黏滞剪应力.PPT

當曼寧粗糙係數n值改變時，其與深度與速度相關關係如表5.5及5.6所 示，土石流深度隨曼寧粗糙係數n值增加而增加，土石流流速則隨曼寧粗糙 係數n值增加而減少，而土石流堆積土方量隨曼寧粗糙係數n值增加而增 加。當曼寧粗糙係數n值改變時，土石流深度及速度有相當的變化，顯示曼 寧粗糙係數n值對於土石流之流動過程及最終堆積型態有很大的影響，如圖 5.10、5.11所 * * Flo-2D提供動力波模式及擴散波模式模擬土石流問題。3-2式與3-3式為 代表力平衡之動量方程式，而動力波模式（dynamic wave model）為動量方 程式主體；擴散波模式（diffusion wavemodel）為省略式中最後三項。故擴 散波模式可視為一種簡化模擬的模式。 擴散波模式和動力波模式模擬結果如表5.7，最大深度、速度及堆積土 方量對於方程式的使用並無影響。 * 利用所蒐集到之災前災後DEM資料，將同一座標點之災後DEM高程減 去災前DEM高程，若為正值則代表此增加的高程為災害時土石流堆積所增 加之高度，因而利用此增加之高度及範圍定義出此分析區域的微地形堆積 型態，由此微地形堆積型態與Flo-2D數值模式所得之結果互相比對，藉此評 估數值模擬結果之合理性。 將初始模擬參數輸入Flo-2D中，其模擬結果如圖5.13。由模擬結果發現 其堆積深度比微地形判勢淺許多，且堆積位置也與現地情形相差甚遠。探 究原因可能為賓漢降伏應力太小或土石流黏滯性不夠大，造成土石流流速 過快，無法停淤於實際的堆積位置，堆積深度也不夠。 * 本研究所用的流變參數初始值之1 α =0.0811， 1 β =13.72， v C =70％。由式 3-6可得其賓漢降伏應力y τ 約為1202.2 Pa，低於2.7.3節現地土石流估計之降 伏應力；且在Flo-2D的運算中，林美聆等(1999，2000，2001)利用災後航照 及微地形比對，指出詹錢登(1997)實驗所得之流變參數偏低，並針對不同案 例而分別加以不同程度的提高；而吳政貞(2003)利用案例反算分析，得到溪 頭一帶之賓漢降伏應力約為2000Pa。林美聆等(2001)與吳政貞(2003)均進行 參數敏感度分析，發現降伏應力為土石流數值模擬時，影響堆積結果的主 控參數。 經由試誤法(圖5.14、5.15)得知隨著降伏應力的提高，最大堆積深度會 隨著提高。但是在降伏應力超過一定值(3500Pa)後，最大堆積深度反而會降 低(表5.8)，推測此乃因為過大的降伏應力讓部分土石量體堆積於渠道上而 減少堆積區的土方量。而流速會隨著降伏應力的增加而隨之降低。 而微地形判釋結果與Flo-2D模擬結果之堆積面積、最大堆積深度及堆積 土方量如表5.8，土方量比較表如表5.9所示。其中與微地形判勢差異百分比 最小為5％，故最接近微地形判勢之土石流堆積土方量之賓漢降伏應力為 2500Pa(在此僅討論數值)，而賓漢黏滯係數為10Pa-s(在此僅討論數值)，土 石流堆積土方量為798800m3 ，如圖5.16所示。 * 經詳細檢討後，將模擬結果與實際情形造成差異之主要原因如下： 1.本研究並未考慮災害發生前之地形的差異，如工程設施、建物及土地利用 的不同等等，皆會影響模擬結果與現地狀況比對的差異。 2.航空照片拍攝時，堆積之土方受到清運而影響其微地形及航空照片之判 釋，造成無法與Flo-2D模擬結果進行比對。 3.一般來說，土石流發生時，前緣處之體積濃度較高，之後慢慢降低，並有 一波一波的現象，本模式為簡化運算，因此將體積濃度給定為定值，造成 與現地狀況的差異。 4.土石流發生時間長短的不確定，以及本模式利用溢流點之清水流量歷線配 合運算體積濃度歷線而得土石流流量歷線之方法，導致流出的土方量與實 際情形有差異，進而影響最終堆積土方量及影響範圍。 5.本模式未考慮土石流發生結束後隨之而來的清水流，使堆積土方不被沖 走，因而會較現地留有較多的土方量。 大體來說，本模式及所決定之參數對於土石流災害的影響範圍，有接 近現地的結果，但模擬結果與現地土石流堆積土方量及最大堆積深度依然 有差異。 * * * * * * 流速 :土石流表面流速明顯高於平均流速，表示土石流具有表面流速比底面流速 快的特性。當土石流沿陡坡運動時，流速快可達到每秒幾十公尺，在地勢較緩和的地 區會迅速淤積。土石流流速受到粒徑、體積濃度和坡度等條件影響，泥流型 的土石流流速大約在2 ~20 m/s，而礫石型的土石流速約在3 ~10m/s 之間。 粒徑:土石流之粒徑受到地質等因素影響，其組成材料大小範圍非常廣泛，最大 可達到數公尺，最小者有0.01㎜，而在流動時的單位體積重量約在1400 kg /m3 ~2300kg /m3 。 流動現象不穩定:土石流流動的現象不穩定