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研究生:粘為勇
研究生(外文):Wei-YungNien
論文名稱:高嶺土與固體顆粒混合漿體之流動及堆積實驗研究
論文名稱(外文):Experiments study on the movement and deposition of the mixtures of Kaolin and solid particles
指導教授:詹錢登詹錢登引用關係
指導教授(外文):Chyan-Deng Jan
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:109
中文關鍵詞:土石流潰壩流變參數觸變
外文關鍵詞:Debris flowDam breakRheologicalThixotropy
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本論文以高嶺土與固體顆粒混合成漿體,將漿體放置於一具有坡度的長直型渠槽,觀察漿體在渠槽中的流動行為變化以及當漿體流出渠槽產生堆積行為的變化。高嶺土漿體的流變特性會伴隨著時間的變化、漿體濃度的變化、加入固體顆粒的變化,使漿體在渠道中的運動行為有所變化。綜合上述高嶺土的特性,設計一系列的實驗進行觀察及研究。
實驗內容以高嶺土漿體及不同的顆粒混合漿體做為一簡化模擬土石流的材料,實驗分為兩類型進行,分別為第一類型及第二類型做為後續論文的描述,第一類型固定水的體積調配漿體濃度(Cvf=25%、27.5%、30%)及不同的顆粒混合漿體(Cvp=0%、15%、30%),在不同的靜置條件1分鐘、10分鐘與180分鐘,將漿體放置於15度的渠槽內,且以人工隔板抽起做為潰壩的觸發機制,對漿體的流動特性及堆積情況進行觀測並記錄數據。第二類型實驗主要針對第一類型所做的實驗及分析所造成的瑕疵中,調整實驗設備及更改實驗配置,包括於渠道中增加一閘門以人工方式改為自動方式,實驗條件由原本的固定水體積改為固定總體積。實驗討論部分則對漿體的流動行為進行詳細描述,並對流速、分堆積體積及顆粒佈進行分析研究。
分析結果顯示,流動過程有波形的產生使流速不維持遞增或遞減之情形,流速及堆積面積的變化與實驗材料的流變特性有關,屈服應力與黏滯系數大之流變參數將使流速及堆積範圍減小,另外由第二類型的實驗成果中發現加入自動閘門為穩定實驗數據的有效方法,由第二類型實驗也分析出此實驗之曼寧N值為0.01,堆積平台之堆積厚度具有高斯分佈函數的特性CT =0.211,及混合固體顆粒之漿體在渠道流動中將使得顆粒向渠道下游端聚集之特性等等。使本實驗對於土石流、潰壩、時變性流變特性等特徵以及運動行為能有更多的了解。
關鍵字:土石流、潰壩、流變參數、觸變

This article used Kaolin and solid particles to make slurries and mixtures to observe the change of movement and the deposition when the slurries and mixtures were inside and outside the straight inclined open channel respectively. The slurries and solid particles would change throughout the time, and by the changes of the slurry concentration, size and quantity of the solid particles. According to above conditions, the author designed a series of experiments to study and record the changes.
The experiments used slurries and mixtures as the simulated material of debris flow. The experiments have divided into two types. The first type had 25%, 27.5%, and 30% slurries concentration mixed with 0%, 15%, and30% mixtures concentration, letting them rest for 1 minute, 10 minutes, and 180 minutes respectively, then put them into the inclined channel with 15 degrees, and used an artificial gate to be the mechanism of the dam break and observed and recorded the data through reviewing the video, pictures, and deposition of the mixtures. The second type experiment adjusted the equipments and configuration to correct the first type experiment which included changing the artificial gate to the automatic gate, and the fixed water volume to the fixed total volume. The discussion of this article described the movement of the slurries and discussed the flow velocity, deposition volume and the distribution of the solid particles.
The result showed that the movements of the slurries and mixtures had created waves to make the flow velocity unable to maintain the tendency of increasing or decreasing. Besides, the change of flow velocity and deposition had correlation with the rheological characteristic of solid particles. When the yield stress and viscosity were bigger, the flow velocity and deposition became smaller. The second type experiments found that added the automatic gate could stabilize experiments data. The result showed that Manning’s n value was 0.01, the deposition thickness Gauss’s distribution was CT=0.211, and solid particles would accumulate on the downstream when the movement stopped. The author wishes these experiments would be useful in the field of hydraulic engineering.

Key word:Debris flow, Dam break, Rheological, Thixotropy

摘要 I
ABSTRACT II
謝誌 IV
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
符號表 XIV
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的U 1
1.3 研究方法U 2
1.4 本文架構U 2
第二章 U文獻回顧U 3
2.1 土石流研究U 3
2.1.1 土石流發生機制U 3
2.1.2 土石流流動特性U 6
2.1.3 土石流堆積型態U 9
2.2 流變模式U 10
2.3 顆粒混合漿體之流變特性U 11
2.4 觸變特性U 13
2.5 潰壩研究U 14
第三章 實驗布置及分析方法U 17
3.1 量測漿體的流變儀器U 17
3.2 渠槽主要裝置U 20
3.3 實驗材料與攝影相關設備U 23
3.4 實驗條件U 27
3.5 實驗漿體調配方法U 28
3.6 實驗步驟U 30
3.7 室內實驗流變儀分析方法U 30
3.8 室外渠槽實驗流速及堆積分析方法U 32
第四章 實驗分析結果與討論U 36
4.1 流變儀實驗數據與分析U 36
4.2 第一類型實驗U 50
4.2.1 第一類型實驗整體流動現象U 50
4.2.2 第一類型實驗流速特性U 51
4.2.3 第一類型實驗堆積特性U 64
4.3 第二類型實驗數據與分析U 76
4.3.1 第二類型實驗整體流動現象U 76
4.3.2 第二類型實驗之流速特性及堆積特性U 77
4.4 第二類型實驗之曼寧N值U 84
4.5 第二類型實驗渠槽之堆積厚度U 88
4.6 第二類型實驗堆積平台之堆積厚度U 89
4.7 第二類型實驗渠槽之顆粒分布情況U 93
第五章 結論與建議U 94
5.1 結論 94
5.2 建議 96
參考文獻 97
附錄一 100


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