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研究生: 潘慶珠
Pan, Ching-Zhu
論文名稱: 海嘯溯升流場數值模擬及水體對近岸建築結構之衝擊
Numerical simulations of Tsunami wave runup and forces on a beachfront residential building
指導教授: 賴啟銘
Lai, Chi-Ming
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 85
中文關鍵詞: 海嘯衝擊近岸結構物數值模擬分析
外文關鍵詞: tsunami impact, beachfront residential building, numerical simulations
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  • 2011年3月11日在日本福島縣外海發生芮氏規模9.0的強烈地震,隨後引發了大海嘯,對日本沿岸區域都造成相當大的災情。近年來,海嘯議題逐漸受到重視,台灣與日本相鄰,同樣地面對到地震與颱風等天災影響,因此更不可忽視海嘯侵襲台灣的可能性。
    現今計算機能力迅速發展,由於實驗室受到空間尺度上的限制,採用數值模擬將為研究的主要方法之一,本研究的目的將在於能透過CFD(Computational Fluid Dynamics,計算流體力學)進行數值模擬分析,首先為驗證數值方法的可信度,回顧文獻了解孤立波與海嘯有相似的特性,藉以國立成功大學水工試驗所孤立波研究之試驗,建立數值模式以進行模擬比對其實驗量測結果並加以驗證,比對結果無法非常準確地與實驗值相符,但所採用的速度值與波高值趨勢仍有一致性,其誤差值亦在可接受之範圍內。進而一步,探討模擬造波海嘯之行為,本研究模擬出各不同起始高度之海嘯,其中,當造波塊等速度90m/s直推運動,可造出一海嘯其上岸的最大波高已達20.93m。爾後衝擊至10公尺結構物之底層受衝擊壓力達293063 Pa並此時約在4公尺處有最大波壓414150Pa。

    The great earthquake of M_w=9.0 occurred on 11 March 2011, and subsequently caused the Tohoku-oki tsunami which caused devastating disaster in northeastern Japan and coastal towns. As the damaged nature disasters caused heavy casualties and economic losses, recently people have gradually paid their attention to tsunami issue.
    As the laboratory subject to restrictions on the spatial scale, this study through CFD (Computational Fluid Dynamics Computational Fluid Dynamics) numerical simulations analyze the impact of water force on a residential building which are located on mildly sloping beaches.
    In order to verify the feasibility of the CFD numerical methods, the velocity and wave height of the numerical simulations results were comparison with the measurement results.
    And then, this study presents the numerical simulations investigation into the impact of tsunami during the run-up process on a beachfront residential building. The results shown that the highest wave height is 20.93m when tsunami reached ashore. Later, tsunami impact to the building. The pressure of tsunami on the bottom layer is up to 293063 Pa and at this time the maximum wave pressure is 414150Pa at about 4 meters height of the building.

    目錄 摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 表目錄 VII 圖目錄 VIII 符號表 XII 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2海嘯背景 5 1.3研究動機與目的 7 1.4文獻回顧 8 1.5論文架構 10 第二章 數值模擬方法 11 2.1 理論模式 12 2.1.1控制方程式 12 2.1.2 紊流模式 13 2.2流場基本假設 14 2.2.1流場主控制方程式 14 2.2.2初始條件 15 2.2.3邊界條件 15 2.3 模擬軟體介紹 16 2.3.1 網格系統 17 2.3.2 離散方程式 20 2.3.3 壓力修正算則 23 2.3.4 鬆弛係數與收斂標準 27 2.4 自由液面與SEM數學模式 28 2.4.1自由液面 28 2.4.2 SEM model數值模式 29 第三章 數值模擬與孤立波實驗結果之比較 33 3.1實驗回顧 33 3.1.1 座標系統及相關物理量定義 34 3.1.2 實驗主要設備與水槽斜坡配置 35 3.1.3 等速直推與Goring方法之造波模擬 36 3.2 數值模型 39 3.3模擬與實驗結果之比對 41 3.3.1孤立波溯升帶之量測結果 41 3.3.2孤立波溯升帶之模擬成果 42 3.3.3模擬與實驗孤立波溯升帶之討論 47 第四章 數值模擬案例情境 48 4.1 海嘯模擬建構 48 4.2 假設震源 48 4.3 近岸地形建立說明 50 第五章 結果與討論 54 5.1 海嘯模擬 54 5.2 海嘯波壓的時間特徵 57 5.3 海嘯紀錄 58 5.3.1海嘯前緣上岸 58 5.3.2 海嘯衝擊結構物 63 5.4 海嘯影響力 66 5.4.1海嘯波壓探討 66 5.4.2水波的落下力 74 第六章 結論與未來展望 76 6.1 結論 76 6.2 未來展望 77 參考文獻 78 附錄 82

    李宜軒(2008),「斜坡上歲孤立波波高演化及溯升之實驗」,國立成功大學水利及海洋工程研究所博士論文。

    林家壹(2006),「從風險管理角度探討海岸地區海嘯防災策略–以高雄港周邊海岸地區為例」,國立成功大學都市計劃研究所碩士論文。

    黃煌煇(2005),「海嘯的模擬」,科學發展,第394期。

    黃紀翔(2002),「低溫倉儲噴流系統之實驗量測與數值模擬研究」,國立中央大學機械工程研究所碩士論文。

    蔣瀞儀(2007),「台灣地區海嘯災害潛勢評估」,國立中正大學地震研究所碩士論文。

    邱伊伶(2008),「以PLIC-VOF模擬波浪碎波過程」,國立成功大學水利及海洋工程研究所碩士論文。

    蕭士俊(2011),「淺談台南地區可能之海嘯災害」。

    許明光、李起彤(1996),「台灣及其鄰近地區之海嘯」,台灣海洋學刊,第397期,第35期第1號,頁1-16。

    張孟挺(2008),「台灣的海嘯威脅與高雄市溢淹之模擬」,國立中山大學海下科技暨應用海洋物研究所碩士論文。
    張勝凱(2001),「半導體廠災害應變模式之探討」,國立台灣大學機械工程學研究所碩士論文。

    張裕弦(2008),「孤立波溯升之研究」,國立成功大學水利及海洋工程研究所博士論文。

    陳冠宇等(2009),「台灣沿岸海嘯影響範圍與淹水潛勢分析」,交通部運研所期末報告。

    陳吉紀(2012),「日本311地震海嘯後對防災的省思」。

    陳政欣(2003),「等位函數法模擬三維自由液面流」,逢甲大學水利工程學系碩士論文。

    吳炫忠(2004),「壓電式微液滴噴射數學模擬系統之開發與實驗研究」,國立成功大學材料科學與工程學系博士論文。

    吳祚任(2011),「2011日本大海嘯之研究與省思」,土木會刊,第三十八卷第二期。

    魏妙珊(2009),「三維海嘯湧潮對近岸結構物之影響」,國立中央大學水文及海洋科學研究所碩士論文。

    Anason H.(2005), “Interactions between an Incident Bore and a Free-standing Coastal Structure ”, University of Washington, Doctor of Philosophy.

    Chinnarasri et al.(2013), “The impact of tsunami-induced bores on buildings”, Maritime Engineering, Volume 166 Issue Ma1, pp.14-24.

    Frank Lavigne et al.(2011), “A spatial analysis of the December 26th, 2004 tsunami-induced damages: Lessons learned for a better risk assessment integrating buildings vulnerability”, Applied Geography, pp.363-375.

    Goring, D.G.(1978), “Tsunami: the propagation of long waves on a shelf”, Rep.KH-R-38., M. Keck. Laboratory of hydraulics and water resources, California Institute of Technology, Pasadena, CA., pp.337.

    John W. van de Lindt et al.(2009), “Tsunami bore forces on a compliant residential building model”, Engineering Structures, pp.2534-2539.

    Li, Y.(2000), “Tsunami: non-breaking and breaking solitary wave run-up”, Q Report No. KH-R-60, W.M. Keck Laboratory of Hydraulics and Water Resources, California Institute of Technology, Pasadena, California.

    Liu, P.L.F. et al.(2005), “Runup and rundown generated by three-dimensional sliding masses”, J. Fluid Mech, pp.107-144.

    Stefan Reese(2011), “Empirical building fragilities from observed damage in the 2009 South Pacific tsunami”, Earth-Science Reviews, pp.156-173.

    Patankar, S.V.(1980), “Numerical Heat Transfer and Fluid Flows”, Hemisphere Publishing Corporation.

    Synolakis, C.E.(1987), “The runup of solitary waves” J. Fluid Mech., pp.185, pp.523-545.
    Synolakis, C.E.(1988), “Arc solitary waves the limiting waves in long wave runup” Proc. 21th Int. Conf. on Coastal Engineering, ASCE, New York, N. Y., pp.219-223.

    Synolakis, C.E. and Kong, L. (2006), “Runup measurements of the December 2004 Indian Ocean tsunami”, Earthquake Spectra 22, S3 (June).

    Tadepalli, S. and Synolakis, C.E. (1994) “The run-up of N-waves on sloping beaches,”Proc. R. Soc. L. A, 445, pp.99-112.

    Thierry Goudon and Martin Parisot(2012), “Finite Volume schemes on unstructured grids for non-local models: Application to the simulation of heat transport in plasmas ”, Journal of Computational Physics,Volume 231, pp.8188–8208

    Thurman, H.V.(1993), “ Essentials of Oceanography (4th ed) ”.

    Y.S.Chen and S.W.Kim(1987), “Computation of turbulent flows using an extended k-e turbulence closure model”, NASA CR-179204.

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