………………………………………………………46
5.4.1 土體流動情形及流速剖面………………………………………………………46
5.4.2 土體流體化之移動距離與時間之關係…………………………………………47
5.4.3 流動土體流速與坡度、單位寬入流量之關係…………………………………48
5.5 流動土體之體積濃度………………………………………………………………49
5.6 流動土體之體積濃度測定…………………………………………………………52
第六章結論與建議……………………………………………………………………53
6.1 結論…………………………………………………………………………………53
6.2 建議…………………………………………………………………………………54
參考文獻…………………………………………………………………………………55
表目錄
表2.1 泥石流類型、運動及堆積特性(崔之久，1999)………………………………58
表2.2 溪床坡度與土石流運動行為之關係(高橋保，1997)…………………………59
表2.3 發生土石流之臨界公式(修改自何敏龍，1997)………………………………59
表2.4 堰塞湖之大小等級劃分標準……………………………………………………61
表2.5 台灣堰塞湖之大小等級劃分結果（經濟部水利署，2003）…………………61
表4.1 實驗試體之基本資料……………………………………………………………62
表4.2 非凝聚性長梯型土石壩滲流實驗相關條件(1)…………………………………62
表4.2 非凝聚性長梯型土石壩滲流實驗相關條件(2)…………………………………63
表4.2 非凝聚性長梯型土石壩滲流實驗相關條件(3)…………………………………63
表4.3 BB彈之物理性質…………………………………………………………………63
表5.1 無因次(5.1)式在不同流量及坡度下之a值……………………………………64
表5.2 非凝聚性土石壩之孔隙率………………………………………………………65
表5.3 d50=1.48 mm、H=10cm、無夯實之壩體破壞時間………………………………66
表5.4 d50=1.48 mm、H=10cm、有夯實之壩體破壞時間(陳雅雯，2003)……………66
表5.5 d50=0.58 mm、H=10cm、無夯實之壩體破壞時間………………………………66
表5.6 d50=0.58 mm、H=10cm、有夯實之壩體破壞時間(陳雅雯，2003)……………67
表5.7 坡度20°時，不同底床粗糙元之破壞時間………………………………………67
表5.8 上游水位平衡所需之時間與壩趾處發生破壞之時間…………………………67
表5.9 d50=1.48 mm、H=13cm、有夯實之壩體破壞時間………………………………68
表5.10 壩體無因次之潰壩時間( )與無因次單位寬入流量( )之關係………………68
表5.11 不同條件下，單位寬度、單位時間內壩體運移之砂土體積…………………69
表5.12 流動土體之流動距離(d50=1.48 mm、θ=24°、q=3.47cm2/sec)……………70
表5.13 流動土體之流速剖面(d50=1.48 mm、θ=24°、q=3.47cm2/sec)……………70
表5.14 崩塌土體流體化之移動距離與時間(H=10cm、d50=1.48)……………………71
表5.15 坡度24°時，流動土體之體積濃度(d50=1.48 mm)……………………………72
表5.16 坡度20°時，流動土體之體積濃度(d50=1.48 mm)……………………………73
表5.17 坡度16°時，流動土體之體積濃度(d50=1.48 mm)……………………………74
表5.18 坡度24°時，流動土體之體積濃度(d50=0.58 mm)……………………………75
表5.19 坡度20°時，流動土體之體積濃度(d50=0.58 mm)……………………………76
表5.20 坡度16°時，流動土體之體積濃度(d50=0.58 mm)……………………………77
表5.21 流動土體之體積濃度(d50=1.48 mm，C0 =0.2、 =90°)………………………78
表5.22 流動土體之體積濃度(d50=1.48 mm，C0 =0.3、 =90°)………………………78
表5.23 流動土體之體積濃度(d50=1.48 mm，C0 =0.4、 =90°)………………………78
圖目錄
圖2.1 土石流流動之縱斷面及橫斷面示意圖(詹錢登，2000)…………………………79
圖2.2 土石流各區段示意圖 (修改自Turner & Schuster，1996)……………………79
圖2.3 土石流各區段之坡度關係圖………………………………………………………80
圖2.4 礫石型土石流：南投縣豐丘村 (詹錢登，1996.8.21)…………………………80
圖2.5 泥流型土石流：雲南省蔣家溝 (詹錢登，1999.8.7)……………………………81
圖2.6 一般性土石流：南投縣神木村(詹錢登，1996.8.21)……………………………81
圖2.7 堆積土層之應用分佈（高橋保，1997）…………………………………………82
圖2.8 土砂運動型態與底床坡度及摩擦坡度之關係（陳晉琪，1999）……………82
圖2.9 天然土石壩之三種破壞型態 (高橋保，1997)……………………………………83
圖2.10 Holland及Pickup溯源沖刷類型（1976）………………………………………84
圖2.11 Gardner溯源沖刷類型（1983）…………………………………………………84
圖3.1 土體滲流破壞之示意圖……………………………………………………………85
圖3.2 土體顆粒受逕流力、滲流力、重力之示意圖……………………………………85
圖3.3 水力梯度之示意圖…………………………………………………………………86
圖4.1 實驗設備圖…………………………………………………………………………87
圖4.2 調節渠槽坡度之螺旋桿……………………………………………………………87
圖4.3 底床粗糙元（中值粒徑d50=7.85 mm）…………………………………………88
圖4.4 面積式流量計………………………………………………………………………88
圖4.5 實驗試體之粒徑分佈圖……………………………………………………………89
圖4.6 自製夯實器…………………………………………………………………………89
圖4.7 非凝聚性土石壩滲流破壞實驗流程圖……………………………………………90
圖4.8 流動土體流速之實驗流程圖………………………………………………………91
圖4.9 流動土體體積濃度之實驗流程圖…………………………………………………92
圖5.1 滲流破壞造成壩體潰流之歷程……………………………………………………93
圖5.2 同時發生滲流及溢流破壞造成壩體潰流之歷程…………………………………94
圖5.3 溢流沖蝕破壞造成壩體潰流之歷程………………………………………………95
圖5.4 無因次參數示意圖…………………………………………………………………96
圖5.5 值與無因次崩壞長度及時間之關係圖…………………………………………96
圖5.6 崩壞長度與時間之關係圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =24°、 =2.78cm2/sec)…97
圖5.7 崩壞長度與時間關係圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =24°、 =3.47cm2/sec)……97
圖5.8 崩壞長度與時間關係圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =24°、 =4.17cm2/sec)……98
圖5.9 崩壞長度與時間關係圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =24°、 =4.86cm2/sec)……98
圖5.10 不同流量之崩壞長度與時間關係圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =24°)…………99
圖5.11 不同流量之崩壞長度與時間曲線圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =24°)…………99
圖5.12 不同流量之崩壞長度與時間關係圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =20°)…………100
圖5.13 不同流量之崩壞長度與時間曲線圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =20°)…………100
圖5.14 不同流量之崩壞長度與時間關係圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =16°)…………101
圖5.15 不同流量之崩壞長度與時間曲線圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =16°)…………101
圖5.16 不同流量下崩塌長度與時間之階梯圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =24°)………102
圖5.17 不同流量下崩壞長度與時間之階梯圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =20°)………103
圖5.18 不同流量下崩壞長度與時間之階梯圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =16°)………104
圖5.19 不同流量之崩壞長度與時間關係圖(H=10cm、d50=0.58mm、 =24°)…………105
圖5.20 不同流量之崩壞長度與時間曲線圖(H=10cm、d50=0.58mm、 =24°)…………105
圖5.21 不同流量之崩壞長度與時間關係圖(H=10cm、d50=0.58mm、 =20°)…………106
圖5.22 不同流量之崩壞長度與時間曲線圖(H=10cm、d50=0.58mm、 =20°)…………106
圖5.23 不同流量之崩壞長度與時間關係圖(H=10cm、d50=0.58mm、 =16°)…………107
圖5.24 不同流量之崩壞長度與時間曲線圖(H=10cm、d50=0.58mm、 =16°)…………107
圖5.25 不同流量之崩壞長度與時間關係圖(H=13cm、d50=1.48mm、 =24°)…………108
圖5.26 不同流量之崩壞長度與時間曲線圖(H=13cm、d50=1.48mm、 =24°)…………108
圖5.27 不同流量之崩壞長度與時間關係圖(H=13cm、d50=1.48mm、 =20°)…………109
圖5.28 不同流量之崩壞長度與時間曲線圖(H=13cm、d50=1.48mm、 =20°)…………109
圖5.29 不同流量之崩壞長度與時間關係圖(H=13cm、d50=1.48mm、 =16°)…………110
圖5.30 不同流量之崩壞長度與時間曲線圖(H=13cm、d50=1.48mm、 =16°)…………110
圖5.31 不同單位寬入流量下之崩壞長度與時間曲線圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =16°)111
圖5.32 側視與上視之崩壞長度與時間曲線圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =24°)………112
圖5.33 側視與上視之崩壞長度與時間曲線圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =20°)………112
圖5.34 側視與上視之崩壞長度與時間曲線圖(H=10cm、d50=1.48mm、 =16°)………113
圖5.35 側視與上視之土體崩塌情形………………………………………………………113
圖5.36 側視與上視之崩壞長度與時間曲線圖(H=10cm、d50=0.58mm、 =24°)………114
圖5.37 側視與上視之崩壞長度與時間曲線圖(H=10cm、d50=0.58mm、 =20°)………114
圖5.38 側視與上視之崩壞長度與時間曲線圖(H=10cm、d50=0.58mm、 =16°)………115
圖5.39 壩體上游單位入流量與崩壞時間之關係(H=10cm、d50=1.48mm)………………115
圖5.40 壩體上游單位入流量與崩壞時間之關係(H=10cm、d50=0.58mm)………………116
圖5.41 壩體上游單位入流量與崩壞時間之關係(H=13cm、d50=1.48mm)………………116
圖5.42 壩體無因次之潰壩時間( )與無因次單位寬入流量( )之關係…………………117
圖5.43 單位入流量與單位時間內之壩體運移砂土體積之關係(H=10cm、d50=1.48mm) 117
圖5.44 單位入流量與單位時間內之壩體運移砂土體積之關係(H=10cm、d50=0.58mm) 118
圖5.45 壩體內BB彈之舖設情形……………………………………………………………118
圖5.46 崩塌土體流動情形(H=10cm、d50=1.48mm、 =24°、 =3.47cm2/sec)…………119
圖5.47 土體移動距離與時間之關係(H=10cm、d50=1.48mm、 =24°、 =3.47cm2/sec) 120
圖5.48 流動土體橫斷面之平均流速(H=10cm、d50=1.48mm、 =24°、 =3.47cm2/sec) 120
圖5.49 坡度、入流量與土體流動化之速度之關係(H=10cm、d50=1.48mm)……………121
圖5.50 不同流量下土體流動距離與時間之關係(H=10cm、d50=1.48mm、 =24°)………121
圖5.51 不同流量下土體流動距離與時間之關係(H=10cm、d50=1.48mm、 =20°)………122
圖5.52 不同流量下土體流動距離與時間之關係(H=10cm、d50=1.48mm、 =16°)………122
圖5.53 不同坡度下土體流動距離與時間之關係(H=10cm、d50=1.48mm、 =2.78cm2/sec)123
圖5.54 不同坡度下土體流動距離與時間之關係(H=10cm、d50=1.48mm、 =3.47cm2/sec)123
圖5.55 不同坡度下土體流動距離與時間之關係(H=10cm、d50=1.48mm、 =4.17cm2/sec)124
圖5.56 坡度、入流量與土體表面平均流速之關係(H=10cm、d50=1.48mm)………………124
圖5.57 不同流量下土體流動距離與時間之關係(H=10cm、d50=0.58mm、 =24°)…………125
圖5.58 不同流量下土體流動距離與時間之關係(H=10cm、d50=0.58mm、 =20°)…………125
圖5.59 不同流量下土體流動距離與時間之關係(H=10cm、d50=0.58mm、 =16°)…………126
圖5.60 坡度、入流量與土體表面平均流速之關係(H=10cm、d50=0.58mm)………………126
圖5.61 不同坡度、入流量與流動土體體積濃度之關係(H=10cm、d50=1.48mm)…………127
圖5.62 不同坡度、入流量與流動土體體積濃度之關係(H=10cm、d50=0.58mm)…………127
圖5.63 土體體積濃度與土石流發生坡度之關係(H=10cm、d50=1.48mm)…………………128
圖5.64 土體體積濃度與土石流發生坡度之關係(H=10cm、d50=0.48mm)…………………128
圖5.65 流動土體體積濃度測定實驗示意圖(d50=1.48mm、 =90°)…………………………129

參考文獻

參考文獻
1.山口伊佐夫（1985），「防砂工程學」，國立台灣大學森林系譯，pp.150-174。
2.中華水土保持學會（1992），「水土保持手冊工程篇」，pp.10-14。
3.何敏龍（1997），「土石流發生機制與流動制止結構物之研究」，國立台灣大學土木工程學研究所博士論文，台北，pp.270。
4.武居有恆（1980），「地．崩壞．土石流」，鹿島出版，pp37-50。
5.林鼎祥、張守陽（1999），「細粒泥砂對土石流滲透破壞之研究」，第十屆水利工程研討會，pp.G10-G18。
6.周必凡、李德基、羅德富、呂儒仁、楊慶溪編著（1991），「泥石流防治指南」，科學出版社，pp.96-108。
7.高橋保（1977），「土石流の發生と流動Sに關すゐ研究」，京大防災研年報，第20號，B-2。
8.高橋保（1997），「橫跨土石流潛勢區域之橋樑工程問題」，土木工程防災系列研習會，國立中央大學土木工程學系橋樑工程研究中心，中壢。
9.連惠邦（1994），「礫石型土石流流體性質與運動特性之相關研究」，中興大學水土保持學研究所博士論文，台中。
10.連惠邦（1996），「溪床堆積土體崩壞之土石流形成模式」，第八屆水利工程研討會，pp.561-568。
11.陳榮河（1999），「土石流之發生機制」，地工技術，第七十四期，pp.21-28。
12.陳晉琪（1999），「土石流發生條件及發生機率之研究」，國立成功大學水利及海洋工程學研究所博士論文，台南。
13.陳聯光（1999），「河道溯源沖刷演變分析研究」，第十屆水利工程研討會，pp.G1-G9。
14.陳樹群（2000），「集集地震引發之堰塞湖類型及其潰決機制」，九二一地震後坡地災害及其對策研討會，台中。
15.陳雅雯（2003），「斜坡土體滲流破壞引致土石流之探討」，國立中央大學土木工程學研究所碩士論文，中壢。
16.崔之久（1996），「泥石流沈積與環境」，海洋出版社，北京。
17.農委會水土保持局（2001），「九份二山堰塞湖規劃及防災演練計畫」。
18.詹錢登（2000），「土石流概論」，科技圖書股份有限公司出版。
19.經濟部水利署水利規劃試驗所（2003），「堰塞湖引致災害防治對策之研究（2/3）」，pp.B1-B6。
20.廖偉民（2001），「土石流潛勢判定模式及土石壩滲流破壞之研究」，國立中央大學土木工程學研究所博士論文，中壢。
21.謝正倫（1991），「土石流預警系統之研究（一）」，成功大學水工試驗所報告，第130號。
22.謝正倫、江志浩、陳禮仁（1992），「花東兩縣土石流現場調查與分析」，中華水土保持學報，23(2):pp.109-122。
23.蘆田和男、高橋保、道上正規（1983），「河川の土砂災害と對策」，森北出版株式會社，pp.19-20、58-59。
24.Gardner, T. W.(1983), “Experimental Study of Knickpoint and Longitudinal Profile Evolutio in Cohesive, Homogeneous Material”, Geological society of America Bulletin, Vol.94, pp.664-672.
25.Harr, M. E.(1962), “Groundwater and Seepage”, McGraw-Hill, New York.
26.Holland, W. N., and G. Pickup(1976), “Flume Study of Knickpoint Development in Stratified Sediment”, Geological society of America Bulletin, Vol.87, pp.76-82.
27.Howard, A. D. and Charles F. Mclane III(1988), “Erosion of Cohesionless Sediment by Groundwarter Seepage”, Water Resoure Research, Vol.24, No.10, Page 1659-1674.
28.Julien P. Y. (1995), “Erosion and sedimentation”, Cambridge University Press.
29.Mainali A. and Nallamuthu Rajaratnam(1994), “Experimental Study of Debris Flows”, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol.120, No.1, pp.104-123.
30.Takahashi. T, 1978, Mechanical Characteristics of Debris Flow, Journal of Hydraulic Division, ASCE, Vol.104, No.HY8, Proc. Paper 13971,pp.1153-1169.

指導教授

周憲德(Hsein-Ter Chou)

審核日期

2004-7-9

推文