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1、土石流通遇柔性铜索辋後之流勤特- | 生研究T h es t u d yo ff l o wp r o p e r t i e sa f t e rd e b r i sf l o wp a s s e st h r o u g ha ne n e r g y - d i s s i p a t i o nw i r er o p en e t林泽松Z e S o n gL i n逢甲大学水利工程掣系研究生摘要速惠邦H u i P a n gL i e n逢甲走毕水利工程孥系教授睐岳忠Y u e C h a n gC h e n逢甲大学箍政霖Z h e n g L i nZ h u a n g
2、逢甲大牮水利工程擎系研宄生水利工程擎系研究生4 - 研完保利用室内渠槽截验方式，在不同的渠床坡度、土石流搞出土 中。砂量履柔性铜索绸绸孔尺寸等保件下，探讨土石流通遇柔性铜索绸前、後土砂霓量舆缒量的改燮状况。其中，土砂簧量保以土石流通通塥髓搁描前、後泥砂髓棱渡度比表之；而土砂熄量则是以土石流通通墒髓前、後媳土砂量比表之。根撼研究结果颧示，柔性铜索绸绸孔大小舆椭阻效率直接相艄，曹柔性铜索绸镧孔约扁土石流最大粒往的2 倍峙，可使遇塌前後土石流泥砂稚横渡度减小的5 0 ，而缒土砂流出量更可降低的8 0 以上，调茚效率相曹颗著。嗣键词：土石流、柔性铜索绸、泥砂髓稽溃度A B S T R A C T TT
3、 s i n gl l e x i b l ee n e r g y d i s s i p a t i o nw i r er o p en e tt oc o n t r o lt h ed e b r i so u t f l o wa n dUl o w e rt h es c a l eo ft h ed e b d sf l o wi st h el a t e s tp r e v e n t i o na n dc u r em e t h o do fd e b r i sf l o w T h i se x p e r i m e n tu s i n gd i f f e
4、 r e n ts l o p ea n dc h a n g i n gt h eo p e nw i d t ho ft h en e tt od i s c u s st h es e d i m e n tt r a n s f e rb e h a v i o ro fd e b r i sf l o wp a s st h r o u g ht h en e t F r o mt h ep a s s i n gp r o c e s s ，w ec a no b t a i nt h ei n d e xo fd e b r i sf l o w sp r e v e n t i
5、 o na n dc u r ef r o mt h ev a r i a t i o no ft h ed e b r i sf l o w sg F l u i dP r o p e r t y ( t h er a t i oo fs e d i m e n tv o l u m e t r i cc o n c e n t r a t i o nv a r i a t i o n ) A n dg D e b r i sA m o u n t 2 ( t h er a t i oo ft h ed e b r i st r a n s f e rv a r i a t i o n )
6、F r o mr e s e a r c hr e s u l t ，t h eo p e n i n go ft h ew i r er o p en e te f f e c t st h ed e b r i sc l o g g i n ge f f i c i e n c y , w h e nt h eo p e n i n gi st w i c ea sb i ga st h em a x i m u md e b r i sf l o ws e a l i m e n td i a m e t e r I ti so b v i o n st h a tt h es e d
7、i m e n tc o n c e n t r a t i o nc a nd e c r e a s e5 0 a f t e rp a s s i n gt h r o u g ht h en e t ，a n dt h et o t a lo u t f l o ws e d i m e n ta m o u n tc a nl o w e rm o r et h a n8 0 K e yW o r d s ：d e b r i sf l o w ，f l e x i b l ee n e r g y d i s s i p a t i o nw i r er o p en e t ，
8、s e d i m e n tc o n c e n t r a t i o n土石流通遇柔性嗣索辋後之流勤特性研究一、前言在自然河溪廊道的连绩性需求及治理效率的综合考量下，土石流河溪工程治理措施经常抹用系列透遇性璃髓来降低其镫生频度及减缓致哭规模。透遏性璃髓是一柱土石流搁阻工法，它具有拥排兼借，改燮非透通性防砂蠕f c l o s e d t y p ed a m ) 全部拥搐属部分拥描之功能， 允许部分封下游不合造成危害的水髓及土砂颗粒穿遢璃髓造入河道，且透遇墒 髓嗣口的通曹配置，可以迭挥性的搁蓄土砂，具有搁粗排细之功能，而有利於降低粗大颗粒封下游彀施的直接衡攀和破壤，相曹费用。因此，近年
9、米各獯不同型式的透遇性塌不断地被提出，较常见的有梳子墒( s l i td a m ) 、切口墉( d a mw i t har e c t a n g u l a rs l i t ) 、立髓格子塥f g r i dd a m ) 等，如照片l 属各檀颊型的透遇性璃髓。相较於傅统非透遗性墒，梳子塥和切1 3 螭焉傅统非透遇性墒的改良型式，它主要是在墉髓中央部位切出一佃 或多佃矩形问口，而立髓格子墒则於墒髓中央闻口庭彀置组合式铜媾，除了可以增逛拥蓄土砂和漂流木之效果外，亦可遍曹地将嗣口宽度放大，以避免阻塞水流和生物通路。但是，立髓格子墒所探用的锏材因属铜性且必须给予通富保巷和维谨，否则在潮潺多
10、雨的山叵是很骓维持其性能的，同晴因属硬髓固定装置，具有换修不易之特性。於是，本研 究爰提出以柔性铜索桐( energv d i s s i p a t i o nw i r er o p en e t ) 舆透通性蠕共媾的概念模型，如圊2 所示。本模型保将柔性鲷索捆架彀於透遇性塌髓的阳口上，用以替代硬式的立髓格子铜耩，它除了搁材属於一般消耗品，具有更换维霞简便及惯廉之特黠外，封於土石流的搁阻效果，依日本成功的案例来看( 参考照片】1 ，只要桐孔、固定厦支撑系筑彀封得宜虑可磴挥搁阻之效果。由於柔性锏索桐封土石流的搦阻效果，舆其绸孔大小和溪床坡度、土石流描出熄土砂量等因素密切相相阴，故本研宄撅利用
11、室内渠槽试除取得相脯的贵测资料，以分析建立柔性钢索搁拥阻效率的表连式，提供工程毂计之参探。照片1 具有钢裤村纽立之透遇性塌髓二、前人研究柔性蜘索绸是公路遗坡落石防谨的重要楫造物，除了E l 本有少数的案例外，鲜少遵用於土石流滑势溪流作属防灾用途。根糠财圈法人中莘民固缳境保镬文教基金岔研究成果( 1 9 9 7 ) ，瑞士公路主管罩位将岩坡落石的防谨措施分焉四佃居级，封於中度危险路段的防谨探用覆盖镀锌姻缘绸、铜壕绸国雅或填篥擂石璃用以捕捉落石；其中，姻缘镧保以高强度铜镰编械成囤碾绸面，再配合 锚碇的娥柱在坡趾或坡面组合而成，娥柱部份另以铜缆以弹性方式固定，用以消除落石的衡鼙力。即百晖f 1 9
12、9 8 ) 曾在北部横贯公路鹰棠砂石埸造行现埸落石 斌验以评估落石防磋绸的功能，落石防煎辋保使用铜柱垂直琅拼柔性钢境壤蛹在通切的位置中，铜缳藉由燮形勤作抵销落石能量，曹落石衡擎能量超遇铜缆缳辋之最定值峙，能量畲被傅遮至安置铜缆缳桐的慈吊铜缆、侧向支撑钢境及地锚繁缆的消能壕装置上。连柄J 慎( 1 9 9 9 ) 及胡寅麟和连柄顺( 1 9 9 9 ) 提出一佃横架非缘性简易有限元素雹腊模概方法以评估柔性铜缆缳绸落石防镬系统之蹬形情况。胡蜜麟( 2 0 0 0 ) 强调以柔克 刚是柔性系统的主要设计理念，利用结耩物受撞擎暗虚生的大量燮形以抵销由落石或土石流於连勤遇程中所座生的能量而阻擂之。黄景川
13、( 2 0 0 2 ) 回额E l 本相 j 研究的文廑l = 指出，柔性鲷圈高消能落石防髓纲自1 9 9 7 年左右引逛於日本之遣坡落石防炎工程，短遇现地大型截 喻，静力加载斌腧及肯地虑用，迄今已镫贵其扁一安全肯用之工法。除了公路透坡防落石功能外，D e N a t a l e ( 2 0 0 1 ) 在美园奥勒崮的u S G S 人工渠槽( a r t i f i c i a lf l u m e ) 中，以肯滕尺寸 测试三獯蜘索反一獯铜圈裂造的四程柔 性阻酸物缓和土石流之功能，经遇六次的斌聆谧赏遍曹敖计的铜索厦铜圈柔性阻凝物可有效缓和或完全控制小规模的 土石流，如照片2 所示。在日本方面
14、，将柔性铜索辋彀置於野溪上作属搁阻土石流之用( 参见照片3 ) ，橡赏测估计，土石流流缝柔性钢索桐耩造後明颊的将粒料脱水韭使其停横，拥阻艘稽可连7 2 0立方公尺，遣颊示出柔性消能敖施缝遢详细的评估毅针之後不馑能拘拥阻落石，亦能绚拥阻土石流。再者，昧质祥( 2 0 0 2 ) 利用方形钢索框稠和四支鲴裂弹簧组成柔性铜索辋，其中钢索辋框尺寸焉l5 1 5 ，铜袋方形框使用直程3 2 铜材裂造，框内由直往2 8 的铜索分隔成九佃绸格，每佃绸格的尺寸约扁0 5 m 0 5 m ，如照片4 所示；铜袋弹簧畏6 2 5 ，弹簧外往1 6 4 ，内径1 1 4 ，材料直径2 5 ，如照片5 所示。照片2
15、人I 渠槽斌辕土石流通遇桑性搁索辋谩之流勤特性研究照片4 方形铜索框绸根壕昧唐祥( 2 0 0 2 ) 的研究，利用快速镫摁撞擎试睃模投测斌柔性纲索捆在土石流的衡擎力作用下的破壤行焉，结果颞示绸索在瞬阐的衡擎力作用下没有破壤，弹簧在连到其畏度百分之七十八的拉伸量作用下也没有损壕，柔性铜索 搁的固定装置也没有损壤。因此，若能遍曹分析土石流可能的作用力及妥善遂择弹簧的材料厦配舍良好的固定弹簧附件之施工以降低弹簧损壤的可能性，在三、理筛分析根糠连惠邦f 2 0 0 0 ) 的研究结果指出，透遇性墒髓封土石流的拥阻效率，可分驯探用泥砂髓稽澧度比( R ) 和臭因次土砂流出比f 尸) 雨参数逛行量化。其
16、中，泥砂髓稽漩度比属土石流通遇塌髓前、後泥砂髓稽滚度之值，可表焉R ：三吐L “式中，C d 。= 土石流通璃前泥砂髓稽漾度；C 。= 土石流遇璃後泥砂髓稽渡度； 泥砂髓碛漶度比保表徵土石流流髓本贸暇B5 钢裂弹簧照片3 柔性姻索稠拥阻土石流土石流骚生畸碓霄可骚挥延缓及降低土石流作用力的功效。的燮化程度。而囊因次土砂流出比焉土石流通遇塥髓前、後媳土砂髓横之比值，可表属P ：鱼 一( 2 )式中，U 产土石流通遇柔性铜索绸前之穗土砂量；U 。= 土石流通通柔性铜索纲後之熄土砂量；舞因次土砂流出比属用以表明土石流捕出土砂数量的减少状沉。固 此，本研究乃沿用泥砂髓横渡度比和熏因次土砂流出比秤估分析柔性鲷索桐封土石流的拥阻效率，如圈2 所示。圊1 土石流相嗣参数示意圈豳1 燕因次土砂流出比舆泥砂髅横渡度比之嗣保式遵用土石流通遇柔性钢索镧前、後土砂量之推估方式，将固相土砂颗粒和液相水髓爱化，依贸量守恒定律舆土石流绝量之定羲，可槿得套因次土砂流出率( n 及泥砂髓稽溃度比( 尺) 之嗣保式，即P ：i 型1 二血! I Rc “
