邊坡管湧現象與水力坡降關係之探討

The Study of Relationships between Slope Piping and Hydraulic Gradient

鄭世才(Shih-Tsai Cheng)

指導教授 ： 張德鑫

中原大學/工學院/土木工程學系/碩士(2007年)

https://doi.org/10.6840/cycu200700368

摘要

管湧現象是指土體中的細小顆粒通過粗大顆粒間孔隙，並發生移動或被水流帶出的情形。管湧發生的位置會在滲流出口附近，也會發生在土體內部。一般傳統判斷邊坡破壞時水力梯度屆A是以整體的方式來取得數據，所得到的數據皆為一個範圍的平均水力梯度屆A無法更精確得知管湧發生時更精確的水力梯度屆C本研究利用臨界水力坡降公式及數值模擬方法觀察微小顆粒土壤在滲流坡面的受力情形，探討在不同坡度及粒徑下微小土壤顆粒所能承受的水力梯度值。
本研究首先進行實驗室管湧現象模型試驗，所選用材料為石英砂編號c250之標準砂。其次，利用運動方程式推導發生管湧時，微小土壤顆粒在坡面上之臨界水力梯度。再利用FEMWATER模式模擬管湧試驗，根據實驗結果所得到之參數條件及邊界條件代入模式進行模擬，得到水流速度及水力梯度值。最後，分析三方面在不同條件下之結果差異。
本研究由管湧試驗、理論公式及數值模擬三者比較，在管湧破壞位置之水力梯度值會比整體之平均水力梯度值大，若照傳統方式判斷水力梯度值會被低估，可供工程上參考。

關鍵字

土木工程 ； 管湧 ； 臨界水力梯度 ； 邊坡破壞

並列摘要

The piping phenomenon means that soil particles move along the pathway among particles of the soil-body framework or when soil particles are taken out from the soil-body. The position of piping phenomenon occurs seepage outlet or inside of siol-body.In general, We come to obtain the Hydraulic Gradient by way of whole, but the data we got that is the average Hydraulic Gradient, and does not the Hydraulic Gradient of broken position. The research uses critical Hydraulic Gradient equation and GMS to observe the Hydraulic Gradient of soil particle in the piping phenomenon.
Firstly, this research involves the model experiment on lab piping phenomenon. The experiment herein is adopted uniform size of sands that are selected out from serial number c250 standard sands, and gains critical hydraulic gradient values based on different inclination of slopes. Secondly, we build critical Hydraulic Gradient equation that is derived from movement equations. Thirdly, according to parameter condition and boundary condition which were got from the experimental result, that bring into GMS and get the velocity of fluid and the Hydraulic Gradient by GMS. Finally, the research analyzes the different result under different conditions between three methods.
The research uses piping phenomenon experiment, the theory formula and GMS to analyze the Hydraulic Gradient, and compares each other.

並列關鍵字

Slope failure ； Critical hydraulic gradient ； Piping ； Civil Engineering

參考文獻

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