在歷年來的大壩失敗案例中，土石壩因滲漏與管湧而導致潰壩的比例甚高
。因此土石壩之設計與穩定分析首需評估壩體之滲流量、孔隙水壓、滲流
壓力及水力坡降等，而這些參數頗受滲流之自由水面影響。自由水面之位
置影響真實滲流區域的大小，其解析在學理上屬於移動邊界問題，本質上
具有幾何非線性。在滲流分析上，通常只能針對少數簡單的土石壩形狀與
理想情況求得解析解。由於解析法之限制，大部分較複雜的問題需藉數值
方法求解。過去許多學者應用有限元素法解析自由水面問題，其方法主要
分為變動格網法與固定格網法；另有學者提出邊界元素法解析穩態滲流問
題，其求解過程更為簡便。本文應用邊界元素法解析非受限滲流之自由水
面。文中將土壤模擬為多孔隙介質，假設孔隙水流動緩慢且符合達西定律
，然後以試誤疊代法解析均質與非均質土石壩滲流之自由水面。文中結果
顯示，以本文所建議之方法所得結果與既存文獻之結果符合。在均質壩之
分析結果中可知均質壩之自由水面位置與壩體幾何形狀有關；與材料滲透
係數大小無關。而各種附加設施如 L型濾層、岩石壩趾、不透水壩心則有
降低自由水面位置、減少滲流量之功能。在非均質壩之分析結果中可進一
步得知滲透係數之比值、相鄰土層相對位置、交界面斜率及上下游水頭差
為影響自由水面位置的重要因素。
|