臺灣博碩士論文加值系統

本研究基於臺灣水庫中以土石壩型不在少數，且常針對土石壩其滲流現象作監測，監測對壩體中滲流量之變化能夠了解，壩體可能受到損害導致阻水材料失效，導致其滲流量的改變，故本研究針對其中最具代表性的滲流現象受阻水材料之影響程度作一分析研究。
本研究以使用有限元素分析軟體 PLAXIS 2010 教育版2D 建立壩體模型，參考曾文土石壩幾何條件建立模型，參考湖山水庫築壩材料做為滲透性係數之模擬依據，分析滲流之模式採用穩態流之方式，以對土石壩體心層尺寸變更(編號A)、截水牆深度與位置(編號B、C)等變更條件下、以等向、非等向性滲透係數以及有無濾層考量的條件下進行模擬分析，先建置曾文原始尺寸模型(編號O)以作為編號(A、B、C)分析之比較基準。分析結果顯示土石壩心層、截水牆阻水材料的設置上，阻水材料之滲透性係數皆會對土石壩之滲流量、壩體內水頭分佈產生影響。
得知在心層尺寸變更(編號A)分析時，編號A-1-III，A-2-III，A-3-III之滲流量與O-III滲流量比分別為-32.42%，-13.27%，-1.53%。及編號A-1-II水頭較編號O-II陡峭、編號A-2-II水頭較編號A-1-II趨緩、編號A-3-II水頭與編號O-II重疊，顯示出降低水頭之情況為編號A-1-II>編號A-2-II>編號A-1-II>編號O-II。顯示滲流量及水頭降低趨勢，在心層厚度越大阻水效果越顯著。
截水牆深度(編號B)分析時，編號B-1-IV，B-2-IV，B-3-IV之滲流量與O-IV滲流量比分別為-21.47%，-26.67%，-33.65%。及編號B-3-IV水頭較編號O-IV陡峭、編號B-2-IV水頭較編號B-3-IV趨緩、編號B-1-IV水頭較編號B-2-IV趨緩，顯示出降低水頭之情況為編號B-3-IV>編號B-2-IV>編號B-1-IV>編號O-IV。分析結果截水牆深度越深阻水效果越佳水頭降低亦較顯著。
截水牆位置(編號C)分析時，編號C-1-IV，C-2-IV，C-3-IV之滲流量與O-IV滲流量比分別為-21.59%，-28.14%，-34.54%。及編號C-3-III水頭較編號O-III陡峭、編號C-2-III水頭較編號C-3-III趨緩、編號C-1-III水頭較編號C-2-III趨緩，顯示出降低水頭之情況為編號C-3-III>編號C-2-III>編號C-1-III>編號O-III。亦顯示截水牆深度越深阻水效果越佳水頭降低也較顯著。

There are many embankment dams in Taiwan. The seepage of water flowing through the dams is regularly monitored to ensure the integrity of the embankment dams. The effects of core size and cutoff wall on the seepage are studied.
The finite element method program PLAXIS 2D is used. The mesh configuration of the embankment dams is based on the Zengwun embankment dam and the coefficients of permeability of the dams are based on those of Hushan embankment dam. The seepage is assumed to be steady. The effect of variation of core sizes (category A), and location and length of cutoff wall (category B under the dam axis and category C shifting 100m to upstream side) on the seepage and pressure head are analyzed. Base on these three categories, the study also analyzes the effect of coefficients of permeability (isotropic and anisotropic) and filter condition (noninstalled and installed) on the seepage and pressure head. The results are compared with those obtained from analyzing the original embankment dam (category O)
The results show the core sizes, cutoff wall, and coefficients of permeability all affect seepages and pressure head distribution.
The seepage volume obtained from model A-1-III (maximum core size), A-2-III(medium core size), and A-3-III(minimum core size) compared to that obtained from model O-III is -32.42%, -13.27%, and -1.53%, respectively. This shows larger core size has a greater effect on seepage volume.
The seepage volume obtained from model B-1-IV(50m depth), B-2-IV(100m depth),and B-1-IV(150m depth) compared to that obtained from model O-IV is -21.47%, -26.67%, and -33.65%, respectively. This shows deeper cutoff wall reduces greater amount of seepage volume.
The seepage volume obtained from model C-1-IV(50m depth), C-2-IV(100m depth),and C-1-IV(150m depth) compared to that obtained from model O-IV is -21.59%, -28.14%, and -34.54%, respectively. This also shows deeper cutoff wall reduces greater amount of seepage volume. It is noted that the variation of cutoff wall location, with regards to same depth , has little effect on seepage volume.

目錄 I
圖目錄 VIII
表目錄 XI
第一章、緒論 1
1.1　動機 1
1.2　目的 1
1.3　方法 2
1.4　流程 3
第二章、文獻探討 4
2.1　台灣土石壩之工程 4
2.1.1　台灣興建水壩之歷史 5
2.1.2　土石壩體的選址 10
2.1.3　土石壩體的材料調查 10
2.1.4　土石壩體的心層設計 12
2.1.5　土石壩體的濾層 13
2.1.6　土石壩體的施工 15
2.1.7　土石壩體的監測與檢測 21
2.2　滲流現象在於土石壩體之影響 23
2.2.1　土石壩滲流及分析案例 23
2.2.2　滲流破壞之模型試驗 27
2.2.3　滲流相關原理 28
第三章、研究方法 33
3.1　PLAXIS程式 33
3.2　研究分析流程 34
3.2.1　PLAXIS初步土壩模擬 34
1. 簡易模型尺寸分析(編號S) 35
3.2.2　PLAXIS模擬土石壩各項參數改變 37
1. 曾文原始模型尺寸分析(編號O) 38
2. 心層厚度變更分析(編號A) 39
3. 壩軸中央截水牆深度變更分析(編號B) 42
4. 截水牆左移100公尺變更分析(編號C) 45
第四章、水頭與滲流量變化分析成果 48
4.1　簡易模型尺寸(編號S) 49
4.1.1　水頭變化分析結果 49
1. 等向滲透係數下分析 49
2. 非等向滲透係數下分析 49
4.1.2　滲流量分析結果 50
1. 等向滲透係數下分析 50
2. 非等向滲透係數下分析 50
4.2　原始模型尺寸(編號O) 51
4.2.1　水頭變化分析結果 51
1. 等向滲透係數下分析 51
(1)不含濾層考量下 51
(2)含濾層考量下 52
2. 非等向滲透係數下分析 53
(1)不含濾層考量下 53
(2)含濾層考量下 54
4.2.2　滲流量分析結果 55
1. 等向滲透係數下分析 55
(1)不含濾層考量下 55
(2)含濾層考量下 55
2. 非等向滲透係數下分析 55
(1)不含濾層考量下 55
(2)含濾層考量下 56
4.3　心層設置厚度變更(編號A) 57
4.3.1　心層變更最大尺寸(編號A-1) 57
1. 水頭變化分析結果 57
(1)等向滲透係數下分析 57
a.不含濾層考量下 57
b.含濾層考量下 58
(2)非等向滲透係數下分析 59
a.不含濾層考量下 59
b.含濾層考量下 60
2. 滲流量分析結果 61
(1)等向滲透係數下分析 61
a.不含濾層考量下 61
b.含濾層考量下 61
(2)非等向滲透係數下分析 62
a.不含濾層考量下 62
b.含濾層考量下 62
4.3.2　心層變更中間尺寸 (編號A-2) 63
1. 水頭變化分析結果 63
(1)等向滲透係數下分析 63
a.不含濾層考量下 63
b.含濾層考量下 64
(2)非等向滲透係數下分析 65
a.不含濾層考量下 65
b.含濾層考量下 66
2. 滲流量分析結果 67
(1)等向滲透係數下分析 67
a.不含濾層考量下 67
b.含濾層考量下 67
(2)非等向滲透係數下分析 68
a.不含濾層考量下 68
b.含濾層考量下 68
4.3.3　心層變更最小尺寸(編號A-3) 69
1. 水頭變化分析結果 69
(1)等向滲透係數下分析 69
a.不含濾層考量下 69
b.含濾層考量下 70
(2)非等向滲透係數下分析 71
a.不含濾層考量下 71
b.含濾層考量下 72
2. 滲流量分析結果 73
(1)等向滲透係數下分析 73
a.不含濾層考量下 73
b.含濾層考量下 73
(2)非等向滲透係數下分析 74
a.不含濾層考量下 74
b.含濾層考量下 74
4.3.4　心層設置厚度變更滲流量與水頭之比較 75
1. 等向滲透係數心層變更下滲流量與水頭之比較(不含濾層) 75
2. 非等向滲透係數心層變更下滲流量與水頭之比較(不含濾層) 76
3. 等向滲透係數心層變更下滲流量與水頭之比較(含濾層) 77
4. 非等向滲透係數心層變更下滲流量與水頭之比較(含濾層) 78
4.4　壩軸中央截水牆深度變更(編號B) 79
4.4.1　截水牆設置50公尺 (編號B-1) 79
1. 水頭變化分析結果 79
(1)等向滲透係數下分析 79
a.不含濾層考量下 79
b.含濾層考量下 80
(2)非等向滲透係數下分析 81
a.不含濾層考量下 81
b.含濾層考量下 82
2. 滲流量分析結果 83
(1)等向滲透係數下分析 83
a.不含濾層考量下 83
b.含濾層考量下 83
(2)非等向滲透係數下分析 84
a.不含濾層考量下 84
b.含濾層考量下 84
4.4.2　截水牆設置100公尺 (編號B-2) 85
1. 水頭變化分析結果 85
(1)等向滲透係數下分析 85
a.不含濾層考量下 85
b.含濾層考量下 86
(2)非等向滲透係數下分析 87
a.不含濾層考量下 87
b.含濾層考量下 88
2. 滲流量分析結果 89
(1)等向滲透係數下分析 89
a.不含濾層考量下 89
b.含濾層考量下 89
(2)非等向滲透係數下分析 90
a.不含濾層考量下 90
b.含濾層考量下 90
4.4.3　截水牆設置150公尺 (編號B-3) 91
1. 水頭變化分析結果 91
(1)等向滲透係數下分析 91
a.不含濾層考量下 91
b.含濾層考量下 92
(2)非等向滲透係數下分析 93
a.不含濾層考量下 93
b.含濾層考量下 94
2. 滲流量分析結果 95
(1)等向滲透係數下分析 95
a.不含濾層考量下 95
b.含濾層考量下 95
(2)非等向滲透係數下分析 96
a.不含濾層考量下 96
b.含濾層考量下 96
4.4.4　壩軸中央截水牆深度變更滲流量與水頭之比較 97
1. 等向滲透係數壩軸中央截水牆變更下滲流量與水頭之比較(不含濾層) 97
2. 非等向滲透係數壩軸中央截水牆變更下滲流量與水頭之比較(不含濾層) 98
3. 等向滲透係數壩軸中央截水牆變更下滲流量與水頭之比較(含濾層) 99
4. 非等向滲透係數壩軸中央截水牆變更下滲流量與水頭之比較(含濾層) 100
4.5　截水牆左移100公尺變更(編號C) 101
4.5.1　截水牆設置深50公尺 (編號C-1) 101
1. 水頭變化分析結果 101
(1)等向滲透係數下分析 101
a.不含濾層考量下 101
b.含濾層考量下 102
(2)非等向滲透係數下分析 103
a.不含濾層考量下 103
b.含濾層考量下 104
2. 滲流量分析結果 105
(1)等向滲透係數下分析 105
a.不含濾層考量下 105
b.含濾層考量下 105
(2)非等向滲透係數下分析 106
a.不含濾層考量下 106
b.含濾層考量下 106
4.5.2　截水牆設置深100公尺 (編號C-2) 107
1. 水頭變化分析結果 107
(1)等向滲透係數下分析 107
a.不含濾層考量下 107
b.含濾層考量下 108
(2)非等向滲透係數下分析 109
a.不含濾層考量下 109
b.含濾層考量下 110
2. 滲流量分析結果 111
(1)等向滲透係數下分析 111
a.不含濾層考量下 111
b.含濾層考量下 111
(2)非等向滲透係數下分析 112
a.不含濾層考量下 112
b.含濾層考量下 112
4.5.3　截水牆設置深150公尺 (編號C-3) 113
1. 水頭變化分析結果 113
(1)等向滲透係數下分析 113
a.不含濾層考量下 113
b.含濾層考量下 114
(2)非等向滲透係數下分析 115
a.不含濾層考量下 115
b.含濾層考量下 116
2. 滲流量分析結果 117
(1)等向滲透係數下分析 117
a.不含濾層考量下 117
b.含濾層考量下 117
(2)非等向滲透係數下分析 118
a.不含濾層考量下 118
b.含濾層考量下 118
4.5.4　截水牆左移100公尺變更滲流量與水頭比較 119
1. 等向滲透係數上游截水牆變更下滲流量與水頭之比較(不含濾層) 119
2. 非等向滲透係數上游截水牆變更下滲流量與水頭之比較(不含濾層) 120
3. 等向滲透係數上游截水牆變更下滲流量與水頭之比較(含濾層) 121
4. 非等向滲透係數上游截水牆變更下滲流量與水頭之比較(含濾層) 122
第五章、結論與建議 123
5.1　結論 123
5.1.1　滲流量 123
1. 心層厚度變更分析 123
(1) 等向滲透係數下無濾層考量之滲流量 123
(2) 非等向滲透係數下無濾層考量之滲流量 123
(3) 等向滲透係數下含濾層考量之滲流量 123
(4) 非等向滲透係數下含濾層考量之滲流量 123
2. 壩軸中央截水牆變更分析 124
(1) 等向滲透係數下無濾層考量之滲流量 124
(2) 非等向滲透係數下無濾層考量之滲流量 124
(3) 等向滲透係數下含濾層考量之滲流量 124
(4) 非等向滲透係數下含濾層考量之滲流量 124
3. 截水牆左移100公尺變更分析 125
(1) 等向滲透係數下無濾層考量之滲流量 125
(2) 非等向滲透係數下無濾層考量之滲流量 125
(3) 等向滲透係數下含濾層考量之滲流量 125
(4) 非等向滲透係數下含濾層考量之滲流量 125
5.1.2　水頭 126
1. 心層厚度變更分析 126
(1) 等向滲透係數下無濾層考量之水頭 126
(2) 非等向滲透係數下無濾層考量之水頭 126
(3) 等向滲透係數下含濾層考量之水頭 126
(4) 非等向滲透係數下含濾層考量之水頭 126
2. 壩軸中央截水牆變更分析 127
(1) 等向滲透係數下無濾層考量之水頭 127
(2) 非等向滲透係數下無濾層考量之水頭 127
(3) 等向滲透係數下含濾層考量之水頭 127
(4) 非等向滲透係數下含濾層考量之水頭 127
3. 截水牆左移100公尺變更分析 128
(1) 等向滲透係數下無濾層考量之水頭 128
(2) 非等向滲透係數下無濾層考量之水頭 128
(3) 等向滲透係數下含濾層考量之水頭 128
(4) 非等向滲透係數下含濾層考量之水頭 128
5.2　建議 129
第六章、參考文獻 130

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