不同輸砂濃度及基準水面條件下之沖積扇形態分析

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曾文毅(WEN-I TSENG) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

不同輸砂濃度及基準水面條件下之沖積扇形態分析

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摘要(中)

近年來因全球氣候變遷導致高降雨強度事件頻率增加，而高降雨強度事件容易引發邊坡崩塌、土石流等事件，對於民眾及基礎建設造成嚴重損失。本研究使用小尺度三維渠槽進行實驗，藉由改變輸砂濃度及基準水面觀察沖積扇(alluvial fans)形態之變化，並搭配相機及雷射光，對沖積扇縱剖面、橫剖面、平面堆積形態、等高線、頂積層(topset)及前積層(foreset)角度以及流速剖面進行分析與討論。
控制參數包括顆粒粒徑、平台積水深及輸砂濃度，此輸砂濃度以水沙比(n)表示，水沙比為水入流量(Q_W)與顆粒入流量(Q_S)兩項比值。研究結果顯示頂積層角度主要隨平台積水深或水沙比增加而減少，成反比之關係；前積層角度隨平台積水深或水沙比增加而增加，成正比之關係。在有積水深實驗條件下，沖積扇形態明顯會因水體阻力而限制其堆積範圍；縱剖面形態會隨著平台積水深或水沙比增加而偏向於直線；橫剖面形態則是依不同斷面位置有所不同。但隨著積水深增加各組沖積扇實驗形態相似性也隨之提高。

關鍵字:沖積扇、基準水面、頂積層坡度、輸砂濃度

摘要(英)

The depositional process of debris-flow fans is experimentally explored in this study. The fan slopes were controlled by particle sizes, sediment concentration(i.e., the ratio of sediment discharge (Q_S) to water discharge (Q_W)) and the base-level water depth. Both longitudinal and cross-sectional profiles of alluvial fans were simultaneously measured by using a digital camera, a reflection mirror and multi-laser settings. The top-set angles increases with the increasing sediment concentration, while decreases with the increasing base-level water depth. The longitudinal profile of the alluvial fan is concave when the base-level water is negligible. While the longitudinal profiles become linear, a milder slope for topset and a steeper one for the foreset, when the base-level water exists. The dimensionless cross-sectional profiles show self-similarity characteristics.

Key words: alluvial fans, base level, top-set slope, sediment concentration.

關鍵字(中)

★ 沖積扇
★ 基準水面
★ 頂積層坡度
★ 輸砂濃度

關鍵字(英)

★ alluvial fans
★ base level
★ top-set slope
★ sediment concentration

論文目次

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章序論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 3
1.3 研究方法 3
1.4 論文架構 3
第二章文獻回顧 6
2.1沖積扇理論 6
2.2沖積扇發展過程 9
2.3沖積扇堆積形態 10
2.4顆粒流速度剖面特性 15
第三章實驗配置與分析方法 18
3.1實驗渠槽配置 18
3.2雷射標定裝置 19
3.2 影像擷取系統 20
3.3 顆粒材料性質 20
3.4 實驗步驟 22
3.5 沖積扇形態量測方法 25
3.5.1 縱剖面量測方法 26
3.5.2 橫剖面量測方法 26
3.5.3 平面堆積範圍量測方法 28
3.5.4 等高線量測方法 29
3.5.5 堆積角度量測方法 29
第四章實驗結果與討論 30
4.1流量率定 30
4.1.1顆粒桶倉顆粒出流量率定, Q_S 30
4.1.2水流量率定, Q_W 30
4.1.3各組實驗參數及水沙比(n) 31
4.2縱剖面分析 32
4.3橫剖面分析 37
4.4平面堆積形態分析 46
4.5沖積扇形態和角度隨積水深度之變化 51
4.6等高線歷程 56
4.7沖積扇速度剖面 60
4.8沖積扇形態無因次分析 63
4.8.1縱剖面無因次分析 63
4.8.2平面堆積無因次分析 66
4.8.3橫剖面無因次分析 70
4.9沖積扇體積公式之推求 74
4.9.1無積水深沖積扇體積公式之推求 74
4.9.2有積水深沖積扇體積公式之推求 77
第五章結論與建議 80
5.1結論 80
5.2建議 82
參考文獻 83

參考文獻

參考文獻

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指導教授

周憲德

審核日期

2014-7-30

推文