变形效应对土体位移与水力特性之影响及其不确定性分析.PDF

臺灣水利　第 57 卷　第 2 期 Journal of Taiwan Water Conservancy 民國 98年 6 月出版 Vol. 57, No. 2, June 2009 變形效應對土體位移與水力特性之影響及 其不確定性分析 The Influences of Deformation Effect on Soil Displacement and Hydraulic Property and the Uncertainty Analysis 王　士　榮 徐　國　錦* HIH UNG ANG UO HIN SU S -J W K -C H 國立成功大學 國立成功大學 資源工程學系博士班研究生 資源工程學系副教授 摘　　　　　要 土體受到應力與抽水會產生變形並引起超額孔隙水壓變化。由於土體變形會造成孔隙 率、傳導性與彈性特性之改變，進一步影響流體與土體在地層中之耦合行為。本文使用孔 彈性理論為基礎，推導因土體變形造成孔隙率、水力傳導係數與楊氏模數變化之數學關係 式。研究中考慮水力傳導係數為隨機變數，在一維度之三種不同邊界條件設定下，以蒙地 卡羅法求解耦合非線性孔彈性理論偏微分方程式，估算孔隙率與水力傳導係數之改變量及 其不確定性，並探討變形效應對模式之影響。研究結果顯示，楊氏模數之改變對變形之影 響可忽略，而最大平均孔隙率與水力傳導係數在不同案例中之變化均呈現非線性行為，且 其最大變異數在考慮排水邊界時相近。不同邊界狀況下之模擬結果顯示，變形效應對應力 趨動模式之平均位移影響極小，而在水流趨動模式下，明顯增加位移與超額孔隙水壓之平 均值與變異數，並延後模式達到穩定之時間。考慮土體變形引起之參數變化，可更精確地 推算變形與水壓變化，因此進行相關模擬與計算時需要加以考量。 關鍵詞 ： 蒙地卡羅法，應力，排水，孔隙率，水力傳導係數，不確定性。 ABSTRACT Stress and groundwater withdrawal acting on the soil body will induce the deformation and pore pressure change. The deformation of the soil changes the pore size which might change the values of porosity, hydraulic conductivity, and elasticity and, therefore, affect the coupled behavior of the soil-fluid system. This phenomenon is called the deformation effect in this paper. Based on the poroelastic theory, the equations of porosity, hydraulic conductivity, and Young s modulus related to deformation are derived under the assumption ’ of the incompressibility of the soil grains.