(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(lái)由於臺(tái)灣地區(qū)土石流災(zāi)害頻傳，社會(huì)對(duì)其防災(zāi)需求日益殷切。而在各界重視下，對(duì)於土石流的發(fā)生、流動(dòng)、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(chǎng)所往往在適合居住的平野地形在災(zāi)害發(fā)生時(shí)常造成可觀的人民生命財(cái)產(chǎn)損失,流動(dòng),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(duì)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(jí)配較良好,,12,,,,,,小,差不多,級(jí)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(tái),,,,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(tái) 底部繪上20cm × 20cm的格子,,,堆積平臺(tái),,,,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(tái)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(tái)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(cǎi)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(cè)區(qū)時(shí)的波高與所需時(shí)間，推求平均波速。,當(dāng)土石流通過(guò)觀測(cè)區(qū)後採(cǎi)取流動(dòng)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(zhǎng)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(wèn)題,,,,第三部分：結(jié)果與討

9、論,22,,,,,,,土石流堆積長(zhǎng)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(wú)維度之參數(shù)如下：,,,,,擴(kuò)張度,,,伸長(zhǎng)度,B/Bu,堆積寬度對(duì)出口寬度Bu之比值,L/Bu,堆積長(zhǎng)度對(duì)出口寬度之比值,,,23,,,,,,,土石流堆積長(zhǎng)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(wú)維度之參數(shù)如下：,,,,,擴(kuò)張度,,,伸長(zhǎng)度,L/Bu,堆積長(zhǎng)度對(duì)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(zhǎng)度越長(zhǎng)上下游坡度變化越大則堆積長(zhǎng)度越短,,,24,,,,,土石流在無(wú)側(cè)向束縛時(shí)會(huì)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(zhǎng)的長(zhǎng)度越長(zhǎng)則擴(kuò)張度越寬。此現(xiàn)象可說(shuō)明較大流速之土石流，因具有較大的動(dòng)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(zhǎng)度對(duì)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(dòng)。,土石流之消能作用越大，無(wú)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(dòng)。,,,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(cè)值與推估值接近外，其餘推估值均小於實(shí)測(cè)值。實(shí)驗(yàn)是在平坦渠道進(jìn)行，而實(shí)測(cè)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(shí)，可能因中央部位較高，阻滯土石流向前流動(dòng)，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(cè)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(duì)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(wú)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(cè)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(cè)值與推估值接近外，其餘推估值均小於實(shí)測(cè)值。實(shí)驗(yàn)是在平坦渠道進(jìn)行，而實(shí)測(cè)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(cè)值偏高的現(xiàn)象。,,35,,,,,,,試料A,易與水混合且容易流動(dòng)，因而堆積長(zhǎng)度較長(zhǎng)，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(shí)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(zhǎng)度短。其等高線密，高度均勻地下降，整體看來(lái)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(rùn)滑作用。,AB均勻混合,,,試料C,38,,,,,在堆積長(zhǎng)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(dòng)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(zhǎng)度之比值,當(dāng)B之大小與L相近時(shí)，形狀近似圓形；當(dāng)B之大小僅約L之一半時(shí)，則呈L為長(zhǎng)軸B為短軸的橢圓形。,0.51,0.80,0.70,0.47,在某個(gè)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(zhǎng)度越長(zhǎng)。,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(wèn)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(shí)所做的d試料實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所採(cǎi)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?jī)蓚?cè)也有大礫石集中的現(xiàn)象,,,流路坡度變化大時(shí)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(zhǎng)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(guò)程中粒徑篩選情形極為明顯，流路地形遷移點(diǎn)之