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研究生： 葉書泓
Yeh, Shu-Hung
論文名稱： 利用壓密出泥試驗決定水庫低含水量淤泥開採性質之研究
A Study of Assessing the Excavating Characteristics of Low Water Content Reservior Sludge Based on the Sludge Outflow Experiment
指導教授： 王建力
Wang, Jian-Li
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 資源工程學系
Department of Resources Engineering
論文出版年： 2010
畢業學年度： 98
語文別： 中文
論文頁數： 85
中文關鍵詞： 石門水庫 、淤泥 、採礦 、出泥試驗 、含水量 、壓密
外文關鍵詞： Shihmen Reservoir, sludge, mining, sludge outflow experiment, water content, consolidation
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    • 石門水庫之淤積狀況嚴重，造成蓄水量減少並可能發生日後潰堤之風險。因此，如何解決石門水庫淤積之問題，為當前最大之挑戰。
    本文針對使用採礦方式開挖石門水庫淤泥之構想，進行水庫淤泥之流動性評估。探討實驗室尺度中，淤泥在不同含水量、壓力與開孔直徑下主動出泥之可行性。採用土壤單向壓密試驗儀，並經過自行設計與改良的出泥試驗，以了解石門水庫淤泥受壓情況下之流動特性。
    試驗結果顯示，淤泥僅能在壓密時間為10分鐘的情況下主動流出。而以含水量觀察其流出情形， 能否出泥的含水量門檻值約為25%，而正常出泥與瞬間出泥的含水量門檻值約為45%。

    The excessive deposition of sedimentation of Shihmen Reservoir has resulted in reduced water storage capacity. Therefore, how to solve the problem of Shihmen Reservoir deposition, is a challenge for the geotechnical engineers.
    Based on using the concept of the mining method to excavate Shihmen Reservoir sludge, this study carried out a series of experiments to assess the fluidity of reservoir sludge. The feasibility of active outflow in the scale of the laboratory, the sludge in different water content, pressure and opening diameter has been investigated. Based on the one-dimensional soil consolidation test, this study designs a sludge outflow experiment to understand the flow characteristics of Shihmen Reservoir sludge in various conditions.
    The experimental results showed that the sludge could active outflow only when the consolidation time is 10 minutes. It is also concluded that the minimum water content that the sludge could active outflow is about 25%, and the water content that the outflow condition of the sludge transferring from normal condition tnto unstable one is about 45%.

    目錄 中文摘要.....................I 英文摘要...................II 致謝................III 總目錄......................IV 表目錄...................VIII 圖目錄......................IX 第一章 緒論....................1 1.1 前言...................1 1.2 研究目的...................2 1.3研究流程圖.....................3 第二章 研究背景與基本理論............4 2.1 石門水庫...................4 2.1.1 石門水庫的興建..................4 2.1.2集水區地理位置與氣象水文............4 2.1.3 大壩的設計..................5 2.2 水庫淤積與浚渫...............9 2.2.1 水庫的淤積..................9 2.2.2 現有清淤方式對台灣水庫之適用性............10 2.2.3 由庫底主動出泥之構想............12 2.3 單向度壓密.................14 2.3.1 壓密參數之決定................14 2.3.2 短應力延時試驗方法對黏土壓縮與壓密性質之影響....17 2.4 出泥試驗.....................19 2.5 相關文獻...............19 第三章 試驗設備、目的與步驟............21 3.1試體介紹.................21 3.2 阿太堡試驗.................22 3.2.1試驗目的..................22 3.2.2 試驗規範................22 3.2.3 試驗步驟................22 3.3 單向度壓密試驗.................25 3.3.1 試驗設備................25 3.3.2 試驗目的................26 3.3.3 試驗步驟................26 3.4 出泥試驗.....................28 3.4.1 試驗設備................28 3.4.2 試驗目的................29 3.4.3 試驗步驟................29 3.5 試驗規劃.....................30 3.5.1 單向度壓密試驗..............30 3.5.2 出泥試驗............31 第四章 試驗結果與討論..............35 4.1 阿太堡試驗結果.................35 4.2 單向度壓密試驗結果.................35 4.2.1 沉陷量..................37 4.2.2 孔隙比與壓縮指數Cc..............40 4.2.3 體積壓縮係數mv.................44 4.2.4 壓密係數Cv..................50 4.3 出泥試驗結果.................56 4.3.1 出泥狀況................56 4.3.2 出泥速率數據................59 4.3.3 由出泥時含水量比較出泥速率............63 4.3.4 由壓密沉陷量比較出泥速率............64 4.3.5 由孔隙比與孔隙比變化量比較出泥速率........65 4.3.6 由壓縮係數與體積壓縮係數比較出泥速率......67 第五章 結論與建議..................69 5.1 結論.....................69 5.2 建議.....................71 參考文獻..................72 附錄A 單向度壓密試驗沉陷量..........74 表目錄 表2.1 石門水庫重要設施之基本資料............7 表2.2 李盈林提出之清淤構想與傳統清淤法之比較......13 表3.1 單向度壓密試驗之試驗規劃..........30 表3.2 壓密出泥試驗，壓密時間為10min之試驗規劃.......32 表4.3 壓密出泥試驗，壓密時間為60min之試驗規劃.......33 表4.3 壓密出泥試驗，採多階載重，壓密時間為T90之試驗規劃...34 表4.1 各種土樣之初始孔隙比、最終孔隙比與壓縮指數CC....40 表4.2 採樣1之CV,C、CV,T比較............53 表4.3 採樣2於初始含水量為40%、50%之CV,C、CV,T比較......54 表4.4 採樣2於初始含水量為60%、70%之CV,C、CV,T比較......54 表4.5 壓密時間為60min與各階壓密時間為t90之壓密出泥試驗結果................59 表4.6壓密時間=10min之出泥試驗數據........60 表4.7 壓密時間為10min之出泥試驗，及以壓密試驗推估之t50與t90......................61   圖目錄 圖1.1 研究流程圖..............3 圖2.1 石門水庫流域地理位置圖..........5 圖2.2(a) 石門水庫淨水廠與抽水站位置示意圖........6 圖2.2(b) 石門水庫與後池位置之配置圖........7 圖2.4 河水夾帶沉積物與沉積物顆粒大小關係圖.........9 圖2.5 現有水庫之浚渫方法...........11 圖2.6 開設直井於水庫底部開採淤泥構想之示意圖.....12 圖2.7 Casagrande對數時間調整法..........15 圖2.8 Taylor平方跟時間調整法..........16 圖3.1 石門水庫下游沉澱池採樣位置圖........21 圖3.2 液限儀..............23 圖3.3 V字形斷面溝槽.............23 圖3.4 溝槽兩側土樣閉合長度約達1.3cm.........24 圖3.5 阿太堡試驗之塑性限度試驗過程........24 圖3.6 單向度壓密試驗示意圖............25 圖3.7 單向度壓密試驗設備...........25 圖3.8 出泥試驗裝置示意圖...........28 圖3.9 出泥試驗裝置圖.............28 圖4.1 不同採樣於初始含水量40%、50%之壓密沉陷量-受壓應力關係...................37 圖4.2 採樣2於初始含水量40%~70%之壓密沉陷量-受壓應力關係...................38 圖4.3 現地與重模採樣於初始含水量44.05%之壓密沉陷量-受壓應力關係................39 圖4.4 採樣1與採樣2之孔隙比變化量-受壓應力關係......41 圖4.5 不同初始含水量之孔隙比變化量-受壓應力關係....42 圖4.6 重模土樣與現地土樣之孔隙比變化量-受壓應力關係......43 圖4.7 採樣1與採樣2之體積壓縮係數-孔隙比變化量關係....44 圖4.8 採樣2於不同初始含水量之體積壓縮係數-孔隙比變化量關係...................45 圖4.9 現地土樣與重模土樣初始含水量皆為44.05%之體積壓縮係數-孔隙比變化量關係..............46 圖4.10 不同採樣於初始含水量為40%、50%之體積壓縮係數-受壓應力關係.................47 圖4.11 採樣2於初始含水量為40%~70%之體積壓縮係數-受壓應力關係................48 圖4.12 現地與重模土樣於初始含水量為44.05%之體積壓縮係數-受壓應力關係...............49 圖4.13 採樣1且不同初始含水量之Cv,C與加壓應力關係...50 圖4.14 採樣2且不同初始含水量之Cv,C與加壓應力關係...51 圖4.15 採樣1且不同初始含水量之Cv,T -加壓應力關係....52 圖4.16 採樣2且不同初始含水量之Cv,T -加壓應力關係....52 圖4.17 採樣1之對數法壓密係數與平方根法壓密係數關係...55 圖4.18 採樣2之對數法壓密係數與平方根法壓密係數關係...55 圖4.19 正常出泥.............56 圖4.20 瞬間出泥............56 圖4.21 出泥狀況............58 圖4.22 出泥速率-出泥時含水量關係(以出泥直徑分組)....63 圖4.23 初始含水量分別為40%、50%、60%之出泥速率-出泥前沉陷量關係.................64 圖4.24 初始含水量分別為40%、50%、60%之出泥速率-孔隙比關係...................65 圖4.25 初始含水量分別為40%、50%、60%之出泥速率-孔隙比變化量關...................66 圖4.26 初始含水量分別為40%、50%、60%之出泥速率-壓縮係數關係...................67 圖4.27 初始含水量分別為40%、50%、60%之出泥速率-體積壓縮係數關係.................68 圖A.1 初始含水量40%_採樣1之logt-d關係.........74 圖A.2 初始含水量40%_採樣1之√t-d關係.......75 圖A.3 初始含水量40%_採樣2之logt-d關係.........76 圖A.4 初始含水量40%_採樣2之√t-d關係.......77 圖A.5 初始含水量50%_採樣1之logt-d關係.........78 圖A.6 初始含水量50%_採樣1之√t-d關係.......79 圖A.7 初始含水量50%_採樣2之logt-d關係.........80 圖A.8 初始含水量50%_採樣2之√t-d關係.......81 圖A.9 初始含水量60%_採樣2之logt-d關係.........82 圖A.10 初始含水量60%_採樣2之√t-d關係........83 圖A.11 初始含水量70%_採樣2之logt-d關係......84 圖A.12 初始含水量70%_採樣2之√t-d關係......85

    1. 李盈林，「採礦工程技術應用於清除水庫淤泥以永續經營石門水庫之研究」，國立成功大學資源工程研究所碩士論文，2006。
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