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研究生:丁嘉賢
研究生(外文):Chia-Hsien Ting
論文名稱:土石流對防砂壩衝擊力之研究
論文名稱(外文):Study on the Impact Force of Sabo-Dam by the Debris Flow
指導教授:謝正倫謝正倫引用關係
指導教授(外文):Chjeng-Lun Shieh
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:93
中文關鍵詞:防砂壩衝擊力土石流
外文關鍵詞:sabo-damimpact forcedebris flow
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本研究主要方向為探討防砂壩上游面之幾何形狀與土石流衝擊力間之關係,並藉由室內人工矩形渠道控制模擬,瞭解土石流在衝擊三種不同形式之土石流攔阻壩時壩面的受力情形與壩前堆積狀況,以期能夠找出防砂壩面之最佳幾何形狀,以降低土石流衝擊力與增加土石調節效果為目標。
本研究之實驗方法,藉助室內人工矩形渠道,並配合精密之量測儀器應變計,觀測土石流在衝擊三種不同形式之土石流攔阻壩時壩面的受力情形,同時使用數位攝影機瞭解壩前土石流的運動狀況及堆積狀況。
首先由動量守恆方程式,推得土石流對攔阻壩之瞬間衝擊力理論表示式。可知土石流對攔阻壩的作用力包括土石流靜壓效應、動壓效應、重力效應以及摩擦效應。再藉由實驗量測分析知,不同形式之土石流攔阻壩受土石流衝擊時,於不同高度壩面處,所受力的大小有顯著的差別。在2H/6、3H/6、4H/6處,斜面壩與曲面壩受力均小於直立壩;在H/6處斜面壩受力小於直立壩,而曲面壩一開始受力大於直立壩,這是由於曲面壩受覆土壓力的影響,隨著流量的增加,水流會把覆土帶走,而使受力漸小;5H/6處斜面壩受力隨流量增加漸小於直立壩,而曲面壩受力則遠大於直立壩 ,表示曲面壩在此處即接近壩頂處受力極大。
The main point of this paper discusses the relationship between the geometry shape of the up surface of the river from the debis-control dam and the impact force of the debris flow. By the indoor, simulation controlled by the rectangle channel . We can observe the different situation of the impact force and a pile of gravel in front of the dam made by three different kinds of debris flow dams .In this way, we could find out the best geometry shape of the surface of debis-control dam which will decrease the impact force of the debris flow and increase the efficiency of the debis-control dam.

Firstly, we can get the theory mode of impact force of debris flow by moment conservation equation. According to the theory, we know that the force of debis-control dam include static pressure effect, kinetic pressure effect , gravity effect and friction effect. What’s more, analysis of experimental data, we find the intensity of the force will be changed obviously with different heights of dam when different debis-control dams are impacted by debris flow. In 2H/6,3H/6,4H/6 of dam, both force of slanted surface and curved surface are less than vertical surface; In H/6 of dam, slanted surface is less than vertical surface, but curved surface is more than vertical surface at first. This is because curved surface influenced by the pressure of covered soil. However the force will be decreased gradually because fluid will take soil away with the increasing flow; In 5H/6 of dam, slanted surface is less than vertical surface with the increasing flow, and the force of curved surface is over vertical surface extremely. This means that the top of curved surface is subjected to the largest force.
目 錄
中文摘要…………………………………………………………………………I
Abstract……………………………………………………………………………II
謝誌…………………………………………………………………………………III
目錄…………………………………………………………………………………IV
圖目錄………………………………………………………………………………VII
表目錄………………………………………………………………………………XI
符號說明……………………………………………………………………………XII
第一章、緒論…………………………………………………1
1-1、研究背景…………………………………………………1
1-2、前人研究…………………………………………………1
1-2-1 土石流運動之相關研究…………………………………2
1-2-2 土石流衝擊力之相關研究…………………………………3
1-3、研究動機…………………………………………………4
1-4、研究目的…………………………………………………5
1-5、研究方法及組織架構…………………………………5

第二章、理論基礎……………………………………………8
2-2、壩體受土石流衝之理論研究……………………………8
2-1 TYPE-I 直立壩…………………………………………………8
2-2 TYPE-II 斜面壩………………………………………………10
2-3 TYPE-III 曲面壩……………………………………………12
第三章、模型實驗……………………………………………16
3-1、實驗目的………………………………………………16
3-2、實驗設備與佈置………………………………………16
3-3、實驗條件之設定………………………………………29
3-3-1 上游水頭箱蓄水高度之設定………………………………29
3-3-2 土石採料之選定……………………………………………30
3-3-3 土石流濃度之設定…………………………………………31
3-3-4 實驗坡度之設定……………………………………………32
3-3-5 實驗編號之設定……………………………………………33
3-4、實驗流程………………………………………………33

第四章、實驗結果與討論……………………………………36
4-1、實驗結果………………………………………………36
4-1-1 實驗「v-10-15」結果………………………………………36
4-1-2 實驗「s-10-15」結果………………………………………39
4-1-3 實驗「c-10-15」結果………………………………………41
4-1-4 實驗「v-10-20」結果………………………………………44
4-1-5 實驗「s-10-20」結果………………………………………46
4-1-6 實驗「c-10-20」結果………………………………………49
4-1-7 實驗「v-10-30」結果………………………………………51
4-1-8 實驗「s-10-30」結果………………………………………54
4-1-9 實驗「c-10-30」結果………………………………………56
4-1-10 實驗「v-15-15」結果………………………………………59
4-1-11 實驗「s-15-15」結果………………………………………61
4-1-12 實驗「c-15-15」結果………………………………………64
4-1-13 實驗「v-15-20」結果………………………………………66
4-1-14 實驗「s-15-20」結果………………………………………69
4-1-15 實驗「c-15-20」結果………………………………………71
4-1-16 實驗「v-15-30」結果………………………………………74
4-1-17 實驗「s-15-30」結果………………………………………76
4-1-18 實驗「c-15-30」結果………………………………………79

4-2、結果討論………………………………………………81
4-2-1 壩前堆積狀況…………………………………………………81
4-2-2 壩面的受力情形………………………………………………86
第五章、結論與建議…………………………………………90
5-1、結論………………………………………………………………90
5-2、建議………………………………………………………………90
參考文獻………………………………………………………………………92
(1)李三畏譯,(1980) “土石流對防砂壩撞擊力之計算及有關問題”,中華水土保持學報,ll(2):153-158。
(2)劉格非,(1993)”土石流攔阻壩上之應力分析”行政院農業委員會計畫成果報告,82科技-2.6-林-16序號:7。
(3)劉格非(1994),”攔阻土石流結構物上受力之研究”,行政院國家科學委專題研究計畫成果報告NSC 82-0414-P002-022B。
(4)林宏群,(1994),”不同形式欄砂壩所受土石流衝擊力之研究”,國立中興大學土木工程研究所碩士論文。
(5)劉格非、李峰昌(1995),”土石流對阻礙物之撞擊力研究”,國立台灣大學土木工程學研究所碩士論文。
(6)林炳森、蕭建源(1995),”梳子壩所受土石流衝擊力之研究”,國立中興大學土木工程研究所碩士論文。
(7)劉格非、余政璟(1996),”凹壩之撞擊力與消能試驗",第八屆水利工程研討會論文集:p521-528。
(8)謝正倫、蔡元芳,(1998),”土石流扇狀地之研究” ,國立成功大學水利及海洋工程學研究所博士論文。
(9)江永哲、林裕益,(1988),"重力式防砂壩防治土石流災害之解析",中華水土保持學報,20:69-87。
(10)林炳森、黃育珍(1999),”混凝土梳子壩攔阻功效之研究”,國立中興大學土木工程研究所碩士論文。
(11)林炳森、陳致穎(2000),”梳子壩受土石流衝擊時動態行為之研究”,國立中興大學土木工程研究所碩士論文。
(12)中華防災學會,(2000) “台東縣寧埔上游集水區土砂災害調查分析與初步防治規劃報告書”,行政院農業委員會計畫成果報告。
(13)詹錢登,(2000),”土石流概論”, 國立成功大學水利及海洋工程學系教授。
(14)謝正倫、陳俞旭,(2001),”崩塌物形成土石流之變遷過程研究”,國立成功大學水利及海洋工程學研究所碩士論文。
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