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研究生: 劉穎欣
Liu, Ying-Hsin
論文名稱: 不規則波引致之細砂質海床液化與懸浮漂砂試驗初步研究
A Preliminary Study on Soil Fluidization and Sediment Suspension in a Fine Sand Seabed Induced by Irregular Waves
指導教授: 臧效義
Tzang, Shiau-Yi
歐善惠
Ou, Shan-Huei
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: 2003
畢業學年度: 90
語文別: 中文
論文頁數: 108
中文關鍵詞: 懸浮漂砂濃度海床液化細砂質土壤不規則波
外文關鍵詞: Irregular waves, fine sandy soils, seabed fluidization, suspended sediment concentration
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  •   本研究採用一細砂質 ( d50 =0.078mm ) 土壤作為試驗砂床材料,於1m寬之斷面水槽中,以一系列不規則波進行試驗。試驗之目的為探討在特定波譜下海床孔隙水壓及土壤液化反應與懸浮漂砂濃度剖面之關聯性。試驗時於近砂床上方等間距架設五支光學式濃度計量測懸浮漂砂濃度,並於其下砂床內部架設五支孔隙水壓計,同時量測土壤反應。由孔隙水壓力量測結果顯示,細砂質土壤在不規則波浪作用下也有非液化、起始液化及連續液化三種反應。一般而言,砂床液化機制主要之決定因素為土壤滲透性。土壤滲透性越小越可能於第一次造波時,即產生液化現象。從其多階段之抬升現象可以清楚的看出,不規則波與簡諧波皆有相同之特性,即易使土壤液化層更深入砂床,可看出液化是由表層往底層深入。從同步懸浮漂砂濃度量測之結果顯示,在砂床土壤產生液化後,砂床面上各高度之濃度值有明顯上升現象。尤其是在起始液化時砂床上方 1cm 處最為明顯。最後本研究建議,應進一步用現場的波浪資料模擬進行造波試驗,並與現場所量得的懸浮漂砂資料作比較。

      In this thesis, a fine sandy seabed ( d50 = 0.078 mm ) in laboratory water tankis used to investigate the relationships between soil fluidization responses and overall suspended sediment concentration profiles induced by Irregular waves on the firm spectrum. In the experimental setup, five optical sediment concentration probes with equal vertical intervals above a sandy bed and five pore pressure transducers inside the sandbed are installed for simultaneous measurements. The pressure responses show that, under irregular waves, the sandy seabeds display also typical responses such as unfluidized, initially fluidized and continuously fluidized, respectively. In addition, a resonance mechanism can be identified on initially fluidized responses, closely associated with the permeability of the soils. Monochromatic wave and irregular waves show the same tendency that fluidization goes into the seabed, from the seabed surface. During the fluidization, our measurements show that the suspended sediment concentration increases significantly, especially at about 1 centimeter above the seabed. It is suggested that experiments under irregular waves of fields on fluidization and comparisons with the concentration and pressure in the fields.

    目錄 中文摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 VIII 符號說明 IX 第一章 緒論 1   1-1 研究動機 1   1-2 研究目的與方法 3   1-3 本文組織 4 第二章 相關背景 5   2-1 理論基礎 5   2-2 液化與共振機制 8   2-3 規則波引致之海床液化反應 10   2-4 懸浮漂砂 13 第三章 試驗設備與步驟 19   3-1 試驗佈置與設備 19   3-2 試驗步驟 20   3-3 儀器率定 24   3-4 試驗條件 26   3-5 資料分析流程 30 第四章 試驗結果 33   4-1 孔隙水壓力變化 33   4-2 懸浮漂砂濃度剖面 48   4-3 孔隙水壓力與漂砂濃度關係 64 第五章 討論 70   5-1 細顆粒海床液化反應特性 70   5-2 波浪特性之影響 79   5-3 懸浮漂砂濃度 86 第六章 結論與建議 93   6-1 結論 93   6-2 建議 94 參考文獻 95 附錄A 試驗儀器照片 99 附錄B 波浪之理論與實際能譜比較圖 101 圖目錄 圖1.1 接近碎波帶處三種之砂質海床行為 2 圖2.1 液化機制示意圖 (a) 非液化土壤結構 (b) 液化土壤結構 ( Huang, 1996 ) 9 圖2.2 代表性海床土壤反應類型:[a] Tzang (1992) 沈泥質 (d = -20cm), a1:非破壞 a2:共振式液化 a3:非共振式液化;[b]簡(2001) (d = -45cm)砂質, b1:非液化 b2:起始液化 b3:連續液化 12 圖2.3 Hay 與 Bowen (1994) 在加拿大現場量測所得儀器光學強度與波浪資料 14 圖 2.4 Smith 與 Mocke (1994) 在南非現場量測懸浮漂砂濃度與波群特性反應趨勢 14 圖2.5 黃等人 (1996) 於台中港外海試驗所得濃度歷時圖 15 圖2.6 林等人 (1998) 分析台中港外海所得波高與懸浮質濃度變化圖 15 圖2.7 彭 (2000) 試驗結果 (a) 孔隙水壓歷時反應圖 (b) 懸浮漂砂濃度歷時圖 17 圖2.8 簡 (2001) 試驗結果 (a) 孔隙水壓歷時反應圖(b) 懸浮漂砂濃度歷時圖 18 圖3.2 儀器配置之細部放大圖 ( 單位:cm ) 22 圖3.3 (1) 懸浮漂砂濃度計架設示意圖 (a) 整體架設圖 (b) 平面圖 23 圖3.3 (2) 懸浮漂砂濃度計架設示意圖 (c) 俯視圖 23 圖3.4 試驗流程圖 25 圖3.6 B-1 試次移動平均法處裡後之孔隙水壓力趨勢圖 31 圖3.7 A-3試次實際值與平均值比較 31 圖3.8 A-1 試次不規則波頻譜分析反應 31 圖3.9 起始液化反應孔隙水壓力歷時圖 (a) 原始波壓資料及放大圖 (b) 雜訊處理後及放大圖 32 圖 4.19 A 回合之孔隙水壓 ( d = -45cm ) 及濃度歷時圖 ( d = 1cm ) 66 圖 4.20 B 回合之孔隙水壓 ( d = -45cm ) 及濃度歷時圖 ( d = 1cm ) 67 圖 4.21 F 回合之孔隙水壓 ( d = -45cm ) 及濃度歷時圖 ( d = 1cm ) 68 圖 4.22 G 回合之孔隙水壓 ( d = -45cm ) 及濃度歷時圖 ( d = 1cm ) 69 圖 5.1 蘇 (1999)、彭 (2000)、簡 (2001) 及本文粒徑分佈圖 73 圖 5.2 定深度下A回合之平均孔隙水壓歷時曲線 76 圖 5.3 定深度下 B 回合之平均孔隙水壓歷時曲線 77 圖 5.4 定深度下 C 回合之平均孔隙水壓歷時曲線 78 圖 5.5 前後波高能譜比較圖 81 圖 5.6 前後波高能譜比較圖 81 圖 5.7 土槽上方壓力與波高能譜比較圖 81 圖 5.8 土槽上方壓力與波高能譜比較圖 81 圖 5.9 A-7試次連續液化反應 85 圖 5.10 F-3試次連續液化反應 85 圖 5.11 A 回合濃度歷時圖 (a) 濃度計位於底床上 1 公分 (b) 濃度計位於底床上5公分 87 圖 5.12 F 回合濃度歷時圖 (a) 濃度計位於底床上 1 公分 (b) 濃度計位於底床上5公分 88 圖 A-1 波高計及其增幅器示意圖 99 圖 A-2 孔隙水壓計及其增幅器示意圖 99 圖 A-3 FOSLIM懸浮漂砂量測系統:(a)光學感應元件 (b)增幅器 100 表目錄 表1.1 前人試驗與觀測結果 2 表1.2 前人試驗與反應模式 3 表2.1 理論靜土壓 9 表2.2 試驗土壤粒徑比較 11 表 3.1 試驗用海床土壤特性 20 表 3.2 波浪條件 28 表 4.1 試驗反應模式 36 表 4.2 不規則波作用下孔隙水壓及漂砂濃度開始抬升之時間 61 表 5.1 Tzang (1992)、蘇 (1999)、彭 (2000)、簡 (2001) 與本研究各土壤參數值 72 表 5.2 試驗土壤粒徑與液化反應之比較結果 73 表 5.3 GF值的比較 83

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    下載圖示 校內:2004-02-10公開
    校外:2004-02-10公開
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