博碩士論文 993202032 詳細資訊

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姓名 陳瑞國(Rui-guo Chen)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 極端降雨下堤防破壞機制探討 -以舊寮堤防為例
(On the Failure Mechanisms of Levee under Extreme Precipitation - a case study of Chiu Liao Levee)
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摘要(中) 近年來因全球氣溫暖化,導致世界各地極端氣候災害不斷發生,2009年8月8日,台灣南部遭受莫拉克(Morakot)颱風的侵襲,莫拉克颱風形成之豪雨為南部帶來嚴重的洪水災害。此次的洪水災害,探究其原因最主要是因為河堤潰堤所致,而本研究必須蒐集多方資料,以程式模擬河堤、壩體或是擋土牆在極端豪雨的影響下,找出可能造成破壞的原因,以降低未來災情產生的機率。
本研究目前是以高雄縣舊寮一號堤防為模擬樣本,其資料是由經濟部中央地質調查所和交通部公路總局材料試驗所提供,關於此堤防的地質狀況以及附近地層的鑽探資料顯示,堤防附近是屬於現代沖積層,地層大致分為兩層,上為卵礫石層和下方的岩盤;而其鑽孔資料皆位於荖濃溪沿岸橋樑附近,其中大津橋與舊寮一號堤防的相關位置最接近,而模擬舊寮一號堤防所輸入的參數,目前是取用大津橋的鑽孔資料來進行分析。本研究使用的軟體為GeoStudio 2007,並以其中一個模組SLOPE/W,進行邊坡穩定分析,以現地土壤不同的內摩擦角、水位高、堤外土壤掏刷深度三種變數來探討堤防的破壞機制,再加上不同水位差的變數,考慮滲流狀況;而以上的分析結果顯示,某些狀況下所求得的安全係數會小於1,達到破壞標準。
另外,本研究進行了堤防基礎可能的破壞模式分析,根據作用於堤防基礎上的力學機制,分析結果為堤防基礎可能會產生滑動破壞以及傾倒破壞,而不會有承載力破壞的發生,對照了當時堤防破壞的相關資料或照片,破壞狀況與計算結果相當地吻合。
摘要(英) In recent years due to the global warming, extreme weather resulted disasters around the world continue to occur. In August 8, 2009, the southern part of Taiwan suffered from serious floods from heavy down pouring rain of Typhoon Morakot. To explore the main reasons for the flood disaster, which results in levee and floodwall breach, this study must collect extensive information to use the program to simulate the embankment and levee behavior when heavy rain occurred, aiming to find out the reasons for potential damage, and to reduce the probability of future disaster.
In this study, we have chosen Chiu Liao 1st Levee, in Kaohsiung County as the case study example, the relevant data is provided by Directorate General of Highways, materials testing Lab under the Ministry of Economic Affairs. About geological conditions close to the study site, based on the boring logs collected for this study, the strata is divided into two layers, the first layer consists of mostly gravel material and the second layer is the bedrock; the borehole locations are near the Lao Nung River, where Da Jin Bridge is the closest bridge to Chiu Liao 1st Levee. The software GeoStudio 2007 is adopted in this study, and one of the modules- SLOPE/W is employed for slope stability analysis. Different internal friction angle of soil, the water level, the scouring depth of soil are chosen to be three variables to explore the levee failure mechanism, the analysis was also coupled with the water level difference, and seepage condition; the above analysis results show that the values of factor of safety obtained in some cases are less than 1, reaching the failure state.
In addition, this study conducted the retaining wall failure analysis, including sliding failure, overturning failure and bearing capacity failure. It was found that the bearing capacity failure is unlikely to occur under all scenarios; however, the sliding and overturning failure can occur when the water level changes with the consideration of seepage conditions.
關鍵字(中) ★ 莫拉克颱風
★ 潰堤
★ 邊坡穩定
★ 滲流
關鍵字(英) ★ Typhoon Morakot
★ barrier bursts
★ slope stability,
★ seepage
★ GeoStudio
論文目次 目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究方法 3
1.4 論文架構 5
第二章 文獻回顧 6
2.1 邊坡穩定-極限平衡法 6
2.1.1 普通切片法(Ordinary method) 6
2.1.2 Spencer方法(1967) 9
2.2 極端氣候下河道水流對鋼筋混凝土(RC)護岸安全穩定 性之影響分析 13
2.2.1 鋼筋混凝土(RC)護岸面臨之安全問題 13
2.2.2 鋼筋混凝土(RC)護岸力學機制 13
2.2.3 河川的鋼筋混凝土(RC)護岸環境和水流條件 13
2.2.4 鋼筋混凝土(RC)護岸破壞模式的評估方式 15
2.3 堤防基礎穩定性安全係數計算方式 17
2.3.1 Coulomb主動土壓力 17
2.3.2 Rankine被動土壓力 19
2.3.3 穩定分析之安全係數計算 21
第三章 研究方法 24
3.1 研究流程 24
3.1.1 流程大綱 24
3.1.2 研究流程說明 25
3.2 研究動機 26
3.3 資料蒐集 26
3.3.1 鑽探資料: 26
3.3.2 A堤防的工程相關資料: 28
3.3.3 現場已破壞的照片說明: 30
3.4 參數選定 30
3.4.1 現地土壤之單位重 30
3.4.2 現地土壤之內摩擦角 31
3.5 可能破壞模式整理 33
3.6 GeoStudio 2007標準版的使用 34
3.6.1 SLOPE/W分析 35
3.6.2 SEEP/W 分析 35
3.6.3 分析結果的顯示 36
第四章 堤防穩定性分析 38
4.1 堤防邊坡穩定一般狀況分析 38
4.1.1 牆背及牆底土壤剪力強度不考慮弱化 40
4.1.2 牆背及(或)牆底土壤剪力強度弱化 41
4.1.3 一般狀況分析討論 46
4.2 以邊坡穩定觀點分析A堤防 49
4.2.1 變數1:現地土壤之內摩擦角 50
4.2.2 變數2:堤防水位高 50
4.2.3 變數3:堤防前側回填土之掏刷深度 52
4.2.4 變數4:堤防水位差 53
4.3 堤防基礎穩定性分析 57
4.3.1 不同水位的狀況 58
4.3.2 滑動破壞案例說明 61
4.3.3 傾倒破壞案例說明 65
4.3.4 承載力破壞案例說明 66
第五章 分析結果討論 67
5.1 對於模型不同變數分析後結果之相互關係 67
5.1.1 不同水位下所得的安全係數與掏刷深度之關係 67
5.1.2 不同掏刷深度下所得的安全係數與水位高之關係 73
5.2 不同水位差時的SLOPE/W和SEEP/W的分析 80
5.2.1 水位差於水位高程範圍對堤防影響的比較 80
5.2.2 水位差多寡對堤防影響的比較 83
5.3 對於堤防基礎不同情況下的穩定性探討 90
5.3.1 極大降雨下,堤內外水位相同時的穩定性分析 91
5.3.2 極大降雨下,堤內水位暴漲及洩降階段的穩定性分析 93
5.3.3 極大降雨下,堤外水位暴漲及洩降階段的穩定性分析 96
5.3.4 堤防基礎水位暴漲及洩降階段變化歷程之探討 98
第六章 結論與建議 102
6.1 結論 102
6.2 建議 103
參考文獻 104
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4.范嘉程、劉芸呈,「旗山溪流域之邊坡災害與機制」,地工技術,第122期,第21-30頁 (2009)。
5.褚炳麟、潘進明、張國雄,「台灣西部卵礫石層現地之大地工程性質」,地工技術,第55期,第47-58頁 (1996)。
6.劉建邦、蔡文豪、謝國正、林家輝、張東宸,「南部地區八八水災水利設施勘災及改善對策」,地工技術,第122期,第95-104頁 (2009)。
7.Bishop, A. W., "The Use of Slip Circle in the Stability Analysis of Slopes," Geotechnique, Vol.5, No.1, pp.7-17 (1954).
8.Das, B.M., Principles of Geotechnical Engineering, 3rd Edition , U.S.:Thomson (1994).
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10.Schmocker, L., Hager, W.H., "Modelling dike breaching due to overtopping," Journal of Hydraulic Research, T.47, No.5, pp.585-597 (2009).
11.Spencer, E., "A Method of Analysis of the Stability of Embankments Assuming Parallel Inter-Slice Forces," Geotechnique, Vol.17, No.1, pp.11-26 (1967).
12.Schmertmann, J.H., " Measurement of in-situ shear strength, keynote lecture, Proceedings of the conference on in-situ measurement of soil properties," American Society of Civil Engineers, Vol. II (1975).
13.Hatanaka, M., Uchida, A., " Empirical Correlation between Penetration Resistance and Internal Friction Angle of Sandy Soils," Japanese Geotechnical Society-Soils and Foundations, Vol. 36, No.4,pp.1-9 (1996).
指導教授 黃文昭(Wen-chao Huang) 審核日期 2012-10-25
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