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研究生:陳妮祺
研究生(外文):Ni-Chi Chen
論文名稱:數值模擬水槽試驗於土石流攔阻堆積之研究
論文名稱(外文):A Study on Numerical Simulation of Debris Flow Retaining and Deposition
指導教授:徐松圻徐松圻引用關係
指導教授(外文):Sung-Chi Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:營建工程系碩士班
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:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:120
中文關鍵詞:土石流PFC3D室內水槽試驗
外文關鍵詞:Debris FlowPFC3DWater flume experiments.
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在臺灣形成造山運動時,形成地形陡峭且地質破碎的地理環境。除此之外,臺灣也位於西太平洋颱風路徑上,颱風季節所帶來的強風豪雨,使原本就陡峭、破碎的地表土壤沖刷流失、山坡地崩塌,造成慘重之災情,其中以土石流災害為甚,所以,本研究藉由PFC3D模擬水槽試驗所獲得的結果可供作為防範土石流災害的參考。
目前土石流的模擬及研究上大多數是以室內水槽試驗進行對現地土石流情況的模擬,或是以分離元素法PFC2D探討土石流體內顆粒之運動機制。因此,本研究利用PFC3D模擬土石流室內水槽試驗並與楊子阜(2005)之試驗結果做比較,首先依照粒徑分布等實驗數據進行參數分析 ; 接下來模擬不同壩體型式對土石流堆積特性之影響,藉由數值程式模擬室內水槽之攔阻試驗將模擬所得之堆積深度、堆積長度的探討來加強室內試驗與現地的關聯性,提供數值模擬驗證室內水槽試驗的一種依據,希望藉由本研究提供有利之佐證。
綜合各項結果可知,在無攔阻試驗中當土體微觀摩擦角越大時,土體滑動速度越慢 ; 坡面摩擦角越大時,啟動土石滑動所需之摩擦角越小,且堆積範圍隨著微觀摩擦角增加而縮小 ; 在模擬梳子壩及重力壩之攔阻結果中與室內水槽攔阻試驗之堆積深度及範圍相當接近。
Most of the modeling and studies of debris flow have been used water flume experiments in a laboratory or used distinct element method based software, PFC2D, to investigate the kinematics inside the particles of debris flow. Therefore, the study uses PFC3D to model and compare the results of water flume experiments by Yang (2005). Parameter studies were carried on according to the grain-size distribution used for the experiments.The impacts of different blocking and retaining structures on the characteristics of deposition depth and form are modeled. In order to demonstrate the applicability using numerical modeling for debris flow, the deposition depths and ranges obtained from water flume tests and numerical experiments are evaluated and compared.
For numerical experiments without retaining system, debris flow moves faster as the friction angle between particles becomes smaller under the same inclined slope angle of 19 degrees. For modeling debris flow with blocking or retaining system or dam, the results of the deposition length and accumulated depth in front of the dam are similar to the findings by Yang (2005) for concrete slit dam and gravity dam.
摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VIII
圖目錄 IX
符號說明 XIII
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究方法 2
第二章 文獻回顧 5
2.1 分離元素法之沿革 5
2.2 土石流的定義 8
2.3土石流之相關特性 10
2.3.1 坡度特性 10
2.3.2 濃度特性 12
2.3.3 流動特性 14
2.3.4 堆積特性 18
2.4 土石流發生之影響因素 20
2.5 土石流災害防治 23
2.5.1 土石流危害 24
2.5.2 壩體型式研究 25
第三章 數值模擬方法 33
3.1 分離元素法 33
3.1.1分離元素法之理論 33
3.1.2分離元素法之假設 35
3.1.3分離元素法之運算邏輯 36
3.2力與位移法(Force - Displacement Law) 37
3.3數值模擬軟體PFC (Particle Flow Code) 41
3.3.1 PFC之概說 41
3.3.2 PFC之模擬流程及自撰式之輔助程式語言FISH 41
3.3.3 顆粒流動模型 43
3.3.4 接觸勁度模式 43
3.3.5 滑動模式 44
3.3.6 鍵結力模式 44
3.4 PFC之微觀參數 46
3.4.1顆粒元素參數 46
3.4.2粒間鍵結力參數 50
3.4.3邊界參數 51
第四章 室內水槽數值模形介紹 52
4.1水槽設備 52
4.2 數值模擬壩體模型 57
4.3 模擬級配曲線 59
第五章 數值分析之驗證與結果 63
5.1 分析模式 63
5.2 室內水槽無攔阻模擬 64
5.2.1 數值模擬步驟 65
5.3 室內水槽模型攔阻模擬 71
5.3.1 數值模擬控制條件 71
5.3.2 土石物理參數之設定 72
5.3.3 數值模擬之步驟 74
5.3.4 數值模擬之流動情況 75
第六章 結論與建議 94
6.1 結論 94
6.2 建議 95
參考文獻 96
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