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研究生: 劉惠文
Liu, hui-wen
論文名稱: 公路橋樑基礎承受土石流衝擊之破壞模式研究
Study on Failure Modes of Foundation of Highway Bridge Subjected by Debris Flow
指導教授: 陳景文
Chen, Jing-Wen
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: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 187
中文關鍵詞: 土石流衝擊力基礎破壞模式
外文關鍵詞: Debris Flow, Impact Force, Foundation, Failure Modes
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  • 根據農委會水土保持局調查結果,台灣地區目前有1420條土石流潛勢溪流,其中許多溪流與山區道路橋樑縱橫交錯。近年來桃芝颱風、敏督利颱風及艾莉颱風風災事件,大量豪雨造成山區多起土石流災害,土石流所帶來之流體壓力及挾帶的巨石、流木等衝擊力,可能造成橋樑結構受損或因河床沖刷而導致橋基沈陷傾倒,因此對於避難及救災工作造成極大的影響。
    本研究利用O’Brien and Julian 於1998年發表之FLO-2D二維數值模式,以桃芝颱風實際災害為案例,配合其雨量資料及數值地形資料來模擬土石流流動狀態,其結果包括堆積深度、流動速度及淹沒範圍等情形。
    並以FLO-2D模擬結果(流動速度及堆積深度),利用國內外學者所提出理論式進行衝擊力及掏刷深度估算,針對橋墩基礎之壞模式進行數學運算之檢核分析,再應用STABL數值模擬分析土石流伴隨洪水掏刷對橋台護坡之穩定性,暸解土石流發生時,衝擊力對橋墩基礎之災害破壞影響,以作為未來山區橋樑設計之參考。

    Debris flow occurs frequently in Taiwan during typhoon season. The fluid pressure and impact of the huge rocks and floating lumber brought by debris flow may contribute to the severe damage of structures of bridges. Since bridges play an important role in highway transportation in mountain area, the damage of the bridge, would seriously affect the job of shelter-seeking and disaster-relieving.
    The FLO-2D numerical code is used for the simulation on flow behavior of the debris flow, including the depth of accumulation, flow velocity and the range of flooding. The mathematic algorithm, STABL is also adopted to investigate the failure modes of foundation of highway bridges.

    摘要 II Abstract III 誌謝 IV 目錄 V 表目錄 X 圖目錄 XIV 符號說明 XVIII 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 研究內容 2 第二章 文獻回顧 5 2.1 土石流之定義 5 2.2 土石流種類 7 2.3 土石流之特性 8 2.3.1 ㄧ般特性 8 2.3.2 流動特性 10 2.3.3 堆積特性 11 2.4 土石流發生條件 13 2.4.1 地質狀況 14 2.4.2 坡度條件 15 2.4.3 降雨 22 2.5 土石流的運動特性 24 2.5.1 土石流體之體積濃度(Cv) 24 2.5.2 土石流尖峰流量 26 2.5.3 土石流規模 27 2.5.4 土石流危害 32 2.5.5 土石流流速 33 2.6 土石流數值模擬 36 2.7 土石流衝擊力之特性 43 2.7.1 土石流衝擊力之脈衝形成 43 2.7.2 土石流衝擊之隨機性 45 2.8 土石流衝擊力公式彙整比較 52 2.8.1 土石流流體衝擊力 52 2.8.2 土石流巨礫衝擊力 54 第三章 橋樑破壞模式 60 3.1 基礎損壞 60 3.2 橋柱結構損壞 64 3.3 橋台破壞 66 3.4 上部結構破壞 68 第四章 程式理論介紹 69 4.1 FLO-2D程式理論簡介 69 4.2 控制方程式 70 4.2.1 連續方程式 70 4.2.2 運動方程式 71 4.3 流變方程式 72 4.4 STABL程式簡介 78 4.4.1 STABL 6 程式分析邊坡穩定流程 80 第五章 模式參數決定 82 5.1 地形資料 82 5.2 降雨事件 83 5.3 土石流流量歷線與模擬時間 85 5.4 體積濃度 86 5.5 降伏應力及黏滯係數 86 5.6 土石流體中土石比重 (Gs) 87 5.7 層流阻滯係數 (K) 88 5.8 曼寧粗糙係數 (n) 89 第六章 研究區域介紹 90 6.1 十八重溪橋 90 6.2 集水區基本資料 92 6.3 地質概況 95 6.4 災害歷史 98 第七章 結果分析與討論 103 7.1 FLO-2D程式模擬結果 103 7.1.1 桃芝颱風-不同集水區模擬比較 103 7.1.2 位序法設計雨型之境況模擬 109 7.2 小結 120 7.3 橋柱及基礎分析說明 122 7.3.1作用於橋柱頂之力系 123 7.3.2 橋柱之受力情形 131 7.3.3 沈箱基礎檢核分析 134 7.4 實際案例應用 146 7.5 分析結果 148 7.5.1 橋面版損壞 150 7.5.2 橋柱破壞模式分析結果 150 7.5.3 沉箱基礎穩定性分析結果 151 7.6 十八重溪橋南側橋台礫石邊坡之模擬分析 154 7.6.1 掏刷深度估算 155 7.6.2 未掏刷前之邊坡穩定分析 155 7.6.3 掏刷後之邊坡穩定分析 158 7.7 檢核程序與評估 160 第八章 結論與建議 161 8.1 結論 161 8.2 建議 162 附錄1 實際案例計算說明 163 1.1 衝擊力估算 163 1.2 作用於橋柱頂之力系 165 1.3 橋柱受力情形 167 1.4 沈箱基礎檢核分析 171 1.4.1 沈箱基礎受力情形 172 1.4.2 沉箱穩定性之檢核 176 參考文獻 182 作者簡述 187

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    下載圖示 校內:2009-08-27公開
    校外:2009-08-27公開
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