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研究生:黃子益
研究生(外文):TZU-I Huang
論文名稱:滲流引致渠床顆粒堆積之潰散過程分析
指導教授:周憲德
指導教授(外文):Hsien-Ter Chou
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:土石流顆粒流堆積體速度剖面衝擊力
外文關鍵詞:debris flowsgranular flowseepage failurevelocity profileBagnoldimpact force
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本研究進行堆積體受滲流作用進而發展成顆粒流之渠槽實驗,利用高速攝影機所拍攝之影像進行影像分析,並給定堆積體上游有固定供水量情況下,堆積體內部因滲流作用產生的破壞行為及後續潰散為顆粒流的運動特性。在速度分析是利用PIV技術中Voronoï Patterns方法來分析顆粒流速度剖面,比較在不同的上游供水量及底床坡度的速度分布,並和Bagnold速度理論進行比較。本研究並以水壓計量測衝擊顆粒流撞擊垂直平板的壓力,並與前人經驗公式比對,討論實驗中可能導致壓力峰值誤差及不準確性。
顆粒流之波峰高度會隨著供水量及坡度不同而有所改變,顆粒流內部的含水程度亦會影響其速度。顆粒流運動速度在坡度15度較符合Bagnold Profile之條件,且底部有滑脫速度產生。實驗中利用水壓力計進行量測,無法準確地反應出其衝擊力大小,與於理論值相比,有低估情形,其原因可能為顆粒流的前鋒並非飽和狀態,且顆粒的撞擊力無法完全轉換為擋板上之水壓力。

The mobilization process of a granular pile and the associated debris flow by the action of upstream runoff and seepage was experimentally investigated in an inclined flume. The critical condition and the failure process of the granular pile were analyzed by employing the PIV approach. The effect of runoff discharge, flume slope and permeability are explored. During the mobilization process, a partially unsaturated granular snout was formed, then became a bulge at the surge front just as stony debris flows in the field. The velocity profile in the unsaturated snout depicts a Bagnold’s rheology, but it deviates slightly from Bagnold’s profile due to presence of bottom slipping in the intermediate saturated zone. In addition, the evolution of solid fraction indicates that the critical failure condition is controlled by the seepage flow. The pore pressure sensors couldn’t accurately reflect the magnitude of impact force upon the vertical wall since the approaching granular flow is unsaturated and the particle impact can not be fully transformed into the dynamic pore pressure.
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XII
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 研究目的 1
1.3研究方法 3
1.4論文架構 3
第二章 文獻回顧 6
2.1 土石流特性相關研究 6
2.2 顆粒流理論 9
2.3顆粒流相關速度研究 10
2.4土石流壓力理論分析相關研究 12
2.5土石流撞擊力相關研究 16
第三章 實驗設置 19
3-1實驗渠槽 19
3-2 顆粒特性 22
3-4 水壓力計 27
3-5 分析方法 28
3-5-1 壓力分析 28
3-5-2 影像分析 28
3-7 實驗步驟 30
第四章 實驗結果與討論 32
4.1堆積體破壞型態與啟動機制 34
4.2 顆粒流特性 35
4.3各參數對顆粒流波峰高度影響 43
4.3.1坡度對波峰高度影響 44
4.3.2供水量對波峰高度影響 45
4.4顆粒流之速度剖面分析 47
4.4.1側視速度剖面分析 47
4.4.2坡度、流量與速度關係 51
4.4.3實驗值與理論值之速度剖面 53
4.5顆粒流撞擊情形 57
4.5.1水壓力計分析 57
第五章 結論與建議 65
5.1結論 65
5.2建議 66
參考文獻 67

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