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研究生:張忠潔
研究生(外文):Chung-Chieh Chang
論文名稱:跌水沖刷與橋墩沖刷互動關係試驗之研究
論文名稱(外文):Experimental Study on the Reciprocal Effect of Overfall Flow Scour and Bridge Scour
指導教授:黃進坤黃進坤引用關係
指導教授(外文):Jinn-Kuen Hwang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:水利及海洋工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:橋墩沖刷跌水
外文關鍵詞:bridgepierscouroverfall
相關次數:
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本文主要探討橋墩在潛沒式跌水或自由式跌水的影響下,橋墩及跌水兩者沖刷坑互動之關係。由試驗與分析結果發現跌水射流之強度與方向為影響橋墩沖刷的主要因素,而橋墩所在位置之底床型態則是影響其沖刷結果的次要因素。另外發現當橋墩設置於自由式跌水沖刷坑的順向坡位置時,不但沒有造成比單純跌水時更深的沖刷坑反而提供了保護底床的作用;橋墩設置於潛沒式跌水沖刷坑最大深度位置時,試驗的最大沖刷點出現在橋墩下游的兩側而不是在橋墩周圍。
This paper mainly inquired about the relationship between the effect of both local scour holes which a pier on submerged overfall flow or free overfall flow. From this experiment and the result of analyze we can find that the main effective factor of pier scour is strength and direction of overfall jets and the type of channel bed located is the second effective factor. We another find when we located the pier on upstream of scour hole on free overfall flow not only does not cause the deeper local scour holes than pure overfall fall, but also provide the function to protect channel bed; when we located the pier with deepest on submerged overfall flow, the biggest scour point of experiment shoe beside the downstream pier not around the pier.
目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
謝誌 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VII
照片目錄 IX
符號說明 XI
第一章 前言 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 前人研究 2
1-3本文組織 4
第二章 沖刷原理 5
2-1沖刷型態分類 5
2-2橋墩沖刷之局部沖刷機制 6
2-3壟起地形之跌水沖刷機制 8
2-3-1 潛沒式跌水沖刷機制 9
2-3-2 自由式跌水沖刷機制 9
第三章 實驗設備與步驟 12
3-1 實驗條件 12
3-1-1 實驗粒料之選定 12
3-1-2 沖刷時間 13
3-1-3 試驗段座標設定 13
3-1-4 跌水與橋墩相關位置設定 14
3-1-5 各橋墩設置位置所可能造成不同之概估結果 16
3-2 實驗設備 17
3-2-1試驗渠道 17
3-2-2三角堰率定與試驗流速 17
3-2-3實驗儀器 18
3-3 實驗步驟 18
第四章 實驗結果與討論 23
4-1沖刷過程之試驗觀察 23
4-1-1單純跌水沖刷之試驗觀察 23
4-1-2 單純橋墩沖刷之試驗觀察 24
4-1-3潛沒式跌水與橋墩之互動試驗觀察 25
4-1-4自由式跌水與橋墩之互動試驗觀察 25
4-2 單純自由式跌水沖刷坑側沖刷情形 25
4-2-1 跌水沖刷坑側剖面隨時間變化情形 25
4-2-2自由式跌水沖刷坑最深點於X方向位置隨時間變化情形 26
4-2-3渠道中間線縱剖面之比較 26
4-3 跌水沖刷影響下橋墩周圍沖刷結果 27
4-3-1自由式跌水沖刷影響下橋墩周圍沖刷結果 27
4-3-2 潛沒式跌水沖刷影響下橋墩周圍沖刷結果 28
4-4去除跌水沖刷深度後單純由橋墩影響的沖刷結果 28
4-4-1自由式跌水試驗組中單純由橋墩影響的沖刷結果 29
4-4-2潛沒式跌水試驗組中單純由橋墩影響的沖刷結果 29
第五章 結論與建議 54
5-1 結論 54
5-2 建議 55
附錄 56
一、橋墩內部攝影情形 56
二、使用軟體 57
參考文獻 58

表目錄
表 3-1 試驗各組別位置參數設定表 16
表 3-2 流量率定曲線資料表 21

圖目錄
圖 2-1 橋墩周圍局部沖刷之水流結構示意圖 10
圖 2-2 清水沖刷與夾砂沖刷之流速條件 10
圖 2-3 潛沒式跌水射流沖刷示意圖 11
圖 2-4 自由式跌水射流沖刷示意圖析 11
圖 3-1 實驗粒料粒徑分佈曲線圖 12
圖 3-2 沖刷過程時間率定曲線 13
圖 3-3 試驗段深槽區之座標定義示意圖 14
圖 3-4 跌水高12公分自由式跌水試驗組之橋墩設置位置 15
圖 3-5 跌水高8公分潛沒式跌水試驗組之橋墩設置位置 15
圖 3-6 等比例實驗渠道佈置圖 20
圖 3-7 流量率定曲線圖 21
圖 3-6 流速測定點點位示意圖 22
圖 3-9 床面測定用照相架 22
圖3-10 木製水位尺示意圖 22
圖4-1 潛沒式跌水沖刷坑上游帶狀淤積堆生成圖 30
圖4-2 潛沒水舌沖刷示意圖 31
圖4-3 下傾水舌沖刷示意圖 31
圖4-4 單純自由式跌水沖刷剖面線的側視圖 32
圖4-5自由式跌水最深點於X方向上位置隨時間變化情形 32
圖4-6 自由式跌水試驗組渠道中間線縱剖面之比較 33
圖4-7 潛沒式跌水試驗組渠道中間線縱剖面之比較 33
圖4-8 自由式跌水沖刷下橋墩周圍的沖刷深度 34
圖4-9 去除(自由式)跌水沖刷深度影響因子後橋墩周圍的沖刷深度 34
圖4-10 潛沒式跌水沖刷下橋墩周圍的沖刷深度 35
圖4-11 去除(潛沒式)跌水沖刷深度影響因子後橋墩周圍的沖刷深度 35
圖4-12 單純自由式跌水(Z=12)沖刷結果3D 36
圖4-13 CaseA;自由式跌水(Z=12)+橋墩(X=16)沖刷結果 37
圖4-14 CaseB;自由式跌水(Z=12)+橋墩(X=32)沖刷結果 38
圖4-15 CaseC自由式跌水(Z=12)+橋墩(X=58.7)沖刷結果 39
圖4-16 CaseC自由式跌水(Z=12)+橋墩(X=85.5)沖刷結果 40
圖4-17 CaseE自由式跌水(Z=12)+橋墩(X=130.8)沖刷結果 41
圖4-18 單純潛沒式跌水(Z=8)沖刷結果 42
圖4-19 CaseF潛沒式跌水(Z=8)+橋墩(X=17.3)沖刷結果 43
圖4-20 CaseG潛沒式跌水(Z=8)+橋墩(X=46.4)沖刷結果 44
圖4-21 CaseH潛沒式跌水(Z=8)+橋墩(X=73.5)沖刷結果 45

照片目錄
照片 1-1 大甲溪上之埤豐橋受震斷裂及其上游河床壟起情形 2
照片 4-1【Case A】 46
照片 4-2【Case A】 46
照片 4-3【Case B】 47
照片 4-4【Case B】 47
照片 4-5【Case C】 48
照片 4-6【Case C】 48
照片 4-7【Case D】 49
照片 4-8【Case D】 49
照片 4-9【Case E】 50
照片 4-10【Case E】 50
照片 4-11【Case F】 51
照片 4-12【Case F】 51
照片 4-13【Case G】 52
照片 4-14【Case G】 52
照片 4-15【Case H】 53
照片 4-16【Case H】 53
1.林呈、孫洪福、顏光輝(1998),「單階自由跌水流場特性之實驗探討」,第九屆水利工程研討會論文集,pp .F3l-F38。
2. 陳正炎、李華寧(1985),「堰壩投潭局部沖刷試驗研究」,台灣水利,第33卷第4期,pp.31-38。
3. 陳正炎(1987),「投潭水作用下渠床沖刷剖面之研究」,台灣水利,第35卷第1期,pp.35-53。
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5. 陳正炎、彭思顯、賴泰榮(1955),「投潭水流作用下沖刷坑中流速分佈係數之探討」,台灣水利,第43卷第4期,pp.69-76。
6. 蘇重光、連惠邦(1993),「防砂壩下游天然河床受壩頂溢流刷之研究」,台灣水利,第41卷第2期,pp.35-41。
7. 蔡文鎗(1989),「圓柱形橋墩之沖刷研究」國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。
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15. Melville, B.M. and Sutherland,A.j., 「Design Method for Local Scour
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16. Gill, M.A.(1979) 「Hydraulics of Rectangular Vertical Drop Structures」, J. of Hydraulic Research, Vol. 17. No4, pp.289-302.
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19. White, M. P.(1943)「Discussion of Moore」Transactions of ASCE, Vol. 108, pp. 1361-1364.
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