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1、第十二届海峡雨岸水利科技交流研讨舍，2 0 0 8 年1 0 月，北京土石流衡辇力之畴同序率分析裼凯钧黄宏斌林德哲塞湾大擘生物瑕境系统工程孥系摘要土石流在流勤畴，一遇防砂塌、梳子爝、民宅房屋等障碾物，往往虚生比洪水遇大之衡擎力，造成人民生命财虚舆公共毅施莫大破壤舆损失，因此如何估计土石流衙擎力，以作捣土石流可能骚生匾域中各项建物之毅计参考，菊一重要裸题。本研究搜集圜内外文献後，袋现土石流衙擎力之估算，不同公式同之差昊甚大，甚至可逵1 0 3 1 0 4 倍。由於土石流衙擎力之估算尚未有定揄，本研究造行寅黢，绸配髓稹渡度在3 5 、4 5 、5 5 及6 5 之土石流撞擎壁力针。菊嘹解颗粒衙擎或
2、流髓勤墨瞬同之胍衢力，以觏察巨碟衙擎或流髓勤矍碰桶到障碾物畴力量随畴同之燮化情形。寅黢结果骚现罩黠瞬同被颗粒撞擎所受之力，大於流髓勤量燮化之量值，也就是藐，在碟石型土石流可能流骚生虎，在安全前提下，虑考虑土石流中巨碟之撞擎。上- 工-一、刖舌土石流在流勤畴，一遇防砂塥、梳子塌、民宅房屋等障碾物，往往麈生比洪水遇大之衡擎力，造成人民生命财虚舆公共毅施莫大破壤舆损失，因此如何估卦土石流衡擎力，以作捣土石流可能霰生匮域中各项建物之投针参考，遂成稳一重要裸题。本研究搜集固内外之研究骚现，欧洲等地之晕者建蔷在估针土石流衢擎力畴，燕输是碟石型或是泥流型土石流，皆视施整髓流勤之遭髓( c o n t i n
3、 u m ) ，以流髓勤量燮化，即流髓勤壁力公式去估算土石流衡擎力 Z a n u t t i g ha n d L a m b e r t i ，2 0 0 6 ；2 0 0 7 】，即： 毋= Kxp x 哆矿( 1 )式中，尸羯罩宽流髓勤墨力( k g f m ) ；K 稳保敦；p 稳流髓整髓密度( b u l kd e n s i t y ,k g m 3 ) ；办厂菊流髓深度( m ) ；u f 稳流速( m s ) 。 在塞淳、日本等地之晕者 山口伊佐关，1 9 8 5 ；水山高- 久，1 9 7 9 ；道就2 0 0 2 ；迸繁统1 9 9 2 ，剐倾向将土石流衙擎力再分成流髓衙
4、擎力舆巨碟衡擎力2 穗，例如：薹湾地匾在塥髓之毅静手册中，即将巨碟衡擎力纳入安定桧定分析【逢息瓤2 0 0 2 ，其中，流髓衡擎力则以流髓勤墨力公式去估算，巨碟衙擎力剐是以罩一颗粒撞擎艚面之衙擎力造行估算，即：3 4 5，= K c 扩2 R 2( 2 )式中，稳巨碟撞擎力( k g f ) ；K c 舄保敦；U 菊巨碟速度( m s ) ；g 羯巨碟直径( m ) 。分析上述2 檀土石流衙擎力公式，以流髓勤壁力公式所估算之土石流衙擎力往往比巨碟衙擎力小1 0 3 “ - - - 1 0 4 倍，差吴甚大，就算是馑考虑巨碟衡擎力，不同文献各公式针算出之衡擎力差冥性亦在2 “ 3 倍之同，如表1
5、 所示。若料算出之衡擎力太大，舍虚生设针之工程横造物尺寸遇大，甚不缝清；若公式静算出之衙擎力鞍小畴，则可能有安全上之同题。表l 不同擘者之巨碟撞擎力公式晕者公式水山高久( 1 9 7 9 ) 一理输式水山高久( 19 7 9 ) - 烧岳土石流寅测资料修正山口伊佐夫( 1 9 8 5 ) 理瀹式山口伊佐夫( 1 9 8 5 ) 妙高高原土石流寅测资料修正逵惠邦( 2 0 0 2 )F ：2 4 1 U 1 2 R 2F = 4 8 2 U 1 2 R 2F ：4 2 6 U 1 2 R2F = 5 0 U 1 2 R2F ：2 0 。2 U D B ：= 8 0 2 U 7 5 D = 8 0
6、 8 U 7 7 5 R 2= 。2由於土石流衙擎力之估算尚未有定输，本研究造行寅黢，调配髓横渡度( 在3 5、4 5 、5 5 、6 5 之土石流，在不同坡度下撞擎壁力针。羯嘹解巨碟衢擎或流髓勤墨瞬同之胍衙力，以觏察巨碟衙擎或流髓勤墨碰勰到障碾物畴力量随畴两之燮化情形，因此衡擎力量测系统之探檬频率( s a m p l i n gf r e q u e n c y ) 不能太低，本研究量测衙擎力遴用之探檬频率逵2 0 0 H z ，可觏察到每0 0 0 5 s 力量之燮化。希望能藉由分析衙擎力舆畴嗣网保圃，嘹解使用何獯土石流衙擎力公式，较符合寅隙撞擎情形。二、研究方法土石流衙擎力弑黢之配置如
7、圆l 所示，在流速量测方面，本研究量测球嗣阴放畴两以及土石流流出畴同以静算土石流之平均流流速，至於泥砂髓稹渡度白值，剐是事先在漏斗中调裂完成，最後在球蠲网放前，阴放衙擎力量测系统，纪缘壁力值。在土石流衢擎力弑验方面，本研究揉用1 穗混合粒料( 粒径分怖如固2 所示) 、1 獯渡度( 5 8 ) ，重梭2 次以上觏测不同弑黢傺件下袋生土石流畴之衙擎力，弑验步骤蔑明如下：( a ) 在遣行弑黢之前，捣碓定使用之墨力静( 1 0 a dc e l l ) 是否辈碓，先遣行墨力射之桧定，监以此榆定结果修正弑验中，墨力静所测得之衡擎力。( b ) 将所需之土砂加水置於漏斗中，( c ) 丽放球蠲造行衡擎
8、力之量测，重祓造行5 0 次，蓝取出最大5 组，即假彀混和3 4 6粒径通遇百分比D 9 0 之颗粒撞擎墨力针。( d ) 改燮不同流量，重梭步骤( b ) 、( c ) 。衡擎力量测系统之装侑是由日本K Y O W A 公司生廑，包含墨力针1 组( R a t e dc a p a c i t y = 2 3 9 5 k g f c m 2 ) 以及i n s t r u N e t1 0 0 撷取盒系统。稳量测巨碟衡擎或流髓勤墨瞬 同之胍衡力，以觐察巨碟衡擎或流髓勤壁碰桶到柱髓瞬同之力量傅遽情形，因此衡擎力量测系统之探檬频率( s a m p l i n gf r e q u e n c
9、y ) 不能太t 氐 Z a n u t t i g ha n d L a m b e r t i ，2 0 0 7 。本研究量测衡擎力逶用之探檬频率逵4 0 0 H z ，可觏察到每O 0 0 2 5 s 内力量之燮化。 卜圊1 寅黢配置圊圆2寅验土壤粒径分怖固3 4 7三、结果舆封输寅验结果如表2 所示，以第7 组之寅骑羯例，畴蔺序率固如固3 所示。根按圜3 ，土石流是在4 4 6 7 5 s 晾接桶到壁力针；由於土石流稳固髓( 颗粒) 舆液髓( 水) 之雨相流，在碰撞网始後，可能捣液髓部分或是固髓部分撞到墅力补，且大部分畴同皆捣液髓部分接髑到墨力静。圊3 中，在4 4 6 7 5 s 後
10、，可赣现少部分资料黠突高，本研究勰捣此畴稳固髓撞擎之结果，而绝大部分之资料，则稍比撞擎前资料高，虑羯土石流中液醴部分撞擎之结果。根撩表2 ，撞擎後1 秒内量测到之平均壁力如“每0 0 0 2 5 s 一黠，共4 0 0 黠平均) ，接近流髓勤壁力公式所估算之衙擎力之值，即( 1 ) 式，但是若取每0 0 0 2 5 s 罩黠胍衙力( 表2 中户菊寅验量测所得之墨力最大值) ，剐鞍接近巨碟衡擎力公式估算之值，即( 2 ) 式，也就是就，以流醴勤墨力公式造行估朴，虑弱在平均1 秒内障磺物之受力；而巨碟衙擎力公式所估针的，则捣罩黠瞬同被颗粒撞擎所受之力，此一结果也符合估算流髓勤墨力或巨碟衡擎力之物理
11、假彀，因羯在估算流髓勤墨力畴，是估算每秒重量之流髓( 包含流髓中固相及液相部分，即流量乘以流髓整髓密度) 撞擎障碾物之勤量燮化量，而巨碟衙擎力公式则是由颗粒同完全弹性碰撞瞬同之勤量燮化量所估静得乘。寅验中各组所量得之墨力最大值，舆颗粒在空氟中弹性碰撞，豹小1 0 1 倍左右。在表l 中，日本擎者【山口伊佐无1 9 8 5 ；水山高久，1 9 7 9 J 推尊出岩石舆混凝土在空氟中完全弹性碰撞之理谕式，舆现地土石流骚生畴之修正式，差距亦羯1 0 1 倍，本研究所得之资料舆前人研究颓似，其原因可能羯颗粒在流髓中，由於受到流髓曳引力( d r a gf o r c e ) 及黏滞性之影窖，撞擎力舍消
12、、减所致。另一方面，土石流流髓勤量燮化理输值比寅验所所量测到之壁力平均值逯小1 0 1 倍，壹湾孥者【进繁焉芜1 9 9 2 所造行之寅黢亦有此穗结果，但豹小5 “ - 6 倍左右；其他地匾晕者 A r m a n i n ia n dS c o t t o n ，1 9 9 3 ；D a i d o ，1 9 9 3 ；L i c h t e n h a n ，1 9 7 3 ；S c o t t o na n dD e g a n u t t i ，1 9 9 7 ；Z a n u t t i g ha n dL a m b e r t i ，2 0 0 6 f l t J 勰稳小4 “
13、- 1 2 倍，也就是靛，其他研究所得之缝黢式舆式( 1 ) 之参敷颓似，但式中之K鹅2 5 1 2 ，本研究遣部分亦舆其他研究相同，其原因目前尚燕定输，仍有待造一步研究。根擦寅黔分析结果，若要虑用在各项建物毅卦中，本研究建谶流髓勤壁力公式较逋合虑用泥流型( m u df l o m 土石流骚生虞，因泥流型土石流中，颗粒大小燮化较小，鞍羝单黠碟石撞擎之情形。至於在碟石型土石流可能流骚生虞，在安全前提下，虑以考虑土石流中颗粒撞擎力，造行毅静。3 4 8表2寅骏资料圃3 第7 组寅赣畴同序率圃3 4 9四、结输土石流衙擎力之估算，不同公式同之差冥甚大，甚至可逵1 0 3 1 0 4 倍。本研究造行
14、寅黢，调配醴横渡度在3 5 、4 5 、5 5 及6 5 之土石流，撞擎墨力静。寅黔结果赣现罩黠瞬同被颗粒撞擎所受之力，大於流髓勤量燮化之量值1 0 2 ，也就是就，在碟石型土石流可能流袋生虞，在安全前提下，虑使用土石流中巨碟撞擎力遥行毅针。参考文献A r m a n i n i ，A ，a n dP S c o t t o n ( 1 9 9 3 ) ，O nt h eD y n a m i cI m p a c to faD e b r i sF l o w o nS t r u c t u r e s ，p a p e rp r e s e n t e da tX X VI A H RC
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