(ii)-土石流之堆積型態(tài)

1、1,,,,Explore the accumulation of debris-flow characteristics (II)                   - The accumulation of debris-flow patt

2、erns --,水土保持所79742101曾慶九授課教授：鄭皆達(dá)老師,土石流堆積特性之探討 (II) - 土石流之堆積型態(tài) -,2,,,,,,,第一部分 – 前言,第二部分 – 試驗(yàn)材料、設(shè)備與方法,第三部分 – 結(jié)果與討論,第四部分 – 結(jié)論,3,,,,第一部分：前言,近年來由於臺灣地區(qū)土石流災(zāi)害頻傳，社會對其防災(zāi)需求日益殷切。而在各界重視下，對於土石流的發(fā)生、流動、堆積等機(jī)制已有了初步的了

3、解，且推導(dǎo)出許多相關(guān)的理論公式。但由於土石流之複雜性，往往非單純之?dāng)?shù)學(xué)模式或力學(xué)理論可以涵蓋，需要藉助許多實(shí)際現(xiàn)象與經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)助。,4,,,,,,,,,,土石流的堆積場所往往在適合居住的平野地形在災(zāi)害發(fā)生時常造成可觀的人民生命財(cái)產(chǎn)損失,流動,土石流防災(zāi)系統(tǒng)的建立：,發(fā)生,堆積,5,,,,第二部分：試驗(yàn)材料、設(shè)備與方法,試驗(yàn)材料,,,,試驗(yàn)設(shè)備,試驗(yàn)方法,,試驗(yàn)步驟,6,,,,,,,,試驗(yàn)材料,D：現(xiàn)地土樣,探討不同粒徑組成對於土石流停

4、止行為與堆積型態(tài)的影響,(南投縣水里鄉(xiāng)玉峰土石流跡地),A：均勻粗砂,B：均勻礫石,C：均勻粗砂和均勻礫石均勻混合而成,#4~ #3/8篩 (4.76~ 9.52mm),約#12~ #4篩 (1.68~ 4.76mm),#200以下~ #3/8篩 (0.074~ 9.52mm),7,,,,,均勻粗砂,均勻礫石,現(xiàn)地土樣,均勻粗砂和均勻礫石均勻混合而成,,,8,,,,,9,,,,,大,小,,和粗砂最相近,,10,,,,,,砂粒密度差不多

5、,,11,,,,,大,,差不多,級配較良好,,12,,,,,,小,差不多,級配較良好,,13,,,,,大,大,小,14,,,,,,,試驗(yàn)設(shè)備,,,供水設(shè)備,,,人工渠槽,,,堆積平臺,,,,15,,,,,,,試驗(yàn)設(shè)備,,,供水設(shè)備,供水閥控制出水量,模擬誘發(fā)土石流重現(xiàn)之流量,穩(wěn)定流入渠槽,,,,,16,,,,,,,試驗(yàn)設(shè)備,,,,,人工渠槽,壓克力製 200cm × 22cm × 24cm,槽底適當(dāng)間距貼上22cm

6、 × 2cm × 0.5cm之橫向壓克力條,模擬粗糙度,,,可傾斜調(diào)整角度,,17,,,,,,,試驗(yàn)設(shè)備,可傾斜調(diào)整角度,180cm × 120cm的壓克力平臺 底部繪上20cm × 20cm的格子,,,堆積平臺,,,,18,,,,,,130,,100,,70,,供水量(L/min),,13800,,11300,,8800,,供試土砂量 cm3,,15o,,18o,,21o,,渠槽傾

7、斜度,,0o,,3o,,堆積平臺傾斜度,,24o,,,,,,,,,試驗(yàn)方法,19,,,,,,,試驗(yàn)步驟,調(diào)整渠槽和堆積平臺傾斜度,於渠槽上鋪上厚度12cm之梯形土砂堆積並加水使其飽和,採取堆積土體之土砂樣本分析其體積濃度、沙粒密度、粒徑分布等物理性質(zhì),,以上三項(xiàng)為供水前的步驟,1,,,1,1,,,2,1,,,3,20,,,,,,,試驗(yàn)步驟,關(guān)閉水閥待土石流靜止紀(jì)錄其堆積範(fàn)圍及到達(dá)距離。,供水先以較小流量使土體發(fā)生滲流，再調(diào)大到事先

8、設(shè)定之流量。,當(dāng)土體破壞後紀(jì)錄段波流經(jīng)觀測區(qū)時的波高與所需時間，推求平均波速。,當(dāng)土石流通過觀測區(qū)後採取流動先端部的土砂樣， 並分析其體積濃度、粒徑分布等物理性質(zhì)。,,以上四項(xiàng)為供水後的步驟,1,,,4,1,,,5,1,,,6,1,,,7,21,土石流堆積長度L與寬度B之關(guān)係,,,土石流之?dāng)U張作用,,堆積面積參數(shù)與堆積形狀係數(shù)之關(guān)係,,堆積部之堆積形狀,,土石流材料與堆積形狀比之關(guān)係,,土石流粒徑篩選問題,,,,第三部分：結(jié)果與討

9、論,22,,,,,,,土石流堆積長度L與寬度B之關(guān)係,,1,為應(yīng)用方便，本實(shí)驗(yàn)取用無維度之參數(shù)如下：,,,,,擴(kuò)張度,,,伸長度,B/Bu,堆積寬度對出口寬度Bu之比值,L/Bu,堆積長度對出口寬度之比值,,,23,,,,,,,土石流堆積長度L與寬度B之關(guān)係,,1,為應(yīng)用方便，本實(shí)驗(yàn)取用無維度之參數(shù)如下：,,,,,擴(kuò)張度,,,伸長度,L/Bu,堆積長度對出口寬度之比值,,主要受流速以及上下游坡度變化大小所影響,高橋、吉田(1979) 游

10、繁結(jié)、林成偉(1991),土石流進(jìn)入堆積部之流速越快則堆積長度越長上下游坡度變化越大則堆積長度越短,,,24,,,,,土石流在無側(cè)向束縛時會因?yàn)橛凶銐虻目臻g所以自由往橫向擴(kuò)張，而由表2可知，伸長的長度越長則擴(kuò)張度越寬。此現(xiàn)象可說明較大流速之土石流，因具有較大的動能，一旦脫離谷口的束縛後，此較大的能量亦有助於土石流之橫向擴(kuò)張作用。,,,表2 各試料之伸長度對擴(kuò)張之迴歸方程式,,,,,25,,,,,26,,,,,27,,,,,28,

11、,,,,29,,,,,30,,,,,,,土石流之?dāng)U張作用,,2,上下游坡度變化越大則擴(kuò)張度越小,1,土石流的體積濃度越大則擴(kuò)張度也越大,中值粒徑越大則擴(kuò)張度越小,體積濃度越大，流速越緩，土石流先端部容易停止，使後續(xù)土石流不易流動。,土石流之消能作用越大，無法有充分之能量擴(kuò)張。,粒徑越大則流速和擴(kuò)張度都越小。較大粒徑之材料順著流路的慣性作用越大，不易橫向流動。,,,1,1,,,2,1,,,3,31,,,,,,豐丘 (游繁結(jié)、陳重光，1

12、987)十八重溪 (1988)銅門 (1990),除了豐丘土石流之實(shí)測值與推估值接近外，其餘推估值均小於實(shí)測值。實(shí)驗(yàn)是在平坦渠道進(jìn)行，而實(shí)測地點(diǎn)則是土石流發(fā)生若干次的堆積地形。土石流堆積前之原地形，可能是中央隆起之扇狀地，故最後一次土石流流下的土砂在隆起扇狀地堆積時，可能因中央部位較高，阻滯土石流向前流動，導(dǎo)致土石流容易發(fā)生橫向擴(kuò)張，故其擴(kuò)張度較大。,以實(shí)測資料比較實(shí)際發(fā)生之土石流與推估值的差異：,,32,,,,,,

13、,,堆積面積參數(shù)與堆積形狀係數(shù)之關(guān)係,,3,假設(shè)土石流之堆積面積受溪谷寬度與土石流段波高度影響，在一定堆積面積下，若溪谷寬度較大，相對產(chǎn)生之段波高度應(yīng)較低，因此將土石流堆積面積A與渠槽寬度Bu及段波高度h’之乘積比值化成無因次參數(shù)，作為代表土石流之堆積面積參數(shù)。,,,所有試驗(yàn)結(jié)果的比值,都介於這兩條曲線之間,33,,,,,,可知土石流堆積面積參數(shù)與形狀係數(shù)呈指數(shù)關(guān)係,,34,,,,,,以實(shí)測資料比較實(shí)際發(fā)生之土石流與推估值的差異

14、豐丘 (游繁結(jié)、陳重光，1987)十八重溪 (1988)銅門 (1990,除了豐丘土石流之實(shí)測值與推估值接近外，其餘推估值均小於實(shí)測值。實(shí)驗(yàn)是在平坦渠道進(jìn)行，而實(shí)測三處地點(diǎn)是土石流發(fā)生若干次的堆積地形。故其堆積面積可能受多次洪水之沖刷而以土石流或表土沖蝕之型態(tài)，使原堆積面積擴(kuò)大，有實(shí)測值偏高的現(xiàn)象。,,35,,,,,,,試料A,易與水混合且容易流動，因而堆積長度較長，且其等高線較均勻。,均勻粗砂,,,堆積部之堆積形狀,,以

15、下為土砂量13800cm3、供水量130L/min、上游流路坡度24o、下游地形坡度0o時所做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪出之等高線圖。,4,36,,,,,易脫水，堆積長度短。其等高線密，高度均勻地下降，整體看來近似同心圓。,均勻礫石,,,試料B,37,,,,,介於a、b試料之間，因其具有高脫水性與細(xì)顆粒之潤滑作用。,AB均勻混合,,,試料C,38,,,,,在堆積長度、面積、體積都是四種試樣中最高的。等高線在堆積部前緣較疏，根部較密

16、。因其粗細(xì)粒子與水混合之結(jié)果，使其流動性高，並能挾帶更多之土砂。,現(xiàn)地土樣,,,試料D,39,,,,,,,,,土石流材料與堆積形狀比之關(guān)係,,5,形狀比 B/L,堆積寬度與堆積長度之比值,當(dāng)B之大小與L相近時，形狀近似圓形；當(dāng)B之大小僅約L之一半時，則呈L為長軸B為短軸的橢圓形。,0.51,0.80,0.70,0.47,在某個粒徑範(fàn)圍下中值粒徑越小，流速越快，由前述亦知流速越快，堆積長度越長。,可以應(yīng)用在從土石流跡地堆積型態(tài)推斷

17、其土砂特性，提供初步之界定依據(jù)，甚至進(jìn)一步作為區(qū)分泥流和土石流的判斷依據(jù)，使野外調(diào)查工作更加落實(shí)。,,A,B,C,D,,,,,40,,,,,,6,,,土石流粒徑篩選問題,在相同試樣條件：土砂量13800cm3供水量130L/min上游流路坡度24o下游地形坡度0o時所做的d試料實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所採集並分析粒徑分布所觀察的現(xiàn)象。,,,1,土石流出口至堆積部沿線的粒徑篩選情形明顯,,41,,,,,先端部有大礫石集中的現(xiàn)象(約

18、有75%),,堆積部兩側(cè)也有大礫石集中的現(xiàn)象,,,流路坡度變化大時篩選情形更明顯,,,2,,,3,,,4,42,,,,第四部分：結(jié)論,土石流流出谷口之?dāng)U張度與伸長度有直線之正相關(guān)，而擴(kuò)張度之大小可能受到溪床上下游坡度、土石流體積濃度、粒徑組成、流速等因素影響。,土石流堆積面積參數(shù)與堆積形狀係數(shù)成指數(shù)之關(guān)係。,粗粒徑材料之堆積較近似於圓形，細(xì)粒徑則近似於橢圓形。,土石流流出谷口後，堆積過程中粒徑篩選情形極為明顯，流路地形遷移點(diǎn)之