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研究生：	潘鴻文 Pan, Hung-Wen
論文名稱：	土石流對攔砂壩衝擊力與穩定性之初步研究 Preliminary Study on the Stability of Sabo-Dam under the Impact Force of Debris Flow
指導教授：	謝正倫 Shieh, Chjeng-Lun
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 水利及海洋工程學系 Department of Hydraulic & Ocean Engineering
論文出版年：	2004
畢業學年度：	92
語文別：	中文
論文頁數：	112
中文關鍵詞：	壩體、土石流、衝擊力
外文關鍵詞：	debris flow, sabo dam, impact force
相關次數：	點閱：76 下載：5
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　　本研究主要探討土石流對於防砂壩之衝擊力與壩體穩定性，並藉由改變壩體上游面之幾何形狀，使得土石流對於防砂壩之衝擊時間變長，因而消耗部份土石流衝擊力，增加防砂壩攔阻之效能與壩體之穩定性，以期提供未來土石流防砂壩設計之參考依據。
　　在本研究中，以實驗之方法，藉由室內人工渠道控制模擬，搭配精密之量測儀器荷重計(load cell)、壓力計，量測並分析土石流衝擊力造成三種不同幾何形狀壩體之受力情形，同時使用數位攝影機(DV)觀測與分析土石流運動與壩前土砂堆積情況，試驗中所量測的力主要為壩體之總力，如此可改善以往學者使用單一點之壓力來代表土石流衝擊力。
　　並由動量守恆方程式，推得三種壩體受土石流衝擊力作用之受力表示式。由此可知土石流對於防砂壩之作用力包含土石流之靜壓效應、土石流之動壓(衝擊力)效應、重力效應、摩擦效應及上揚力效應等項。再藉由實驗量測分析可得，在相同實驗條件下，三種壩體之受力由大至小依序為直立壩、斜面壩、曲面壩，壩前靜壓以直立壩在受土石流衝擊時作用最劇，而在坡度較緩且流量較大時，斜面壩與曲面壩所受之相差不大；在穩定性分析方面，土石流衝擊壩體時，曲面壩因幾何形狀之關係，產生較大之恢復力矩，使得穩定性最高。

　　This research was an effort to evaluate the impact force and stability of sabo dam influenced by debris flow. Based on geometric shape change of up surface of the river, time of impact that induced by debris flow toward sabo dam will increase. Thus, ability of the debris flow will be reduced and the block effect of the dam will increase. The stability of the dam will also increase. Analysis results of this research provide recommendations for future design of sabo dam.
　　In this research, laboratory tests modeled by artificial channel with load cell and pressuremeter were performed. Three conditions of impact force of dams in different geometric shape induced by debris flow were measured and analyzed. Digital video camera was also applied to investigate the activity of debris flow and heap of soil in front of the dam. Total force of the dam can be obtained in this test. Therefore, the presentation using “stress” for the “impact force” in previous researches is improved.
　　First, three theoretical equations about different types of dam influenced by debris flow can be obtained by the moment conservation equation. Thus, impact forces from debris flow toward the sabo dam contain static pressure effect, dynamic pressure effect, gravity effect, friction effect, and lifting force effect. Based on laboratory test and analysis results, impact force of vertical dam is larger than slant dam and curve dam. Stability of the curve dam was the best because it is most influenced by the static pressure of debris flow. If the gradient is smaller and velocity of debris flow is faster, Fx of slant dam and curve dam are similar.

中文摘要 …………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ……………………………………………………………………………Ⅱ
誌謝 ………………………………………………………………………………Ⅲ
目錄 ………………………………………………………………………………Ⅳ
圖目錄 ……………………………………………………………………………Ⅴ
表目錄 ……………………………………………………………………………Ⅸ
符號說明 …………………………………………………………………………Ⅹ

第一章  緒論  ……………………………………………………1
1-1 前言 ……………………………………………………………………1
1-2 研究動機 ………………………………………………………………1
1-3 研究目的 ………………………………………………………………2
1-4 研究方法與組織架構  ………………………………………3

第二章  文獻回顧 ………………………………………………6
        2-1 土石流運動之相關研究………………………………………6
       2-2 土石流衝擊力之研究  ………………………………………7

第三章  基礎理論 ………………………………………………12
       3-1 土石流基本理論 ……………………………………………12
            3-1-1 土石流流動機制 ………………………………………………12
3-1-2 土石流之衝擊力 ………………………………………………16
3-1-3 攔砂壩壩體受土石流作用之總靜壓 …………………………17
         3-2壩體受力之研究……………………………………………18
3-2-1 直立壩 …………………………………………………………18
            3-2-2 斜面壩 …………………………………………………………21
3-2-3 曲面壩 …………………………………………………………24

第四章  研究方法………………………………………………27
       4-1 實驗目的 ……………………………………………………27
4-2 實驗設備與佈置  …………………………………………………27
            4-2-1 人工渠槽佈置  …………………………………………………28
4-2-2 實驗儀器  ………………………………………………………35
        4-3 實驗條件 ……………………………………………………39
            4-3-1 流量控制之設定…………………………………………………39
            4-3-2 土石材料之選定…………………………………………………39
            4-3-3 渠道坡度之設定  ………………………………………………40
            4-3-4 壩體底部糙度之設定  …………………………………………40
            4-3-5 實驗之編號之設定  ……………………………………………41
        4-4 實驗流程 ……………………………………………………42

第五章  試驗結果與分析 ………………………………………44
       5-1 實驗結果  …………………………………………………44
            5-1-1 實驗「V-6-10」結果 …………………………………………44
            5-1-2 實驗「V-6-20」結果 …………………………………………47
            5-1-3 實驗「V-6-30」結果 …………………………………………50
            5-1-4 實驗「S-6-10」結果 …………………………………………53
            5-1-5 實驗「S-6-20」結果 …………………………………………56
            5-1-6 實驗「S-6-30」結果 …………………………………………59
            5-1-7 實驗「C-6-10」結果 …………………………………………62
            5-1-8 實驗「C-6-20」結果 …………………………………………65
            5-1-9 實驗「C-6-30」結果 …………………………………………68
        5-2 實驗結果分析………………………………………………73
             5-2-1 攔砂壩體所受之總力  ………………………………………73
             5-2-2 攔砂壩所受之靜壓力  ………………………………………90
             5-2-3 攔砂壩之壩前堆積情形  ……………………………………93

第六章  結論與建議  ………………………………………………97
6-1 結論  ………………………………………………………97
6-2 建議  ………………………………………………………98

參考文獻 ………………………………………………………100
附錄 ……………………………………………………………106

                                    

1. 丁嘉賢“土石流對防砂壩衝擊力之研究” 國立成功大學水利及海洋工程研究所，2002。

2. 毛壽彭“水利工程”大中國圖書公司，p355~372，1991。

3. 江永哲、林裕異“重力式防砂壩防治土石流災害之解析”，中華水土保持學報，20：69-87，1988。

4. 吳建民“泥沙運移學”中國土木工程學會，1991。

5. 李三畏譯“土石流對防砂壩撞擊力之計算及有關問題”中華民國水土保持學報，11(2)：153-158，1980。

6. 李峰昌“土石流對阻礙物之撞擊力研究”國立台灣大學土木工程研究所，1995。

7. 何敏龍“土石流發生機制與流動制止結構物之研究” 國立台灣大學土木工程研究所，1997。

8. 余政璟“土石流防治工法之研究﹣凹壩與防砂壩” 立台灣大學土木工程研究所，1997。

9. 余昌益“高含砂水流流變參數之實驗研究”國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文，1997。

10. 沙玉清“泥砂運動學引論”陜西科學技術出版社，1996。

11. 杜鳳棋譯“流體力學”高立圖書有限公司，1996。

12. 林炳森、林基源“土石流衝擊力與環境因子監測技術之研究”行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告，2003。

13. 林弘群“不同形式攔砂壩所受土石流撞擊力之研究”國立中興大學土木工程研究所碩士論文，1994。

14. 袁應森“剛性拱壩之非線性動態水壓分析”國立成功大學水利及海洋工程研究所，1994。

15. 陳文祥“閘壩工程”，中國土木水利工程學會，p7-85~7-122，1986。

16. 陳信雄“防砂工程學”國立編譯館，明文書局，1992。

17. 陳禮仁、謝正倫、吳輝龍“1999年中日奧土石流災害防治研討會論文集”行政院農委會，1999。

18. 陳榮河“土石流災害防治之研究(一)－以南投示範區陳有蘭溪為對象”八十八年度防災專案計畫成果研討會論文集(第一冊)：氣象、防洪及土石流，16-1~16-31，2000。

19. 陳致穎“梳子壩與受土石流衝擊時動態行為之研究” 國立中興大學土木工程研究所，2000。

20. 陳晉琪“土石流發生條件及發生機率之研究”，國立成功大學水利及海洋工程研究所，2000。

21. 連惠邦、柴鈁武、柯志宗“土石流梳子壩之設計方法”中華水土保持學報31(4)：257-265，2000。

22. 游繁結“土石流碰撞效應之探討” 中華水土保持學報26(1)：57-65，1995。

23. 黃育珍“混凝土梳子攔阻功效之研究”國立中興大學土木工程研究所，1998。

24. 詹錢登“泥石流流動特性實驗(二)”行政院國科會，1997。

25. 詹錢登“含砂濃度對含砂水體流變參數的影響之初步研究”第一屆土石流研討會論文集，1997。

26. 詹錢登“土石流概論”科技圖書，2000。

27. 劉格非“土石流攔阻壩上之應力分析”行政院農委員會計畫成果報告，82科技-2.6-林-16序號：7，1993。

28. 劉格非“攔阻土石流結構物上受力之研究”行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告NSC 82-0414-P002-022B，1994。

29. 劉格非、周文孝“土石流的穩定分析”國立台灣大學土木工程研究所碩士論文，1994。

30. 劉格非、楊茂榮“土石流受山凹變化影響之流況”第七屆水利工程研討會論文集：G113-222，1994。

31. 劉格非、李峰昌“土石流撞擊機制之試驗分析”The Chinese Journal of Mechanics，Vol.13，No.1，March 1997。

32. 賴佳伴“開放式攔砂壩攔阻功效之研究”國立中興大學水土保持研究所碩士論文，1996。

33. 謝正倫、蔡元芳“土石流扇狀地之研究”，國立成功大學水利及海洋工程研究所，1998。

34. 謝正倫、陳俞旭“崩塌物形成土石流之變遷過程研究” 國立成功大學水利及海洋工程研究所，2001。

35. 錢寧、萬兆惠“泥沙運動力學”中國大陸，科學出版社，1991。

36. 水土保持局“水土保持手冊－貳、工程篇”中華水土保持學會，p2-37~2-52，1992。

37. 行政院農業委員會“水土保持技術規範”行政院農業委員會，2000。

38. Banold,R. A.,“Experiment on A Cravity-Free Dispersion og Large Soild Spheres in a Newtonian Fluid Under Shear”Proc. Roy. Soc. London，Series A，225，pp.49-
63，1954.

39. Busnelli, Marcela M., Guus S. Stelling,and Michele Larcher“Numerical Morphological Modeling of Open-Check Dams”Journal of Hydraulic engineering，P.105~115，february，2001.

40. Chen C. L.“Generalized Viscoplastic Modeling of Debris Flow”Journal of Hydraulic Engineering，ASCE，114(8)，877-887，1986.

41. Chjeng-Lun Shieh，and Yuan-Fan Tsai“Experimental study on the configuration of debris-flow fan”ASCE，P133-142，1997.

42. Conpbll, R.H.“Soil Slide, Debris Flows,and Rainstroms in the Santa Monica Mountains and Vicinity,Southern California”U.S. Geological Survey Professional paper851，P.51，1975.

43. Hampton M. A.“Buoyancy in Debris Flow”，J.Sedi. Petr.，Vol.49，No.3，pp.753-758，1979.

44. Hanes D.M. and InmanD.L.“Observation of Rapidly Flowing Granular Fluid Mixtures”J.F.M.，Vol.150，pp.357-380，1985.

45. Hungr O. and Morgenstern N.R.“Experiment on the Flow Behavior of Granular Material at High Velocity in an Open Channel Flow”Geotechnique，Vol.34，pp.405-413，1984.

46. Major,J. J., and Pierson, T. C.,“Debris Flow Rheology：Experimental Analysis of Fine-Grained Slurries”Water Resources Research ，Vol.28，No.3，pp.841-857，1992.

47. Ray K.Linsley、李文彬譯“WATER RESOSOURCES ENGINEERING”曉圓出版社，(上)P.212~226，1986.

48. Takahashi, T.,“Debris Flow on Prismatic Open Channel”J.Hydr.Div,ASCE，Vol.106，No.Hy3，pp.381-396，1974.

49. Takahashi, T.,“A Mechanism of Occurrence of Mud-Debris Flows and Their Characteristics in Motion”Annuals of Disaster Prevention Research Institute，Kyoto Univ.，
Kyoto，Japan，No.20B-2，pp.405-435(in Japanese)，1977.

50. Takahashi, T.,“Mechanical Characteristics of Debris Flow”Journal of Hydraulics Div.，ASCE，Vol.104，HY8，pp.1153-1169，1978.

51. Takahashi T.“Debris flow on prismatic open channel”J.Hydr.Div，ACSE，Vol.106(3)，P.381-396，1980.
52. Tamotsu Takahashi“Debris Flow”International Association for Hydraulic Research ，Published by A.Balkema，Rotterdam，and Brookfield，1991.

53. Takahashi T., Nakagawa, H., Harada, T. and Yamashiki, Y.,“Routing Debris Flows with Particle Segregation”Joural of Hydraulic Engineering.，ASCE，118，No.11，pp.1490-1507，1992.

54. 山口伊佐夫“現代林學講義”防砂工學，P.71~80，1985。

55. 下田義文、鈴木真次、石川信隆、古川浩平“個別要素法によるコンクリート製砂防ダムの衝撃破壊シミュレーション解析”土木學會論文集No.480/VI-21,pp.97~106.12.

56. 水山高久“防砂ダムに對する土石流衝擊力算定とその問題點”新防砂第112號，P.40-43，1979。

57. 水山高久“土石流に関する実験的研究”‧地形9－4,pp.269-277，1988

58. 水山高久“土石流之實驗相似性”新防砂Vol.46 No.3(188)，P.35~39，September，1993.

59. 水山高久、下東久已、中西宏、松村和樹“鋼管製透過型砂防ダムに對する土石流荷重に關する實驗研究”新防砂No.37，P.30~34，1985。

60. 仲野公章、右近則男“砂質崩土の衝擊力に關する實驗研究”新砂防第144號，P.17~23，1985。

61. 高橋宏治“土石流に對應する砂防ダムの設計荷重は關する研究：人工洪水波發生實驗”新防砂地81號，P.5~13，1971。

62. 高橋保“土石流發生に流動の關研究”京都大學防災研究所年報，第20號B-2，P.405~435，1977。

63. 高橋保“洞谷土石流にっぃ”新砂防第118號，P.42~46，1981。

64. 高梨和行、村岡俊丸、佐藤義晴“立體格子型鋼制製砂防ダムの機能にっぃて”新砂防第148號，P.4~11，1987。

65. 渡邊正幸、水山高久、上原信司“土石流對策砂防設施に關する檢討”新防砂第115號，P.40~45，1980。

66. 蘆田和男、高橋保“土石流の調節制御に關する研究：立體格子型砂防堰堤の水理機能”京都大學防災研究所年報第23號B-
2，P.433~441，1980。

67. 瀨尾克美、水山高久、上原信司“砂防ダムにょる土石流の制御に關する實驗研究”新砂防第129號，P.17~23，1983。

校內：2005-08-05公開
校外：2005-08-05公開

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