臺灣博碩士論文加值系統

本文主要探討土石海堤因滲透流作用而相對產生之工程性質，包括土石堤內滲流流速與滲流壓力分佈與構成流網之流線與等勢線等。首先，應用對偶邊界元素法計算土石堤內自由水面位置並進而求得滲流區域任意點之滲流速度(滲流力)。數值計算方式是以穩態與擬暫態(quasi-steady)兩種觀念分別求得一定上下游水頭差所得方形與梯形土石堤內自由水面位置，就方形土石堤以無因次方式探討不同水頭差及不同堤底長度滲出點位置之變化。其次，再以擬暫態數值分析模擬土石海堤受週期性水位變動之影響，得到較長週期之長波影響可以到達海堤較內部的地方，而較短週期者，影響拘限於水位變動處附近。
與前人研究比較結果可知本文之數值模式可合理求得自由水面與滲出點位置，而域內流速計算結果顯示在土石堤上游處矩形速度分佈較均勻，而梯形堤則呈現自由水面處流速最大並向下遞減。數值計算顯示土石海堤內滲流流速與滲流壓力最大處位於下游水面與堤面接觸之點，實為結構體最容易受滲流壓力破壞之處，而受底床透水效應影響下，除了上述部位外，在堤趾部位也有滲流集中之情形。最後從計算結果所繪出各種條件下滲透流流網圖，可以由此種簡明形式立即定性判斷土石海堤內流場趨勢。

摘要 I
目錄 II
圖目錄 IV
第一章 前言 1
1.1土石壩應用及其工程問題 1
1.2研究動機 2
1.3研究目的 2
第二章 前人研究 3
2.1前人研究 3
2.2多孔隙介質滲透流理論 4
第三章 數值方法 8
3.1控制方程式 8
3.2對偶邊界元素法 8
3.3滲流問題的基本型式與邊界條件 10
3.3.1均質土石堤穩態模擬 11
3.3.2非均質土石堤穩態模擬 11
3.3.3均質土石堤擬暫態模擬 13
3.4滲流問題之數值解析流程 13
第四章 數值結果與討論 18
4.1擬暫態與穩態結果分析 18
4.2非均質海堤之穩態結果 19
4.3底床影響 20
第五章 海堤內滲透流工程性質 22
5.1穩態分析非下均質海堤內部工程性質 22
5.2週期性水位變動之自由表面 23
5.3週期性水位變動下均質海堤內之工程性質 24
第六章 結論與建議 27
6.1結論 27
6.2建議 28
參考文獻 29
圖目錄
圖3.2.1 為常數元素與邊界元素示意圖 33
圖3.3.1 均質土石堤邊界定義圖 34
圖3.3.2 非均質土石堤邊界定義圖 35
圖4.1.1 寬度L=100，高度H=100，上游水頭高h1=100，下游水頭高h2=0之自由表面位置圖，為陳(1998)、Cabral et al.(1991)與本文之比較。 36
圖4.1.2 下底寬度L1=40，上底寬L2=10，高度H=15，上游水頭高h1=15，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置圖，為陳(1998)、Cividini et al.(1989)與本文之比較。 36
圖4.1.3 寬度L=16，高度H=24，上游水頭高h1=24，下游水頭高h2=4之自由表面位置圖，為Ailchison(1972)、Westbrook(1985)與本文之比較。 37
圖4.1.4 寬度L=1，高度H=1，上游水頭高h1=1，下游水頭高h2=0之自由表面位置圖，為Polubarinova-Kochina(1962)之解析解與本文之比較。 37
圖4.1.5 h1=100，h2=100~50，L=50 括號內為穩態計算結果，X號為擬暫態終止時之結果 38
圖4.1.6 h1=100，h2=100~0，L=100 括號內為穩態計算結果，X號為擬暫態終止時之結果。 38
圖4.1.7 寬度L=10，高度H=10，上游水頭高h1=10，下游水頭高h2=3之自由表面位置變化圖。 39
圖4.1.8 下底寬度L1=40，上底L2=10，高度H=15，上游水頭高h1=15，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置變化圖。 39
圖4.1.9 寬度L=10，高度H=10，上游水頭高h1=10，下游水頭高h2=10~3，T*=2之自由表面位置瞬時變化圖。 40
圖4.1.10 寬度L=10，高度H=10，上游水頭高h1=10，下游水頭高h2=10~3，T*=25.5之自由表面位置瞬時變化圖。 40
圖4.1.11 下底寬度L1=40，上底L2=10，高度H=15，上游水頭高h1=15，下游水頭高h2=15~2.5，T*=2之自由表面位置瞬時變化圖。 41
圖4.1.12 下底寬度L1=40，上底L2=10，高度H=15，上游水頭高h1=15，下游水頭高h2=15~2.5，T*=85.12之自由表面位置瞬時變化圖。 41
圖4.1.13 寬度L=10，高度H=10，上游水頭高h1=10，下游水頭高h2=3之自由表面位置及流網圖。 42
圖4.1.14 下底寬度L1=40，上底L2=10，高度H=15，上游水頭高h1=15，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置及流網圖。 42
圖4.1.15 矩形土石堤滲出點位置與下游靜水位水深關係。 43
圖4.1.16 矩形土石堤滲出點寬度與下游靜水位水深關係。 43
圖4.2.1 寬度L=20，高度H=12，上游水頭高h1=12，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置圖。K2/K1=1,2,4,8,16。交界面為直角。 44
圖4.2.2 寬度L=20，高度H=12，上游水頭高h1=12,10,8，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置圖。K2/K1=4。交界面為直角。 44
圖4.2.3 寬度L=20，高度H=12，上游水頭高h1=12，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置圖。K2/K1=1, 2, 4, 8, 16。交界面為鈍角。 45
圖4.2.4 寬度L=20，高度H=12，上游水頭高h1=12, 10, 8，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置圖。K2/K1=4。交界面為鈍角。 45
圖4.2.5 寬度L=20，高度H=12，上游水頭高h1=12，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置與流網圖。K2/K1=4。交界面與水平成直角。 46
圖4.2.6 寬度L=20，高度H=12，上游水頭高h1=12，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置與流網圖。K2/K1=4。交界面與水平成鈍角。 46
圖4.2.7 下底寬度L1=40，上底L2=10，高度H=15，上游水頭高h1=12，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置圖。K2/K1=1, 2, 4, 8, 16。交界面與水平成直角。 47
圖4.2.8 下底寬度L1=40，上底L2=10，高度H=15，上游水頭高h1=12, 10, 8，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置圖。K2/K1=4。交界面與水平成直角。 47
圖4.2.9 下底寬度L1=40，上底L2=10，高度H=15，上游水頭高h1=12，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置圖。K2/K1=1, 2, 4, 8, 16。交界面與水平成鈍角。 48
圖4.2.10 下底寬度L1=40，上底L2=12, 10, 8，高度H=15，上游水頭高h1=12，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置圖。K2/K1=4。交界面與水平成鈍角。 48
圖4.2.11 下底寬度L1=40，上底L2=10，高度H=15，上游水頭高h1=12，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置與流網圖。K2/K1=4。交界面與水平成直角。 49
圖4.2.12 下底寬度L1=40，上底L2=10，高度H=15，上游水頭高h1=12，下游水頭高h2=2.5之自由表面位置與流網圖。K2/K1=4。交界面與水平成鈍角。 49
圖4.3.1 非均質土石壩示意圖 50
圖4.3.2矩形土石堤下游方影響範圍與水頭差之關係關係。K1/K2=1.0 50
圖4.3.3 寬度L=20，高度H=20，上游水頭高h1=20，下游水頭高h2=0之自由表面位置圖。K2/K1=1,4,8。 51
圖4.3.4 下底寬度L1=40，上底L2=10，高度H=15，上游水頭高h1=15，下游水頭高h2=0之自由表面位置圖。K2/K1=1,4,8。 51
圖4.3.5 寬度L=20，高度H=20，上游水頭高h1=20，下游水頭高h2=0之自由表面位置與流網圖。K2/K1=4。 52
圖4.3.6 下底寬度L1=40，上底L2=10，高度H=15，上游水頭高h1=15，下游水頭高h2=0之自由表面位置與流網圖。K2/K1=4。 52
圖5.1.1 下底寬度L=20，高度H=12，上游水頭高h1=12，下游水頭高h2=2之交界面上滲流速度分佈圖。交界面與水平呈直角。 53
圖5.1.2 下底寬度L=20，高度H=12，上游水頭高h1=12,10,8，下游水頭高h2=2之交界面上滲流速度分佈圖。交界面與水平呈直角，K1/K2=4。 53
圖5.1.3 下底寬度L=20，高度H=12，上游水頭高h1=12，下游水頭高h2=2之交界面上滲流速度分佈圖。交界面與水平呈鈍角。 54
圖5.1.4 下底寬度L=20，高度H=12，上游水頭高h1=12, 10, 8，下游水頭高h2=2之交界面上滲流速度分佈圖。交界面與水平呈鈍角，K1/K2=4。 54
圖5.1.5 下底寬度L=20，高度H=12，上游水頭高h1=12，下游水頭高h2=2之交界面上滲流速度分佈圖。交界面與水平呈銳角。 55
圖5.1.6 下底寬度L=20，高度H=12，上游水頭高h1=12, 10, 8，下游水頭高h2=2之交界面上滲流速度分佈圖。交界面與水平呈銳角，K1/K2=4。 55
圖5.2.1 受週期性水位變動下海堤示意圖 56
圖5.2.2 寬度L=100，高度H=10，上游水頭高h1=10，下游水頭高h2=6~7，水面變動週期=20之自由表面位置圖。 57
圖5.2.3 自由表面各點（1~21）上隨時間波動的歷線圖。 57
圖5.2.4 寬度L=100，高度H=10，上游水頭高h1=10，下游水頭高h2=6~7，水面變動週期=200之自由表面位置圖。 58
圖5.2.5 自由表面各點（1~21）上隨時間波動的歷線圖。 58
圖5.2.6 寬度L=100，高度H=10，上游水頭高h1=10，下游水頭高h2=7(高潮位)，水面變動週期=20之自由表面位置及流網圖。 59
圖5.2.7 寬度L=100，高度H=10，上游水頭高h1=10，下游水頭高h2=7(高潮位)，水面變動週期=200之自由表面位置及流網圖。 59
圖5.2.8 寬度L=100，高度H=10，上游水頭高h1=10，下游水頭高h2=6.5(平均水位)，水面變動週期=20之自由表面位置及流網圖。 60
圖5.2.9 寬度L=100，高度H=10，上游水頭高h1=10，下游水頭高h2=6.5(平均水位)，水面變動週期=200之自由表面位置及流網圖。 60
圖5.2.10寬度L=100，高度H=10，上游水頭高h1=10，下游水頭高h2=6(低潮位)，水位變動週期=20之自由表面位置及流網圖。 61
圖5.2.11 寬度L=100，高度H=10，上游水頭高h1=10，下游水頭高h2=6(低潮位)，水位變動週期=200之自由表面位置及流網圖。 61

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