Flexible Retaining Structure

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Flexible retaining structure for evaluation of debris-flow hazards mitigation

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Flexible Retaining Structure

  1. 1. 行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告 現地河道安裝柔性欄阻網進行土石流防治功效評估 Flexible retaining structure for evaluation of debris-flow hazards mitigation 計畫編號︰NSC 95-2622-E-324-009 執行期限︰95 年 11 月 01 日~ 96 年 10 月 31 日 主持人︰林基源 朝陽科技大學營建工程研究所 產學合作廠商:豐欣營造有限公司 摘要 Abstract 本研究所採用之攔截網為兼具透過性柔 The retaining structure adopted by this 性吸能構造物與透水石籠壩之功能,當土石 research has both functions of a permeably 尚未堆滿攔截網時為柔性吸能網之功能;當 flexible energy dissipation structure and a 土石堆滿攔截網時則以其自重形成石籠壩。 previous rock gabion dam. As it is not full of soils and sediments in the retaining structure, 研究並於南投縣水里鄉上安村三廍坑溪上游 then it is the function of flexible energy 現地架設土石流攔截網,進行土石流攔阻功 dissipation structure. As it is full of soils and 效評估,並將攔截網縮小尺寸,移至室內做 sediments in the retaining structure, then it becomes the function of rock gabion dam 土石流水槽試驗。 naturally. In coordination with the Program to 本試驗現地所採用鋼索組成之柔性攔截 Upgrade Industrial Technology and Enhance 網,已發揮其柔性、吸能、高透水之特色, Human Resources of National Science Council, we set up an on-site debris-flow retaining 成功攔截梧提颱風等數波土石流。室內水槽 structure in the upstream of Shan Pu Keng 試驗結果顯示,在體積濃度減少率方面,各 River, Shanan Village, Shueili Township, 組 試 驗 過 攔 截 網 後 體 積 濃 度 都 降 到 0.3 以 Nantou County to assess the effect of such 下,在初始體積濃度為0.45及0.55時,體積濃 debris-flow retaining structure and to shrink its size to move to the indoor for a test of 度減少率都有80%以上;初始體積濃度0.35 debris-flow tank. 時體積濃度減少率為60.3%。而體積過網率隨 For the volume concentration reduction rate, 體積濃度增加而減少,在土石未堆滿之前都 the result of indoor tank test shows that the volume concentration for all cases after passing 低於40%。貯砂率為高體積濃度時候最佳, the dam is reduced to below 03.As the initial 體 積 濃 度 在 0.65 的 時 候 貯 砂 率 可 達 到 volume concentration is 0.45 and 0.55, the 98.88%;在體積濃度為0.35時,貯砂率下降 volume concentration reduction rate is more than 80%.For the initial volume concentration 至60%。位移計及震動計主要用於量測在多 of 0.35, then the reduction rate is 60.3%.The 次土石流衝擊下攔截網的位移及加速度之變 dam-passing rate will be reduced as increasing 化,結果發現,當有土石堆積於攔截網前時, the volume concentration, which is less than 40% before the dam reaches the full level. The 攔截網所受的衝擊力及加速度明顯降低。 higher the volume concentration is, then the 關鍵字:土石流、柔性攔截網、積濃度減少 better the grain deposition rate is. As the volume concentration is 0.65, the grain 率、過壩率、貯砂率 deposition rate can reach 98.88%. And as the 1
  2. 2. volume concentration is 0.35, the grain 性防砂壩 (a)重力式防砂壩 與透過性防砂壩 , deposition rate will be down to 60%. Under the (b)梳子壩;(c)切口壩;(d)水平透水柵;(e) strike of debris-flow again and again, we use the displacement meter and the vibration meter 立體格子壩等兩種型式。 to measure the impact fore of sediments in the auxiliary dam and in front of the dam and the acceleration of sediments in the dam and find that they are significantly reduced. Therefore, through the test, we can find that we can truly 透過性 抑制工法 攔阻工法 make use of the characteristics of a retaining structure to retain & deposit the debris flow. 非透過性 Key Word:Debris Flow, Flexible Retaining 攔阻工法 Structure, Volume Concentration Reduction 淤積 Rate, Dam-passing Rate, Grain Deposition Rate 工法 緩衝 疏導工法 林帶 一、前言 土石流的破壞力來自於其大量的土砂與 圖2-1各種工法之配置圖 快速的運動衝力,傳統的攔阻工法是以混凝 非透過性防砂壩主要為攔蓄及調節河道 土結構剛性抵擋的觀念設計,如攔石柵欄或 泥砂、穩定河床防止縱向侵蝕、保護側岸、 鋼筋混凝土之重力壩等較為剛性的防護設 抑制土石流、轉化土砂搬運形式等;當壩體 備,但皆耗費相當大之經費,其結構安全考 上游淤滿之後,其計畫淤砂坡度較原溪床坡 量必須特別注意;而柔性攔阻系統於歐美各 度為緩和,可有效地減緩土石流之流速,降 國已使用有年,除落石災害防治外,亦使用 低其撞擊之力量。 於雪崩及土石流等災害,在國內使用柔性攔 透過性防砂壩具有遲滯洪水或蓄積土石 阻系統攔阻土石流實為少見,故本研究將柔 流所挾帶大量砂石之能力,降低土石流總流 性攔阻系統作進一步之研究探討。 出量,因透水性佳可利用水利將被壩體淤積 二、文獻回顧 之泥砂顆粒以個別搬運方式帶往下游,並減 少對壩址下游河床局部之沖刷現象,壩體受 2.1土石流危害 力面積較非透過性防砂壩小,所受土石流之 土石流由於本身之規模、性質、地形條 衝擊力量亦小,固有較好之受力條件,且因 件和受害對象的不同,土石流危害也有所不 土砂和水可自由穿過壩體有助於溪流魚類生 同。常見之危害方式有淤埋、沖刷、撞擊、 態與土砂輸移之平衡。 磨蝕、堵塞、漫流改道、彎道超高及擠壓主 河道等。 2.2土石流防治工法 土石流防治硬體措施,依水土保持手冊 (1992)之說明可分為抑制、攔阻、疏導、 淤積、緩衝等方式,如圖2-1。 2.3壩體相關研究 圖 2-2 各式防砂壩(a)重力式防砂壩;(b)梳子 壩;(c)切口壩;(d)水平透水柵;(e) 防砂壩如圖2-2,依其屬性可分為非透過 立體格子壩 2
  3. 3. 蘆田和男(1980)利用室內模型試驗, 石流衝擊能量。 探 討 立 體 格 子 型 攔 砂 壩 (grid-type sabo 2.4柔性系統消能特性 dam),如圖 2-3。其根據試驗結果認為, L / Dmax =1.5 ~2.0 時對於土石攔阻效果較 連炳順(1999)能量是量化落石或土石流 佳,且立體格子型攔砂壩之 L / Dmax 值與土石 的一種方法,對落石而言,落石的質量、移 流之攔阻效果有密切關係。 動的速度、慣性矩、轉動的速度等是決定落 實能量的規模: L:格子間距 1 2 1 Dmax:土石流流動礫石之最大粒徑 E= mv + Iϖ 2 ………………… (2-3) 2 2 m [kg] :Mass L L L L v [m/s] :Velocity I [mkg] :Rotation Mass of Inertia 圖 2-3 立體格子壩形狀示意圖 ω [l/s] :Rotation Velocity 李明晃(1989)以立體格子型壩防治土 對防護系統而言,必須能將落石所產生 石流功效之試驗,當L為格子間距; Dmax 為土 的能量吸收,且結構體不破壞,方可視為有 效的防護。根據傳統運動學對衝量(Impluse) 石流最大粒徑,求得下列之結果: 的定義,同一撞擊條件下撞擊接觸時間越 (1)立體格子壩之隔子間距設計會影響土石流 短,產生平均力越大。 尖峰濃度 C p ,其尖峰濃度 C p 隨 L / Dmax 之 Δp Fav = ………………… (2-4) 減少而減低。 Δt (2)立體格子壩之隔子間距 L 會影響壩體之 其中 貯砂效率 R (%)。 Δp = Δt 時間內的動量差值 Δt =時間的變化 R = 53.4318(L / Dmax ) −0.81601 …………(2-1) Fav =Δt 時間內之平均力 其中, R:壩體上游貯砂量除以試驗總砂 故如攔石柵欄或鋼筋混凝土牆等屬性的 石量。 防護結構,由於本身勁度大,受落石撞擊後 岩塊隨即反彈,撞擊時間相當短,對結構體 (3)立體格子型壩可消滅土石流尖峰流量,具 勢必施以極大的載重,就能量的觀點,落石 有調節土石流流量之功效。 運動時產生的能量藉由撞擊作用傳遞至防護 Qp ⎛ L ⎞ 系統,若防護系統之彈性勁度太大,能量無 = 0.6126 + 0.6429⎜ ⎜ D ⎟ ………… (2-2) ⎟ 法由結構體變形而消散時,巨量累計的應變 Qw ⎝ max ⎠ 能將使結構破壞,此種「硬碰硬」的方式攔 Q p :為土石流尖峰流量 阻落石,致使目前山區使用的攔石柵欄或其 他較為剛性防護設備,其使用壽命不長。柔 Qw :供水流量 性系統由環圈及鋼索等柔性構件組成,其特 殊的組成方式,使該系統於防治落石衝擊的 (4)立體格子壩可分離土石流粗礫石,將土石 應用上較佳。 流之集體運動型態轉換為一般土砂流出型 態。 三、研究區域 (5)當 L / Dmax < 2.0 時,對削減土石流衝擊能 3.1區域調查 量有顯著之功效,且其相對消能效果 3.1.1地形與水系 ΔE k ( )將可達到50% 以上,其中 E k 1 為土 上安村位於南投縣水里鄉南端,陳有蘭 Ek 1 3
  4. 4. 溪右岸,面積8.22平方公里,東、南與信義 室內進行各種相關試驗;並適切模擬現地土 鄉相鄰,西鄰興隆村,北接郡坑村。 石結構特性與瞭解溪谷不同位址之細粒料含 本區位於台灣中部中央山脈西斜面,屬 量變化情形。 亞熱帶型氣候,終年氣候溫和清爽,由於境 現地取回之土石材料,其一般物理性質 內多屬山區 氣候垂直變化大 年雨量約 1957 , , 試驗如:土壤之級配、含水量、礫石之吸水 公釐,年平均溫度 23 度,雨量集中在夏季。 率、細粒料土壤之液限、塑限等基本試驗, 三廍坑溪源於集集山脈,流經上安村後匯入 試驗結果如表 3-1 所示。 陳有蘭溪,河川長度約 5.12 公里(含主、支 流),主流長度約 3600 公尺。上游高程為 960 公尺,下游為 411 公尺,平均坡度為 19°, 集水區面積為 334 公頃,坡面 15 度以上之集 水面積為 147 公頃。 三廍坑溪也是台灣 1420 條土石流潛勢 現地採樣地點 溪流中編號南投 071 之潛勢溪流,如圖 3-1 所示。 圖 3-2 現地採樣地點 表 3-1 現地明坑採樣結果 濕土重 (kg) 1173.5 體積 (m3) 0.576 現地密度 (t/m3) 2.037 現地乾密度 (t/m3) 1.917 含水量 (%) 5.0 礫石含量 (%) 77.6 #200 以下 (%) 4.1 圖 3-1 三廍坑溪之土石流潛勢溪流分布圖 0.1mm 以下 (%) 5.3 液限 - NP 3.1.2 地質概況 塑限 - NP 三廍坑溪地區之陳有蘭溪主流左岸大致 為中新世的沉積岩地層,右岸則為古第三紀 3.3 現地攔截網架設 之板岩層。三廍坑溪沿溪兩側陡壁多為崩積 本攔截網是由豐欣營造股份有限公司彭 土,於陡峭地形劈理發達處,經風化或水蝕 大雄及三位工程師合力完成,並用一台挖土 崩落於山谷中,堆積疏鬆、穩定性欠佳。陳 機進行施工作業,圖 3-3 為現場完工時之情 有蘭溪溪谷主要為沖積土,多發育於河灘 況,攔截網系統寬 7.5m、長 6m(包含攔截網 地,於各地短急溪流出溝谷處成扇形沖積 後之框架及底網長度)、主網高 3m、側網高 地。東側山地表下多為石質土,主要為基岩 4.5m,主網開口寬度 50cm,副網及兩側網開 高度風化而成,為未成熟之土壤,含石量多、 口寬度 40cm,在主網下方一米深有埋設大粒 滲透性佳。 徑 80cm~120cm 大小不等之岩石,以防土石 流往下刷深使主體破壞。現地攔截網系統連 3.2 現地採樣 接鋼索在兩側及底部兩部份,第一部份在兩 為瞭解土石流材料特性,需對土石流發 旁側網以彈簧連接石籠堤岸,石籠堤岸有覆 生現場進行採樣,判別結構型態,以利實驗 土深 1m 及自重可抵抗土石流所帶來之拉 4
  5. 5. 力,第二部份於地下二米處有埋設石籠地 樑,以鋼索連接底網,土石流衝擊時可抵抗 之拉力,如圖 3-4 所示。 圖 3-5 上安橋雨量站組體圖 (96.08.12~96.08.14) 圖 3-3 現地攔截網系統完工時之情況 觀測人員於 8 月 14 日進行土石堆積情況 觀測,觀測日天氣晴朗,午後陰有雨,主網 土石堆積約為 2/3 網高(約 2m),副網土石堆 積約為 1/4 網高(約 40cm),如如圖 3-6 所示, 圖 3-4 現地攔截網之受力示意圖 3.4 帕布、梧提颱風後現場土石堆積 民國 96 年 8 月 6 日至 8 月 8 日發布輕度 圖 3-6 現場土石堆積分佈狀況(96.08.14) 颱風帕布颱風緊報,民國 96 年 8 月 8 日至 8 月 9 日發布輕度颱風梧提颱風緊報,8 月 13 日累積雨量達 101.5mm,上安橋雨量站累積 雨量如圖 3-5 所示。 主壩前方堆積往上游約 50m,成倒梯形 狀堆積,主壩前堆積寬度約 12m,往上游堆 積寬度約 15m,如圖 3-7 所示,堆積平均厚 度約 4m,現場觀測推估,現場堆積土石可能 為兩波土石流所造成堆積,因此成兩段坡度 堆積。第一段堆積坡度約 8~10 度,表面土石 顆粒約 20~30cm,緊接第二段堆積坡度約 14~16 度,表面土石顆粒約 50~60cm,最大 顆粒超過 1m 以上,第二段土石堆積後方成 一區塊平地,表面為無塑性砂土沉積。 圖 3-7 攔截網上游成倒梯形狀堆積(96.08.14) 5
  6. 6. 據當地下游盧姓居民表示, 8 月 12 日晚間 本試驗係於朝陽科技大學,大地試驗室 開始持續降下大雨,土石流大約在 8 月 13 日 進行土石流水槽模型試驗,水槽之裝置主要 上午 7 時左右發生,第一波土石流被壩體攔 可分為水槽主體、拌合部及堆積盤等三部 阻後,約相隔 25 分鐘後,第二波土石流接踵 分,各部分之組成與功用說明如下: 而來,隨著堆積在第一波土石流堆積後方, (1)水槽主體: 少量土石覆蓋在第一波堆積上方。此次土石 水槽寬 40 cm,高 40 cm,長 600 cm,實 流使得兩側翼網所連結之彈簧產生伸長,上 際流動長度約為 420 cm,以不鏽鋼板為底 游面右側彈簧伸長 19.5cm,上游面左側彈簧 部,底部鋪設有#4 篩以下之細粒料模擬現 伸長 8cm。 地河床之粗糙度,兩側為透明玻璃板;水 四、室內水槽試驗 槽之傾角可自由調整,動力由電動馬達供 給,角度變化為 0~32 度,水槽主體如圖 4.1 模擬及配曲線 4-2 所示。 室內水槽試驗之粒料於南投縣水里鄉上 (2)拌合部: 安村三廍坑溪現地取樣,以明坑取樣方式進 拌合部位於水槽上方,由攪拌機、支撐座、 行篩分析。研究使用等重量替代法將現地土 消能擋版所構成,桶身容積為 130 公升; 壤粒徑尺寸進行縮小。根據蘆田和男(1980) 可準確控制試驗之體積濃度、降低粒料在 利用室內模型試驗,試驗結果認為,立體格 拌合時所產生之流失,尤其是細粒料部 子 型 攔 砂 壩 ( grid-type sabo dam ) 之 分,並使顆粒達到均勻分佈、減少粗細材 L / Dmax =1.5 ~2.0 時對於土石攔阻效果較 料分離情形。 佳,故本研究將 L / Dmax 之比值分為 1、2、4, 最大粒徑分別縮小至 2"、1"、0.5",現地及 (3)堆積盤: 縮調之粒徑分佈狀況如圖 4-1 所示。 以長 320 cm×寬 200 cm×深 10 cm 之不鏽 在調縮方法上即以#4 篩作為分界,取#4 鋼製成,如圖 4-3 所示。 篩以上之粒徑以最佳曲線之幾何形狀特性調 縮最大粒徑,#4 篩以下保持與現地級配粒徑 分佈相同,平均之現地粒徑分佈曲線中粒徑 <0.1mm 之細粒料為 5.3 %,根據謝正倫 (1991)土石流組成材料分類中 0.1mm 之細 粒料小於 10 %,因此將當地土石流之類型歸 類為礫石型土石流。 100 現場粒徑分布曲線 90 最大粒徑2" 80 最大粒徑1" 累積通過百分比(%) 最大粒徑0.5" 70 圖 4-2 水槽主體 60 50 40 30 20 10 0 1000 100 10 1 0.1 0.01 粒徑(mm) 圖 4-1 現地粒徑分佈曲線與等重量替代模擬 土石粒徑曲線 4.2 試驗設備介紹 圖 4-3 堆積盤 4.2.1 水槽設備 6
  7. 7. 4.2.2 試驗攔截網模型 濃度 粒徑 次數 Test1 0.65 23 1" 3 本研究所使用攔截網系統是由框架及鋼 Test2 0.55 23 2" 3 索翼網所組成,主要構造分為主框、主網、 Test3 0.65 23 2" 3 副網、側網、底網其詳細尺寸如下: Test4 0.6 23 1" 3 主網:高、寬 30cm,開口寬度 5.08cm(2")。 Test5 0.55 23 1" 3 Test6 0.45 23 1" 4 副 網 : 高 15cm 、 長 30cm , 開 口 寬 度 Test7 0.35 23 1" 4 2.54cm(1")。 Test8 0.55 23 0.5" 4 Test9 0.45 23 0.5" 4 兩旁側網:高 40cm、長 30cm,開口寬度 Test10 0.35 23 0.5" 4 2.54cm(1")。 4.3.2 水槽模型試驗步驟 底網 長 寬各 30cm 開口寬度 2.54cm(1") : 、 , 。 (1)於水槽下游確實擺放攔截網模型,在攔截 網預定位置裝設震動計及在兩側網連接 鋼索,並以彈簧相接處裝設 LVDT,並連 接資料擷取系統。同時將攝影機架設正 面、側面架設兩部攝影機進行錄影。 (2)將水槽升起至試驗角度(由角度規檢視), 把預先計算體積濃度之水量到入攪拌 機,接著將級配由粒徑大至小加入其中, 一邊加入一邊攪拌,使粒料達到均勻拌 合、減少粗細材料分離情形。 (3)啟動資料截取系統,然後啟動攪拌機驅動 圖 4-4 室內攔截網 馬達,傾斜攪拌機使土石流發生到結束為 止(約 30 秒)。 鐵框直徑:11 鋼索直徑:3 (4)記錄流動狀態、堆積高度,並取通過攔截 單位:mm 網之堆積材料進行體積及重量量測。 (5)將網後之土石進行清除,留下網前土石進 行第二次土石流衝擊,共分 3~4 次衝擊。 (6)記錄分析數據。 五、室內試驗結果與討論 5.1 土石流分層堆積情況 本研究進行土石流攔阻功效評估,每組試 圖 4-5 網構造示意圖 驗進行 3~4 波衝擊,如圖 5-1 所示。 4.3 試驗方法 5.2 攔截網土石堆滿之情況 4.3.1 試驗控制條件 攔截網系統具有兩段式貯砂之功能,在土 本研究所進行之水槽模型試驗其控制條 石未堆滿主網時,可由主網進行攔阻,當土 件如表 4-1 石堆滿主網後,土石會越過主網堆積於副 網,形成一石籠壩之形式,在第三波土石流 表 4-1 試驗配置及編號表 衝擊時,主網和副網已堆滿,當到第四波時, 組別 體積 角度 最大 衝擊 7
  8. 8. 土石流會以飛濺方式通過攔截網系統,如圖 C0 − C1 5-3 所示。試驗結果顯示本研究攔截網系統, RV = ×100% C0 可將攔阻下之土石堆置於主網及副網,變為 C0:土石流原始體積濃度 本身自重阻擋土石流衝擊力。 C1:過壩土石流體積濃度 體積濃度0.35 最大粒徑0.5" 1.2 體積濃度0.45 最大粒徑0.5" 1 體積濃度0.55 最大粒徑0.5" 體積濃度減少率(%) 第三波 0.8 0.6 第二波 0.4 0.2 第一波 0 0 1 2 3 4 5 衝擊次數 圖 5-1 土石流第一至三波衝擊堆積情況 圖 5-4 不同體積濃度與體積濃度減少率關係 圖(Dmax=0.5") 1.2 體積濃度0.35 最大粒徑1" 體積濃度0.45 最大粒徑1" 1 體積濃度減少率(%) 體積濃度0.55 最大粒徑1" 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 3 4 5 衝擊次數 圖 5-5 不同體積濃度與體積濃度減少率關係 圖(Dmax=1") 圖 5-2 土石流前端與後端顆粒分佈情形 5.4 土石過網率 Rp 土石流的規模一般是指土石流流到土石 流沖積扇的總體積,及土石流流出土砂量。 本研究以體積計算土石流攔阻量以符合土石 流規模單位計算,試驗過程中,將拌合槽裡 的土石體積為初始土石流體積 V0,衝擊後過 網土石體積為 V1,過網後土石體積計算是將 網後土石及泥水收集以量筒量測體積,在將 其烘乾得知水體積,與未烘乾之體積相減得 知土石之體積,兩者之比值為土石過網率 Rp,計算方式如下: V1 圖 5-3 第四波衝擊後情況 RP = ×100% V0 5.3 體積濃度減少率 Rv V0:土石初始總體積 本研究將土石流初始體積濃度與網後體 V1:過網土石體積 積濃度差值再與初始體機濃度作比值,定義 為體積濃度減少率 Rv,目的在攔截網於不同 體積濃度土石流時之攔阻效果,其體積濃度 減少率 Rv 計算方式如下: 8
  9. 9. 45% 100% 各試驗過壩率值 40% 各試驗貯 95% 砂率值 35% 90% 30% 土石過壩率% 25% 85% 貯砂率% 20% 80% 15% 75% 10% 70% 5% 0% 65% 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 60% 體積濃度Cv 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 圖 5-6 體積濃度與土石過壩率之關係圖 體積濃度 Cv 圖 5-7 貯砂率與體積濃度之關係範圍圖 體積濃度 0.35 時,土石過網率最高在 40.25%,在體積濃度 0.65 時,土石過網率最 5.6 多次衝擊位移計分析 低在 1.13%,這表示在土石流體積濃度 0.35 本研究使用之攔截網系統是以兩端連接 時,流動能力較佳,帶過攔截網的土石也越 彈簧所受拉力,並紀錄每次衝擊所移動的距 多。 離,探討經過土石堆積後,位移量之改變量 5.5 貯砂率分析 與衝擊次數關係。彈簧之拉力則是以事先設 定好之伸長量-拉力關係來計算,假設兩端之 攔截網對土石流攔固排液之防治目的,即 彈簧所受力相等,故只需於一端之彈簧連接 希望將高流速、衝擊力大的粗大顆粒攔阻於 線性電子位移計 LVDT。 網前,形成堆積,一方面藉由土石自重穩定 從擷取系統擷取資料後,在經過電腦 構造外,並可緩和溪谷坡度,提高安全性; Excel 處理後將位移過程相互重疊,可以容易 另一方面,因攔截網攔阻空間有限,危害性 看出其結果進行分析比較,分析結果如圖 5-8 較低之土砂流則可透過開口往下游輸送。因 所示。在第一波與第二波衝擊下有明顯降 此,對於土石流之防治而言,貯砂率為評估 低,第二波位移量只有第一波的 6%~42%之 攔截網攔阻效益之重要指標。 間,這表示本攔截網已有自重產生,對於第 當土石停止流動後,將堆積於網後之土石 二及第三波衝擊之位移量有減少作用。 堆積物,分別收集取出烘乾秤重,以求全部 下降百分比=L1-L2/L 與通過土石重量及計算貯砂率,Rs 計算方式 如下: Test 4 第一次衝擊 80 T 第二次衝擊 RS = ×100% 70 第三次衝擊 T +P 60 LVDT讀 數 (mm) 50 T:壩前堆積土石重量 40 P:過壩土石重量 30 20 10 結果顯示在體積濃度 0.45 以上時,貯砂 0 率最佳,都在 90%以上,體積濃度在 0.35 時, -10 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 貯砂率下降至最低有 60.0% 圖 5-7 將分成兩 。 時間(s) 部份,為體積濃度 0.45 以上一各區塊,從體 圖 5-8 各次衝擊之伸長量與時間關係圖 積濃度 0.45~0.35 為第二區塊,在第一區塊 貯砂率變化不大,在 91.6%~98.9%之間,第 二區塊貯砂率明顯驟降,在最低點貯砂率只 60%。可將這兩區塊用為在不同體積濃度下 5.7 多次衝擊震動計分析 貯砂率之對照圖。 在經過土石流堆積於攔截網後,利用震動 計量測結果,分析堆積後與無堆積之土石流 衝擊比較。取第三次試驗為例,其量測震動 計結果如圖 5-9~5-11 所示,在 X 軸方向有 9
  10. 10. 第一波到第三波衝擊情形,可以看出第一波 流之破壞力。 衝擊因無土石為自重所以震動計讀數為最 3. 土石流之土石過網率之值越高代表此攔 大,加速度值為 0.262(cm/s2),第二波衝擊次 截網在攔阻土石流時,攔阻性能較差。由 之,加速度為 0.054(cm/s2),最後為第三波衝 試驗得知,土石過網率隨體積濃度增加而 擊,加速度為 0.016 (cm/s2),由此可知在土石 減少,在體積濃度 0.35 時,土石過壩率最 堆積情況下,有效降低攔截網系統受撞擊時 高在 40.25%,在體積濃度 0.65 時,土石 產生之加速度。 過壩率最低在 1.13%,這表示在土石流體 1 Test 3 第一次 X軸震動情況 積濃度 0.35 時,流動能力較佳,帶過壩體 土石流到達時間 0.5 的土石也越多。 Vlot 0 4. 體積濃度越高時候,貯砂率最佳,在體積 -0.5 濃度 0.45 以上時,貯砂率在 90%以上。在 -1 體積濃度 0.35 時,貯砂率下降至最低有 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 sec 60.0%。 圖 5-9 第一波衝擊震動計紀錄之狀況 5. 根據位移計及震動計實驗結果得知,攔截 1 Test 3 第二次 X軸震動情況 網壩可利用攔阻下來之土石,作為自重抵 0.5 擋土石流衝擊。 lot 0 位移計:在第一波與第二波衝擊下有明顯 V -0.5 降低,第二次位移量只有第一次 -1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 的 6%~42%之間。 sec 圖 5-10 第二波衝擊震動計紀錄之狀況 震動計:以第三次試驗為例,在土石流第 一 波 達 到 時 加 速 度 為 0.262(cm/s2);第二波到達時降低 Test 3 1 第三次 X軸震動情況 0.5 為 0.054(cm/s2) 第三波到達時為 ; 2 0.016 (cm/s )。 lot 0 V -0.5 這表示第一波衝擊主要攔阻由攔截網系統 -1 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 承受,發揮其柔性吸能的效果,第二波的 sec 衝擊逐漸由柔性吸能轉換成石籠壩自重抵 圖 5-11 第二波衝擊震動計紀錄之狀況 抗及前方土石堆積產生的能量分散效果。 六、結論 誌謝 综合現地與室內水槽試驗與分析討論結 本文承蒙行政院國家科學委員會(計畫編 果,本研究獲致以下幾點結論與建議。 號 NSC 95-2622-E-324-009-CC3)及豐欣營造 : 有限公司之資助,使研究得以順利完成,特 1. 本試驗現地所採用鋼索組成之柔性調節 此申謝。 網,已發揮其柔性、吸能、高透水之特色, 成功攔截數波土石流。目前調節網雖已淤 七、參考文獻 滿土石,然現階段自調節網往上游坡度已 1. 水 土 保 持 學 會 , 水 土 保 持 手 冊 - 工 程 「 趨於緩和並具一定程度之穩定性。 篇」 ,台灣省水土保持局暨中華水土保持 2.. 由試驗結果得知,土石流通過攔截網後之 學會, 185 頁,1992。 體積濃度與初始體積濃度比較有明顯降 2. 池谷浩、上原信司, 「砂防土砂調節效果 低,本研究攔截網系統對於土石流體積濃 關係實驗的研究」 ,新砂防 No.114,第 度降低,具有相當大之效果,可減低土石 37-44 頁,1980。 3. 高橋保, 「土石流に 發生と流動の 關研 10
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