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研究生:呂姵琪
研究生(外文):Pei-Chi Lu
論文名稱:以數值反算分析探討降雨型態對不飽和邊坡穩定性之影響
論文名稱(外文):Numerical Inverse Analysis of the Effect of Rainfall Pattern on Unsaturated Slope Stability
指導教授:吳博凱
指導教授(外文):Po-Kai Wu
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:334
中文關鍵詞:積含水量坡降雨破壞佳化限元素法不飽和土壤
外文關鍵詞:Rainfall-induced slope failureVolumetric water contentFEMUnsaturated soilOptimization
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台灣屬海島型氣候,適逢雨季常有豪大雨肆虐,再加上本島高比例的山坡地型,常因降雨使得邊坡基質吸力喪失而導致邊坡災害的發生時有所聞。為有效分析預測邊坡於降雨時之破壞機制與破壞時間,本研究結合二維有限元素軟體SEEP/W與由拉凡格式法(Levenberg-Marquart Method)所建立之非線性最佳化演算法,建立了一套可分析邊坡之暫態體積含水量受降雨而變化的反算分析模式。本研究首先針對驗證反算分析模式進行說明。驗證結果顯示,以反算分析模式推估出之體積含水量歷時變化,與SEEP/W之正分析結果相符,且經反算分析所得之土壤水分特徵曲線及水力傳導函數亦與正分析計算值相近。接著本研究以此反算分析模式,對Huang and Yuin [2010]不飽和模型邊坡受降雨之數值模擬進行一系列之反算分析。反算分析案例分別探討了標定點數及標定時階對反算結果之影響。反算結果顯示,Huang and Yuin [2010]之不飽和邊模型邊坡,經反算分析後可得到與正分析相近之體積含水量分佈。本研究另以陳政諺[2012]反算分析所得之參數,進行四種坡型各別面臨擬前峰、雙峰及擬後峰雨型時之安全係數歷時變化的數值分析,並納入陳政諺[2012]所分析之三種雨型一併討論,找出上述各種坡型的破壞時間與累積雨量間之關係。本研究發現,各型邊坡皆有其各自的達邊坡破壞所需之累積雨量門檻值。另外雨型的型態也會些許影響此門檻值的大小。結果顯示,尖峰雨量較早發生之雨型,邊坡破壞時間也較早。平均降雨強度大者邊坡破壞時之降雨強度亦較大,相對的邊坡破壞時間也較短,值得注意的是,大多數邊坡破壞面皆較為淺層。
Recently, climate change in Taiwan has caused more extreme weather conditions and resulted in many rainfall-induced slope failures. To predict the transient volumetric water content (VWC) in an unsaturated slope during rainfall, an optimization analysis approach based on two dimensional finite element method and Levenberg-Marquart method was proposed. Firstly, the proposed methodology was verified and proven to be applicable to simulate the transient VWC distributions. Secondly, a series of inverse analyses on the VWC of available data sets from the numerical model by Huang and Yuin [2010] was performed. The effects of the selected location, the number and the monitoring duration of VWC sensors on the inverse analysis were also presented. Finally, a series of numerical parametric analyses on rainfall-induced slope failure with four slope geometry conditions and three types of rain-fall patterns was conducted. Numerical results show that each slope has its unique threshold value (or range) of the accumulated rainfall for the rainfall-induced slope failure. The rain-fall pattern only has more or less effect on the above threshold value. As to the occurrence of rainfall- induced slope failure, it should be noted that most are relatively shallow slope failure surface.
摘要
ABSTRACT
目錄
表目錄
圖目錄
符號說明
一、緒論
1.1 研究動機與目的
1.2 研究內容
1.3 論文架構
二、文獻回顧
2.1 不飽和土壤的基本組構
2.2 不飽和土壤的基本性質
2.2.1 土壤水分特徵曲線
2.2.2 土壤水分傳導函數推估方法
2.2.3 不飽和土壤剪力強度
2.3 降雨引發邊坡的破壞機制
2.4 降雨造成邊坡破壞之模型試驗
2.5 最佳化於大地工程上之應用
三、最佳化分析流程與驗證
3.1 不飽和土壤模型邊坡最佳化分析相關之軟體
3.1.1 不飽和土壤滲流分析之控制方程式
3.1.2 有限元素滲流分析軟體SEEP/W
3.1.3 邊坡穩定分析軟體SLOPE/W
3.2 最佳化分析相關之軟體及程式語言
3.2.1 FORTRAN
3.2.2 Visual Baisc(VB)
3.2.3 最佳化分析流程
3.2.4 最佳化理論
3.3 最佳化程式驗證
3.3.1 驗證分析案例與結果
3.3.2 驗證案例之邊坡穩定性
四、不同降雨型態與坡型之邊坡破壞時間
4.1 前言與分析流程
4.2 Huang and Yuin (2010)模型試驗之數值模擬案例
4.2.1 模擬案例之數值模型
4.2.2 各種變因下之數值模擬案例
4.2.3 數值模擬案例之變因介紹
4.3 數值模擬案例結果
五、數值模擬案例之最佳化反算分析
5.1 前言
5.2 反算分析數值模型之建立與案例規劃
5.3 反算分析計算結果
5.3.1 Group A – 案例B19、B20、B21、B22
5.3.2 Group B – 案例B24、B25、B28、B29
5.3.3 Group C – 案例B22、B26 212
5.3.4 Group D – 案例B23、B27 213
5.4 綜合討論
六、結論與建議
6.1 結論
6.1.1 數值模擬案例之最佳化反算分析結論
6.1.2 邊坡破壞與臨界雨量結論
6.2 建議
參考文獻
附錄1:file001.txt範例檔
附錄2:各耦合案例之邊坡破壞面座標表
附錄3:初始水位設定方式
附錄4:Project1.vbp程式碼(AutoCoupleSS-V3.exe原始碼)
附錄5:各反算案例之迭代次數、SWCC參數與目標函數表
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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