臺灣博碩士論文加值系統

造成土石壩破壞的原因有很多，如地震、土壤液化、水位快速升降、波浪沖刷作用等。本研究針對破壞因子其中之ㄧ「水位急速下降」進行模擬分析，探討土石壩上游水位急速下降時，土石壩體內部滲流及水壓力分佈情形，並分析其安定因子的變化。
本研究結合滲流及邊坡穩定分析等方法，考慮土石壩上游在不同的庫水位下降速率下，壩體內部滲流情形的變化及分析土石壩體的穩定性。首先，利用地下水水流數值模擬模式FEMWATER，模擬土石壩體在不同水位下降速率時，壩體內部地下水水位面、壩體土石材料之含水量及滲流速度等隨時間的變化情形。然後將壩體各區含水量隨時間變化情形轉換成邊坡穩定分析軟體WINSTABL所需之物理參數，針對上述不同之情況，分析在不同時間下的安全係數變化，並推估土石壩體邊坡可能破壞的時間及位置。最後將FEMWATER輸出之滲流速度轉換為水力坡降，探討水位下降速率對水力坡降之變化影響。
根據模擬及分析結果顯示，地下水水位面與土壤含水量會隨著水位下降速率不同而有所改變，尤其是在壩殼處變化最明顯。在安全係數探討部份，水位下降速率越快，則安全係數值越小。在案例中，當安全係數達到最小值時，並土石壩體沒有產生破壞行為。至於壩體內水力坡降亦會隨著不同的水位下降速率而改變，而水力坡降最大值會出現在庫水位下降至最低點處時，當水力坡降最大值出現後，水力坡降值會隨時間慢慢下降，直到恢復至穩定狀態。

Many reasons can make embankment dam to cause damage, for examples: earthquake, soil liquefaction, rapid take-off and loading water, and the role of wave erosion. This research is about when the rapid decline water level on embankment dam upstream, the seepage and hydraulic pressure distribute in embankment dam. And make an analysis to the change of stability factor.
This research will combine the method of seepage and slope stability analysis, and consider under the different speed of decline water level, the seepage change and stabilization in the embankment dam. First, applies the FEMWATER software in simulating the groundwater table, moisture content, and seepage velocity. Next, there are different soil parameters in different moisture content. Then, it applies the mode of WINSTABL software to count each stage the relations between safety factors of slope and time. Last, it changes seepage velocity to hydraulic gradient and analysis if the hydraulic gradient is caused the piping.
After the simulation test, we know that the failure will more easy happen when the speed of decline water level more fast. And we know that the hydraulic gradient will bigger when the speed of decline water level more fast. When the speed of decline water level is 53.14m/24hr, the embankment dam can be happened piping.

目錄
摘要 I
ABSTRACT II
致謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 導論 1
1-1 研究動機、目的與方法 1
1-2 研究流程 2
第二章 文獻回顧 3
2-1國外土石壩的破壞模式相關文獻 3
2-2 國內土石壩的破壞模式相關文獻 4
2-2-1 台灣土石壩統計資料 5
2-2-2 台灣土石壩潛在破壞機制之分析 6
2-3 國外滲流文獻回顧 7
2-4 國內土石壩數值模擬相關文獻 9
第三章 理論背景與分析方法 12
3-1 地下水水流數值模式簡介 12
3-2 地下水流控制方程式 14
3-3 邊坡穩定分析模式簡介 20
3-4 邊坡穩定分析方法介紹 21
第四章 模式應用與結果分析 32
4-1 鯉魚潭水庫簡介 32
4-2 水庫水位下降滲流模擬 33
4-2-1 水庫網格建立 34
4-2-2 參數設定 35
4-2-3 水庫水位下降模擬 36
4-3 水庫邊坡穩定分析 41
4-3-1 水庫邊坡場址建立 42
4-3-2 土壤物理性質參數設定 42
4-3-3 土石壩邊坡穩定分析模擬 44
4-4 水力坡降分析 45
第五章 結論與建議 51
5-1 結論 51
5-2建議 52
參考文獻 53
附錄 58
FEMWATER輸出之結果(地下水位面) 58
FEMWATER輸出結果(含水量分佈) 60
FEMWATER輸出之結果(滲流速度) 63
WINSTABL輸出之結果 65



表目錄
表2-1 台灣地區主要土石壩基本資料（陳冠亨，2006）【13】 5
表3-1 未知數與方程式數目(Lee, et al., 2002) 【33】 23
表3-2 各切片分析法之假設(林繼立，2005) 【4】 29
表3-3 各邊坡穩定分析方法之特性(林繼立，2005) 【4】 30
表 4-1 土石壩水力傳導係數 35
表4-2 土石壩邊坡穩定分析時所需輸入之土壤參數值 43
表4-3 壩殼滲出點之水力坡降值比較 49
表4-4 壩心滲出點之水力坡降值比較 50



圖目錄
圖1-1 庫水位急速下降對土石壩體滲流模擬之流程 2
圖2-1 土石壩破壞原因及發生過程（邱鴻章，2001）【5】 4
圖3-1 滑動面與切片作用力示意圖(Lee,et al., 2002) 【34】 24
圖3-2 Janbu簡易法之修正係數 (Janbu,1956) 【33】 28
圖4-1 鯉魚潭水庫大壩標準斷面圖（經濟部水利署中區水資源局，2000）【15】 32
圖4-2 鯉魚潭水庫簡化圖 33
圖4-3土石壩剖面圖 34
圖4-4土石壩立體圖 34
圖4-5滿水位時地下水位面（穩態） 36
圖4-6 第24小時之地下水位面（水位下降速率為53.14m/24hr） 36
圖4-7 第240小時之地下水位面（水位下降速率為53.14m/24hr） 37
圖4-8 第48小時之地下水位面（水位下降速率為53.14m/48hr） 37
圖4-9 第240小時之地下水位面（水位下降速率為53.14m/48hr） 37
圖4-10 第120小時之地下水位面（水位下降速率為53.14m/120hr） 38
圖4-11 第240小時之地下水位面（水位下降速率為53.14m/120hr） 38
圖4-12 第240小時之地下水位面（水位下降速率為53.14m/240hr） 38
圖4-13 滿水位時之土石壩體含水量分佈（穩態） 39
圖4-14第24小時之土石壩含水量分佈（水位下降速率為53.14m/24hr） 39
圖4-15 第240小時之土石壩含水量分佈（水位下降速率為53.14m/24hr） 39
圖4-16 第48小時之土石壩含水量分佈（水位下降速率為53.14m/48hr） 40
圖4-17 第240小時之土石壩含水量分佈（水位下降速率為53.14m/48hr） 40
圖4-18 第120小時之土石壩含水量分佈（水位下降速率為53.14m/120hr） 40
圖4-19 第240小時之土石壩含水量分佈（水位下降速率為53.14m/120hr） 41
圖4-20 第240小時之土石壩含水量分佈（水位下降速率為53.14m/240hr） 41
圖4-21 WINSTABL土石壩邊坡穩定模擬場址示意圖 42
圖4-22 滿水位時土石壩邊坡最小安全係數 44
圖4-23 不同水位下降速率在不同時間點之安全係數 45
圖4-24第24小時的滲流速度分佈（庫水位下降速率53.14m/24hr） 46
圖4-25第48小時的滲流速度分佈（庫水位下降速率53.14m/24hr） 46
圖4-26第120小時的滲流速度分佈（庫水位下降速率53.14m/24hr） 46
圖4-27第240小時的滲流速度分佈（庫水位下降速率53.14m/24hr） 47
圖4-28 壩殼滲出點與壩心滲出點示意圖 47
圖4-29 壩殼滲出點之水力坡降圖 48
圖4-30 壩心滲出點之水力坡降圖 49
附圖1 第24小時之地下水位面（水位下降速率為53.14m/24hr） 58
附圖2 第240小時之地下水位面（水位下降速率為53.14m/24hr） 58
附圖3 第48小時之地下水位面（水位下降速率為53.14m/48hr） 59
附圖4 第240小時之地下水位面（水位下降速率為53.14m/48hr） 59
附圖5 第120小時之地下水位面（水位下降速率為53.14m/120hr） 59
附圖6 第240小時之地下水位面（水位下降速率為53.14m/120hr） 60
附圖7 第240小時之地下水位面（水位下降速率為53.14m/240hr） 60
附圖8 第24小時之含水量分佈（水位下降速率為53.14m/24hr） 60
附圖9 第240小時之含水量分佈（水位下降速率為53.14m/24hr） 61
附圖10 第48小時之含水量分佈（水位下降速率為53.14m/48hr） 61
附圖11 第240小時之含水量分佈（水位下降速率為53.14m/48hr） 61
附圖12 第120小時之含水量分佈（水位下降速率為53.14m/120hr） 62
附圖13 第240小時之含水量分佈（水位下降速率為53.14m/120hr） 62
附圖14 第240小時之含水量分佈（水位下降速率為53.14m/240hr） 62
附圖15 第24小時之滲流速度（水位下降速率為53.14m/24hr） 63
附圖16 第240小時之滲流速度（水位下降速率為53.14m/24hr） 63
附圖17 第48小時之滲流速度（水位下降速率為53.14m/48hr） 63
附圖18 第240小時之滲流速度（水位下降速率為53.14m/48hr） 64
附圖19 第120小時之滲流速度（水位下降速率為53.14m/120hr） 64
附圖20 第240小時之滲流速度（水位下降速率為53.14m/120hr） 64
附圖21 第240小時之滲流速度（水位下降速率為53.14m/240hr） 65
附圖22 水位未下降時安全係數（穩態） 65
附圖23 水位下降速率為53.14m/24hr之安全係數（第6小時） 66
附圖24 水位下降速率為53.14m/24hr之安全係數（第12小時） 66
附圖25 水位下降速率為53.14m/24hr之安全係數（第18小時） 67
附圖26水位下降速率為53.14m/24hr之安全係數（第24小時） 67
附圖27 水位下降速率為53.14m/24hr之安全係數（第30小時） 68
附圖28 水位下降速率為53.14m/24hr之安全係數（第36小時） 68
附圖29水位下降速率為53.14m/48hr之安全係數（第8小時） 69
附圖30 水位下降速率為53.14m/48hr之安全係數（第16小時） 69
附圖31 水位下降速率為53.14m/48hr之安全係數（第24小時） 70
附圖32 水位下降速率為53.14m/48hr之安全係數（第32小時） 70
附圖33 水位下降速率為53.14m/48hr之安全係數（第40小時） 71
附圖34 水位下降速率為53.14m/48hr之安全係數（第48小時） 71
附圖35 水位下降速率為53.14m/48hr之安全係數（第56小時） 72
附圖36 水位下降速率為53.14m/48hr之安全係數（第64小時） 72
附圖37 水位下降速率為53.14m/120hr之安全係數（第40小時） 73
附圖38 水位下降速率為53.14m/120hr之安全係數（第70小時） 73
附圖39 水位下降速率為53.14m/120hr之安全係數（第90小時） 74
附圖40 水位下降速率為53.14m/120hr之安全係數（第108小時） 74
附圖41 水位下降速率為53.14m/120hr之安全係數（第120小時） 75
附圖42 水位下降速率為53.14m/120hr之安全係數（第132小時） 75
附圖43 水位下降速率為53.14m/120hr之安全係數（第150小時） 76
附圖44 水位下降速率為53.14m/240hr之安全係數（第80小時） 76
附圖45 水位下降速率為53.14m/240hr之安全係數（第140小時） 77
附圖46 水位下降速率為53.14m/240hr之安全係數（第180小時） 77
附圖47水位下降速率為53.14m/240hr之安全係數（第216小時） 78
附圖48 水位下降速率為53.14m/240hr之安全係數（第240小時） 78
附圖49 水位下降速率為53.14m/240hr之安全係數（第264小時） 79
附圖50 水位下降速率為53.14m/240hr之安全係數（第300小時） 79

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