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研究生:陳建樺
研究生(外文):Jian-Hua Chen
論文名稱:在水平面上的顆粒物質崩塌過程之內部結構探討
論文名稱(外文):Internal Structure of a Finite Granular Mass Spreading on Horizontal Plan
指導教授:戴義欽
指導教授(外文):Yih-Chin Tai
學位類別:碩士
校院名稱:國立暨南國際大學
系所名稱:土木工程學系
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:安息角摩擦角
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本研究以實驗方式去探討顆粒在二維模型崩落情況的現象,並透過高速攝影機量測分析顆粒材料在瞬間幾何模型的崩落下所分佈的狀態,藉以了解對顆粒更進一步的研究。
實驗採用五種不同顆粒材質做研究,分別是標準砂20-30、標準砂30-50、越南砂、玻璃珠1mm及2mm,並設計一系列高寬比比例(a=Hi/Wi),來看出最後崩落的形態。然而由實驗結果得知,每種顆粒材質在隨著比例的不同,最終崩落表面都會出現不同的幾何形態,當比例小於某一臨界值則形態會呈現斜截狀幾何型態;反之,大於某一臨界值則會呈現錐形形態幾何型態,並且隨著不同的顆粒材質所得到最初比例的臨界值皆不同。此外,顆粒崩落表面的形態已由實驗結果得知,但本研究卻不知道內部情況的幾何,因此把整體顆粒砂堆一開始靜止照片與整體顆粒砂堆完全崩落後的照片,最後利用MATLAB程式分別把兩張照片的值做相互相減最終發現,當高寬比比例低過某一值時,則內部最後會呈現鐘型形態;反之,超過某一比例值時,內部則會呈現三角形幾何形態。
This research is an experimental study on the collapse phenomenon of two dimensional granular heaps. The flows are captured by a high speed camera and analyzed by image techniques.
Five different kinds of granular materials are used in the experiments. They are the standard sand Ottawa sand 20-30 and 30-50, Shankan sand and glass beads of 1㎜ and 2㎜ in diameters. For each material, the same series of measurements are conducted. They are piled two-dimensionally into a series of heaps at different initial height-width ratios, a=Hi/Wi, and set to collapse flow by rapid releasing of lateral confining walls. The resulting heaps exhibit two distinguishing appearances: the Mexican-hat shape and the triangular-like shape. There exist critical values of a=Hi/Wi for each materials, which divides the final deposit appearance among the tow. Also by using image process techniques, e. q. image substraction, we are able to identify areas which remain rest through the transient motion. Interestingly, these areas also exhibit two distinguish appearances: the bell shape and the equilateral shape and are controlled also by a=Hi/Wi.
中文摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 XI
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2研究動機 1
1.3研究方法 2
1.4 論文內容 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 顆粒流起源及現象 3
2.2 顆粒崩落近代之研究 4
2.3 顆粒在平面上崩落的幾何型態 6
第三章 實驗設備及顆粒材料 8
3.1實驗儀器 8
3.1.1實驗模型-二維立面實驗模型 8
3.1.2攝影器材 9
3.1.2.1高速攝影機 9
3.1.3輔助器材 11
3.1.3.1空氣壓縮機 11
3.1.3.2 數位量角器12
3.1.3.3高頻冷光燈及500W石英燈 12
3.2 顆粒材料14

3.3 摩擦角 16
3.3.1傾斜實驗 16
3.3.1.1實驗步驟 16
3.3.1.2實驗結果 18
3.3.2安息角實驗 19
3.3.2.1實驗結果 20
3.3.2.2實驗討論 22
第四章 實驗準備與結果討論 23
4.1實驗準備及步驟 23
4.1.1實驗準備-顆粒砂 23
4.1.2實驗步驟 24
4.1.3實驗內容 25
4.2顆粒堆上比例的影響(EXP I)26
4.2.1實驗結果 26
4.2.2最終顆粒堆表面的幾何型態 28
4.2.3 顆粒堆崩落的外觀形狀 32
4.2.4實驗討論 34
4.3 不同顆粒材質的影響(EXP II)35
4.3.1相同的高寬比比例,各種不同材質顆粒堆的崩落比較35
4.3.1.1 實驗結果 35
4.3.1.2 實驗討論 36
4.3.2高寬比的影響 37
4.3.2.1 不同的顆粒材質,最終崩落後高度的比較 37
4.3.2.2不同的顆粒材質,最終崩落後延伸長度的比較 38
4.3.2.3不同的顆粒材質,最終崩落後頂點角度的比較39

4.3.2.4崩落後的顆粒堆,最終崩落坡度角度的比較 40
4.3.2.4.1 在相同高寬比例上,比較不同種類顆粒材質坡度之差異40
4.3.2.4.2 在不相同高寬比例上,比較同種類顆粒材質坡度之差異43
4.3.2.4.3各種顆粒坡度統整結果 44
4.3.2.4.4 實驗討論47
4.3.3內部靜止區塊之探討48
 4.4 顆粒材質的影響,內部現象的自然型態 (EXP III)50
    4.4.1 顆粒堆崩落後的內部靜止幾何型態-把手內半寬(Wi=40㎜)50
4.4.2顆粒堆崩落後的內部靜止幾何型態-把手內半寬(Wi=60㎜)65
4.4.3顆粒堆崩落內部的動態幾何形態72
4.4.3.1顆粒堆內部的動態幾何形態之作法72
4.4.3.2顆粒堆內部的動態幾何形態之結果72
4.4.4 統整與結果77
第五章結論與未來展望 81
5-1 結論 81
5-2 未來展望 83
參考文獻 84
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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