授課老師林俐玲老師指導(dǎo)老師馮正一老師學(xué)生高志文公開(kāi)課一等獎(jiǎng)市優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

堰塞壩沖蝕破壞型態(tài)

之顆粒流數(shù)值模擬授課老師：林俐玲老師指導(dǎo)老師：馮正一老師學(xué)生：高志文

November21,2011前言文獻(xiàn)回顧PFC之基本假設(shè)模擬分析結(jié)果結(jié)論預(yù)期結(jié)果2巖坡深層崩塌易堵塞溪流，形成堰塞壩和堰塞湖。從歷史案例發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致災(zāi)情慘重的原因，並非崩塌當(dāng)時(shí)所造成，而是堰塞壩因溢流沖蝕，壩體被衝破瞬間，大量水體傾洩而下所致。本研究利用離散元素程式(PFC2D,Itasca,2008)，探討不同流場(chǎng)情形，對(duì)於壩體破壞方式的不同，與高橋保等(1988)所提出的天然土石壩破壞形式進(jìn)行比較。前言文獻(xiàn)回顧高橋保等(1988)，為了解天然土石壩的潰壩機(jī)制及過(guò)程，評(píng)估各種不同潰壩所產(chǎn)生之災(zāi)害，分析常見(jiàn)堰塞壩的破壞型態(tài)有三種：(A)壩頂溢流破壞、(B)邊坡滑動(dòng)破壞、(C)

漸進(jìn)管湧破壞。4(A)(B)(C)羅佳明等(2007)，著重於崖錐堆積型態(tài)進(jìn)行分析，應(yīng)用室內(nèi)小型落石臺(tái)物理模型試驗(yàn)，結(jié)合顆粒力學(xué)模擬軟體(PFC3D

3.0)，針對(duì)不同量體巖塊，地形坡度等條件進(jìn)行巖坡落石運(yùn)動(dòng)至堆積之力學(xué)行為模擬。文獻(xiàn)回顧←高雄小林村堰塞壩殘跡臺(tái)東龍泉溪堰塞湖→徐松圻等(2009)，以分離元素法PFC2D探討土石流體內(nèi)顆粒之運(yùn)動(dòng)機(jī)制，包含顆粒間接觸力、土體位移、土體流動(dòng)行為模式及顆粒間微觀參數(shù)影響。利用落門試驗(yàn)求得微觀參數(shù)，因子的影響程度為坡度>摩擦角>體積濃度>坡面摩擦角。文獻(xiàn)回顧羅佳明等(2011)，以小林村獻(xiàn)肚山劇變式山崩為對(duì)象，利用DEM資訊搭配分離元素法為基礎(chǔ)之模擬軟體(PFC3D)，進(jìn)行災(zāi)前地形及災(zāi)中山崩動(dòng)態(tài)模擬。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果之證據(jù)，再以物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团渲脼榛A(chǔ)，作為數(shù)值模型及設(shè)定之簡(jiǎn)化依據(jù)。文獻(xiàn)回顧PFC之基本假設(shè)顆粒假設(shè)為剛體(rigid)。顆粒間的接觸極小(點(diǎn)接觸)可忽略。接觸點(diǎn)行為以軟接觸方式表示。允許在接觸點(diǎn)上產(chǎn)生剛性顆粒重疊之情形。碰撞情形僅於顆粒對(duì)顆粒、顆粒對(duì)牆。顆?？勺杂梢苿?dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)。9顆粒間可存在強(qiáng)度的鍵結(jié)，且可受力而破壞。顆粒重疊大小與接觸力有關(guān)，可藉由力與位移關(guān)係式計(jì)算得到。顆粒幾何形狀皆為圓形，可利用指令(Clump)連結(jié)顆粒，創(chuàng)造出任意形狀。水模組無(wú)法模擬超額孔隙水壓的激發(fā)，以忽略進(jìn)行計(jì)算。10PFC之基本假設(shè)11模擬分析結(jié)果12壩頂溢流破壞參考項(xiàng)目模擬參數(shù)球元素半徑分佈範(fàn)圍(m)0.01~0.05球元素?cái)?shù)量5000孔隙率0.1牆元素?cái)?shù)量20球元素摩擦係數(shù)0.3牆元素摩擦係數(shù)1.0平行鍵結(jié)正向勁度(kN/m3)1e7平行鍵結(jié)切向勁度(kN/m3)3e6平行鍵結(jié)正向強(qiáng)度(kN/m2)7e4平行鍵結(jié)切向強(qiáng)度(kN/m2)7e413Step：31660Time：32sStep：21800Time：22s

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全鍵結(jié)完好部分鍵結(jié)破壞全鍵結(jié)破壞Step：51420Time：52s14Step：100760Time：102s15Wallid=19YaxisforceMax=-1.379e5Step=100760Time=102s16Wallid=19XaxisforceMax=3.713e4Step=100760Time=102s17邊坡滑動(dòng)破壞參考項(xiàng)目模擬參數(shù)球元素半徑分佈範(fàn)圍(m)0.01~0.05球元素?cái)?shù)量4000孔隙率0.15牆元素?cái)?shù)量20球元素摩擦係數(shù)0.3牆元素摩擦係數(shù)1.0平行鍵結(jié)正向勁度(kN/m3)1e7平行鍵結(jié)切向勁度(kN/m3)3e6平行鍵結(jié)正向強(qiáng)度(kN/m2)4e4平行鍵結(jié)切向強(qiáng)度(kN/m2)4e418Step：20640Time：23sStep：38480Time：43s

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全鍵結(jié)完好部分鍵結(jié)破壞全鍵結(jié)破壞Step：61240Time：68sStep：97060Time：108s1920Wallid=19YaxisforceMax=-1.277e5Step=97060Time=108s21Wallid=19XaxisforceMax=3.397e4Step=97060Time=108s22漸進(jìn)管湧破壞參考項(xiàng)目模擬參數(shù)球元素半徑分佈範(fàn)圍(m)0.01~0.1球元素?cái)?shù)量3000孔隙率0.2牆元素?cái)?shù)量20球元素摩擦係數(shù)0.3牆元素摩擦係數(shù)1.0平行鍵結(jié)正向勁度(kN/m3)1e7平行鍵結(jié)切向勁度(kN/m3)3e6平行鍵結(jié)正向強(qiáng)度(kN/m2)6e4平行鍵結(jié)切向強(qiáng)度(kN/m2)6e423Step：39110Time：2.7sStep：16910Time：1.4s

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全鍵結(jié)完好部分鍵結(jié)破壞全鍵結(jié)破壞24Step：166160Time：10sStep：77020Time：4.3s25Wallid=19YaxisforceMax=-2.309e4Step=166160Time=10s26Wallid=19XaxisforceMax=5.391e3Step=166160Time=10s結(jié)論在現(xiàn)地狀況下，材料應(yīng)為非均值的，而模擬過(guò)程是以均值材料為主，導(dǎo)致破壞過(guò)程與高橋保等(1988)所說(shuō)的，並非完全符合，在參數(shù)設(shè)定上需進(jìn)一步了解，才可模擬出相似的結(jié)果。預(yù)期藉不同類型之歷史案例驗(yàn)證，再分析堰塞壩破壞型態(tài)的種類、時(shí)間等各項(xiàng)差異，以提供後續(xù)堰塞湖災(zāi)害研究之參考。27後續(xù)將針對(duì)堰塞壩進(jìn)行壩體溢流沖蝕破壞整體過(guò)程的模擬，藉以瞭解水位上升至溢頂破壞時(shí)，壩體承受之應(yīng)力狀態(tài)、發(fā)生溢流沖蝕破壞之型態(tài)與時(shí)間差異。由集水區(qū)型態(tài)、雨量強(qiáng)度、地質(zhì)特性等參數(shù)，推測(cè)堰塞壩存在之時(shí)間及潰壩時(shí)之洪水量，可做為防災(zāi)避難、撤離之決策參考。預(yù)期結(jié)果Thanksforlistening29運(yùn)動(dòng)定律(LawofMotion)力與力矩產(chǎn)生力與位移法(Force-DisplacementLaw)相對(duì)運(yùn)動(dòng)