《溪床边坡土体崩坏形成土石流之机制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《溪床边坡土体崩坏形成土石流之机制（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、溪床遏坡土髓崩壤形成土石流之横制0 c c u r r e n c eM e c h a n i c so fD e b r i sF l o wT r i g g e r e db yL a t e r a lL a n d s l i d e王昭雯C h a o W e nW a I l o逢甲大学水利工程华系研究生速惠邦H u i P a n gL i e n逢甲大牮水利工程研究所教授郭惟仁W e i R e nC h e n g逢甲大肇水利工程_ 挚系研究生摘要 岔解决遏去土石流蹬生横制中忽略雨岸遣坡土髓崩滑影辔的嗣题，本 片呵文捉由斜面堆横土髓之崩壤模式出餐，配合丙岸遣坡德定性分析扣
2、 促使崩壤土髓流勤化之力擎规律，推尊出崩壤土髓土石流化的力擎械制， 亚辅以渠槽斌醣分析，探讨土石流之餐生橇制，其主要贡教在於说明水流冲厣】澳床致使河床面下切，逛而促使溪流雨岸基聊流失，造成雨岸土髓失 德崩落溪床而形成土石流之臻生僚件，巽於迥去忽略雨岸遣坡土髓的影警，馑考虑迢流汁刷溪床堆稽土砂形成的冲刷型土石流磷生模式。A B S T R A C T T no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mo fd e b r i sf l O Wt r i g g e r e dn e g l e c t e dt h el a t e r a l1 l a n d
3、 s l i d e t h i sp a p e rw i l ls t u d ys l o p ef a i l u r ew i t ht h es l o p es t a b i l i t ya n a l y s i sa n d 山em e c h a n i c so fd e b r i sf l o w A n de x p e r i m e n to nc h a n n e l i nl a bt oa n a l y s i st h eo c c u r r e n c em e c h a n i c so fd e b r i sf l o w I te
4、x p l a i n st h es c o u ro ft h es t r e a mf l o wa n dm a k e st h eb e dd e g r a d e dI tw i l lm a k e 山el a t e r a ll a n d s l i d ea n da p p r o a c ht ot h ec o n d i t i o n st ot r i g g e rt h ed e b r i sf l o w T h ep a p e rw i l lc o n s i d e rt h ei a t e r a ll a n d s l i d e
5、d i f i e r e n tt Oj U S tc o n s i d e rt I l es c o u ri ns t r e a mb e dm o d e lb e f o r e 溪床遗坡土睦崩壤形成士石流之檄制一、前言台湾地匡山势陡峻、降雨集中且登沛，且因坡地人属明骚迥度，使得坡地炙害频傅。台湾常见的坡地炎害主要有崩塌、地滑及土石流，其中土石流因爆 骚突然、破壤力强大，每每臻生皆造成 许多的伤亡。逛一步更舍使得山髓破碎，更易密生炎害。遏去研究常忽略雨岸遗坡土髓的影窨，懂考虑逗流汁刷溪床堆稽土砂形成 的冲刷型土石流。然而研究台湾地匿所磴生的土石流型熊，可以蟹现除了溪床表面因土石
6、流的冲刷作用有明朝的下切刷深外，其雨岸遗坡土髓也有明颗之崩 落现象。徙固外的文觑也可以骚现同揉的现象，日本中筋氏r 1 9 7 7 ) 祠查仁淀川 1 4 0 佃土石流炙害磴生叵，其中可以磴现土石流蹬生频率较高的畿往颠型，其 替生畸溪流沿岸皆伴随著大小规模不一 的崩塌。目前圈内大部分之土石流研究主要是於河道之每限遽坡穗定分析中， 馑就水流汁刷溪床泥砂所桶餐土石流之现象分析。於雨岸遗坡土髓崩落而引疆 土石流部分，仍甚少被提厦。因此本研究将斜封溪床遣坡土髓崩壤形成土石流 之横制部分作相鞠探封。二、文献回麒高檑( 1 9 7 7 ) 针封一熹限遗坡厚度均 匀之堆稽土髓，在假彀土髓没有黏鲒性、浸水土髓
7、已逮饱和且土髓孔隙水沿 斜面方向渗流等僚件下，建立土石流骚 生之理输模式最具代表性。之後困内相J 司研究粗告接著镫表，有以地形因素及 土髓含水量探封土石流之骚生规律，或以力睾德定分析建立土石流磴生之畴界 保件。而目前相嗣研究成果，多以熹限 造坡堆聩土髓之穗定性分析作属理蒲基 磺，配合孔隙水渗流状况或地表暹流水深燮化，以建立土髓崩壤形成土石流之鹾界僚件，大致分属地下水位舆堆稽面齐平、有地表迢流及地下水位於堆稽面以下等三往情形，分别整理如下所示：1 H a r r i s ( 1 9 7 7 ) 考虑水位舆堆稽面眷平，故探饱和土髓追行平衡分析，其晴界 公式即熹限遗坡分析方法中，水位舆堆稽面舜平，渗
8、流平行坡面之情形。2 T a k a h a s h i ( 1 9 7 7 ) 考虑一坡度目之燕限 畏土石堆稽居，有平行坡面之适流座 生。公式遮用於水位舆堆横居表面香 平及有地表暹流虚生之情形。3 S i d l e ( 1 9 8 5 ) 考虑熏限遗坡中有未饱和 匪存在峙之状沉。遍用情形焉水位於 堆横居表面以下厦水位舆堆磺居表面 裔平之状沉。因此，孩公式燕法分析 有地表迢流座生之戕混，而耆水位舆 堆稽盾脊平畸，分析公式亦舆H a r r i s之公式相同。4 江永哲( 1 9 8 6 ) 水位之考虑有三檀，分 别焉有迢流廑生，水位堆横詹表面弃 平及水位在堆稽居表面以下。前雨往情形，公式将舆
9、T a k a h a s h i 、林炳森公式相同。江永哲另推尊堆横土石之凝 聚力不属零之情形，唯此公式将舆T a k a h a s h i J 套式考虑凝聚力时相同，而曹水位在堆横盾表面以下，且忽略凝聚力之情沉，本公式舆S i d l e 、游繁鲒公式不相同。5 游繁结( 1 9 8 7 ) 以T a k a h a s h i 之理谕公式 焉基碇，加八渗流力之分析，推尊堆稽土髓臻生移勤时之鹾界公式。其通用情形扁水位舆堆横面脊平及水位在堆磺面以下。6 林炳森( 19 9 3 ) 考虑迢流之水深之作用。通用情形属有迢流座生、水位舆 堆碛面香平雨往，後者之情形，本公式将舆H a r r i
10、S 、T a k a h a s h i 、S i d l e 压江永哲之公式相同。7 ，连惠邦( 1 9 9 6 ) 探封溪床堆稽土髓崩壤後之土石流化周题，亚分别建立了土髓崩壤之理蒲模式，以及土髓崩壤後形成土石流之隈制保件。在土髓崩壤模式中， 由一熹限连坡厚度均匀之堆磺土髓出凳，考虑孔隙水渗流方向、固髓泥砂颗 粒嗣粘聚力、孔隙水高度比) 厦地表遥流高度比( n ) 等不同僚件，建立溪床堆稽土髓崩壤之通用模式。三、理褊分析3 1 斜面堆植土髓崩壤模式彀想在每限遣坡厚度均匀之斜面堆稽土髓上，存在一可能移勤盾，厚度扁 ，斜面平均坡度焉臼，孔隙水沿著斜面之渗流角度属f ( f _ 渗流方向舆地表面之
11、爽角) ，且浸水土髓颗粒焉鲍和。考虑水流在斜面土髓表面之上及下的水位燮化，封水流舆土髓本身问推移力和阻抗力之影窖，令地下水流高度比( m = 。H ：h 。= 地下水位於可能移勤居之上的深度) 及地表暹流深度比( B h 。H ；h a = 表 面流水深) 雨比值分别表示水流於斜面土髓表面之上、下的分布状沉，监有如下之性臂：1 曹0 m 耋，峙，表土髓表面熊任何地表水流( F o ) ，只有土髓内部存在著孔隙水流，故地表暹流深度比H = O ；2 曹m = 1 畸，表地下水位舆地表面评 平，且土髓内部巴连完全饱和，若此 时地表面仍熹地表迢流，则地表暹流 深度比n = 0 ；惟若已座生地表遥流晴
12、，则n 0 ，J - n = h 。，日：3 嚣m = 0 峙，表斜面土髓在可能移勤詹厚度内燕任何水流，故n = 0 。作用於土髓推移力丁属土髓自重沿著斜坡方向分量、土髓地表面以上液相水髓自重沿坡面方向之分量舆渗流力沿斜坡方向分量等三部分之和，即r 2 f + H i “8 玎1 0 + 帆8 m 0r 3 1 )式中，W = 土髓浸於水中之重 量；= 土髓地表面以上之液相水髓重量。r 。= 表面水流单位重【= ( r 。一，。) f o +r 。 ；r = 固髓泥砂颗粒比重量；r 。=水髓比重量：c 。，= 堆稽土髓之泥砂髓横 渡度。短整理可表属r = 【( ，。一m ，1 十y 。+ ”，
13、。】Hs i n 口7 3 - 2 t在阻抗力( r e s i s t a n c ef o r c e l 方面，主 要是来自於可能移勤属内固髓泥砂颗粒本身之粘聚力和正向庶力( 土髓在水中自重和水流向下渗流分力) 所造成之摩擦力，及土髓表面流中泥砂因相互碰撞所 座生之阻力，包括流勤中流髓颗粒周的液髓剪切力( f ，) 和流髓在遂勤中相互碰撞座生的剪切力( r 0 ，表扁方程式，即R 2 c + ( 1 ：”+ W , “ c o s 0 ) ”，+ 。f 3 3 )式中，C F 土髓粘聚力( c o h e s i o n ) ；m n 4 , = 静摩擦傈敷：= 7 7 ( r r r
14、。) D 。c o s o ：rr = ( r ，一厂。) C o b o C O S 曰t a n 甜。D 。= 床面 泥砂特微粒往；z = 综合保数，舆静摩擦保数、泥砂颗粒形状、级配、排列及其粘聚特性等因素综合影窖的修正傈溪床漫坡土盛崩壤形成土石流之檄制敷，需由赏测资料决定之。而根攘力学乎衡蛹保得知，曹推移力舆 阻抗力之比值三：z R( 3 4 )晴，则斜面堆磺土髓庭於畴界崩壤状惩，此峙只要些微外力作用，即可能座 生大规模土髓之崩壤。式中，z 焉崩壕保敷。因此，符合式( 3 9 ) 保件峙，斜面土髓可能移勤之僚件即可由式( 3 2 ) 和( 3 3 1 代八式f 3 4 ) 中攫得。3 -
15、 2 遥流冲刷堆稹土髓之破壤模式由於输送水流的溪流床面堆横土髓，除了因畏期乾旱尊致地下水下降，否则在辱常水流及河岸蓄水的不断椭充之 下，其内部含水通常都能庭於饱和戕憩，是故溪流床面堆稽土髓多由於水流的作用，始能座生大规模的土髓移勤及破壤。如前所迎，在建立迳流冲刷土髓崩壤械制时，主要考虑的因素是地表迢流深度之燮化，而土髓内部含水视扁饱 和，即= 1 舆H 母0 ，曹崩壤保数z = 1 0时，溪床堆稽土髓庭於酶界破壤状况，其相封土厝移勤厚度可寓属旦：堡二& 坐竺竺兰竺旦二兰坐! 型丛：监生 h ，- 帅“。删+ ，w “。( 1 枷4 “种r 3 5 )式中，c 。= 溪床表面入流水流之泥砂髓横渡
16、度，其土髓可能移勤屠厚度扁 H 。曹入流之地表水流泥砂健稽渡度连到饱和畸，即C 。= C a 。( C a e = 平衡泥砂髓稽 漉度) ，溪床泥砂即魔於一獯冲淤勤悠平衡状憩，故土髓可移勤居厚度H = 0 ，代入上式经整理可得丝：，生二生 h ，“C ，( 3 6 )l ，一， ( t a n 0 一L a r I d ) 式中，”万丽而磊而万而丽丽万，且值大於零。如圊3 1 属溪床坡度舆保敦X 之明保圈。固中，曹溪床坡度目= 2 5 5 。峙，保 敷值趣於每限：遣表明，曹溪床坡度连到违穗坡度畸，只要土髓连到饱和戕 惩，甚至短由地下水流之渗流作用，就 可能激骚土髓的崩壤。由( 3 7 ) 式得知，在已知的入流僚件下，求解土髓可能移勤厚度峙，必须先求解平衡泥砂髓稽渡度巳。根璩速惠邦( 1 9 9 6 ) 研究鲒果，平衡泥砂髓横渡度可表属：导2 扣”川+ 瓜”川。4 川r 3 _ 7 _ a 1其中。!
