专讨二土石流冲击力对梳子坝基础之研究.PPT

土石流衝擊力對梳子壩基礎之研究 報告者陳奕銓 授課教授：林俐玲 專題討論(二) * 綱要 前言 文獻回顧 研究方法 前言 台灣受太平洋水汽影響，全年降雨雖多，但受地形及季風影響，分布不均。 台灣亦位於兩板塊碰撞擠壓的區域，所產生的強烈地層活動影響，使地質條件十分複雜。 由於人口與經濟兩大壓力之下，可利用的平地漸飽和，使山坡地開發利用成為必然趨勢，但因山坡地土地開發缺法妥善經營管理而面臨著超限利用等問題。 近年來，大降雨強度所造成的逕流無法宣洩，加上921地震撼動後地層結構鬆動，地質更趨於破碎，導致坡面沖蝕及大規模崩塌、地滑或溪谷侵蝕、土石流等相關土砂災害，對下游居民之生命財產威脅。 緒論 文獻回顧 研究方法 * 研究動機 梳子壩為透過性壩的一種型式，是目前土石流結構性治理措施中漸漸被採用的工法之一。 梳子壩改善非透過性壩之缺點，採攔排兼備方式，使壩體上游維持適當之貯砂空間，以備土石流或高含砂流通過時，可以適當發揮攔阻土砂和延遲流出時間之效果。 在攔阻土石流的過程中，因土石流直進性強，壩體受土石流撞擊力方面，應分別考慮流體衝擊力及巨礫撞擊力。 緒論 文獻回顧 研究方法 * 研究動機 土石流所挾帶的巨礫重量可達數十噸以上，撞擊力十分強大。 在壩體安定分析時，假設相鄰之梳子(柱)於同一瞬間被撞擊之機率可視為零，除面板為梳子(柱)外，趾版、踵版、止滑榫均為連續構造，因而一粒巨礫撞擊，可假設分散到三支梳子(柱)所受力的斷面寬。 此一假設牽涉到兩個問題： 假設壩體基礎為一連續構造時，取決於基礎受外力作用下不發生破壞，而使受力能分散至周邊梳子(柱)。 當壩體基礎受力後而不發生破壞，使受力能分散至周邊梳子(柱)，而其影響有效範圍為何，均是本研究所要探討的問題。 緒論 文獻回顧 研究方法 * 研究目的 建立合理的梳子壩基礎結構分析模式。 探討梳子壩受外力作用下，壩基礎受力傳遞有效範圍。 設計壩體經濟斷面，能達到最佳防災效果，且節省工程材料。 緒論 文獻回顧 研究方法 * 研究流程 本研究內容將分為： 緒論 簡述本研究動機、目的及研究流程等。 文獻回顧 回顧往年對土石流及防砂壩之研究成果。 研究方法 主要進行梳子壩壩體結構分析，透過單一梳子(柱)受撞擊後，剪力及扭力對壩體基礎之影響，並採用鋼筋混凝土設計原則，分別考慮梳子(柱)、趾版、踵版及止滑榫各部份所承受之力，設計一經濟斷面，達到最佳防災效果。 結果與討論 結論與建議 緒論 文獻回顧 研究方法 * 土石流定義 「水土保持技術規範」第六十九條 土石流係指泥、砂、礫及巨石等物質與水之混合物，以重力作用為主，水流作用為輔之流動體。 張立憲(1985) 土石流是由土石雨水混合成一流體之集體搬運，而流體中含有大礫石、細粒砂、流木等，以大礫石為頭部之滾動、滑動、跳躍向下運動。 黃宏斌(1991) 土石流為土石與水之混合體，其運動型態為集體搬運；與水流沖刷河岸或河床沖淤之個別搬運不同。 連惠邦(1996) 土石流是一種高濃度水砂混合兩相流（two-phase flow），具有大量土砂礫石集中並呈隆起之先端部（forefront），而以段波型態做高速運動的流動體。 文獻回顧 緒論 研究方法 * 土石流衝擊力 土石流流體衝擊力之研究，大致可分為理論式的推導及水槽模型試驗、現地調查等方式透過統計方法整理出經驗式，另外尚有透過試驗方式針對理論式進行修訂。 文獻回顧 緒論 研究方法 * 土石流防治工法 對於土石流之防治分別有抑制工法、攔阻工法、疏導工法、淤積工法、緩衝林帶等措施，以期能減少土砂量與降低土石流之衝擊力。 文獻回顧 緒論 研究方法 * 土石流防治工法 目前在土石流治理常於溪床中構築防砂壩。 根據「水土保持技術規範」第九十八條：防砂壩係指為攔蓄及調節河道砂石、減緩溪床坡度、穩定流心、防止沖蝕、崩塌或抑止土石流所構築之橫向構造物 防砂壩依其屬性可分為非透過性壩與透過性壩兩種： 非透過性壩：傳統重力式壩。 透過性壩：切口型壩、梳子型壩、A型梳子壩、立體格子壩、水平透水柵等。 文獻回顧 緒論 研究方法 * 防砂壩體安定性檢討 懸臂式梳子壩可參考水土保持手冊(2006)，「懸臂式梳子壩設計例」，設計梳子壩時應檢討下列四種情形外力作用之安定穩定性： 壩體由空壩到土石流推擊。 淤滿後靜土石堆積狀態(加最大地震力)。 壩體上游土石流淤滿後土石流溢流。 壩體上游土石流接近淤滿時巨礫撞擊。 以上四種情況均須考慮梳子壩體之傾倒、滑動、壩基承載力之安全性檢討。 文獻回顧 緒論 研究方法 * 本研究將以梳子壩壩體上游土石流接近淤滿時，土石流巨礫恰巧撞擊單一梳子(柱)頂部時，探討梳子(柱)及梳子壩基礎受力狀況。 首先以材料力學為理論基礎，進行梳子壩體的結構分析。 再以梳子壩體各部分所承受之力來加以考慮，利