授课老师林俐玲老师指导老师冯正一老师学生高志文.ppt

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1、堰塞壩沖蝕破壞型態之顆粒流數值模擬授課老師：林俐玲老師指導老師：馮正一老師學生：高志文November21,2011前言文獻回顧PFC之基本假設模擬分析結果結論預期結果2岩坡深層崩塌易堵塞溪流，形成堰塞壩和堰塞湖。從歷史案例發現，導致災情慘重的原因，並非崩塌當時所造成，而是堰塞壩因溢流沖蝕，壩體被衝破瞬間，大量水體傾洩而下所致。本研究利用離散元素程式(PFC2D,Itasca,2008)，探討不同流場情形，對於壩體破壞方式的不同，與高橋保等(1988)所提出的天然土石壩破壞形式進行比較。前言文獻回顧高橋保等(1988)，為了解天然土石壩的潰壩機制及過程，評估各種不同潰壩所產生之災害，分

2、析常見堰塞壩的破壞型態有三種：(A)壩頂溢流破壞、(B)邊坡滑動破壞、(C)漸進管湧破壞。4(A)(B)(C)羅佳明等(2007)，著重於崖錐堆積型態進行分析，應用室內小型落石台物理模型試驗，結合顆粒力學模擬軟體(PFC3D3.0)，針對不同量體岩塊，地形坡度等條件進行岩坡落石運動至堆積之力學行為模擬。文獻回顧←高雄小林村堰塞壩殘跡台東龍泉溪堰塞湖→徐松圻等(2009)，以分離元素法PFC2D探討土石流體內顆粒之運動機制，包含顆粒間接觸力、土體位移、土體流動行為模式及顆粒間微觀參數影響。利用落門試驗求得微觀參數，因子的影響程度為坡度>摩擦角>體積濃度>坡面摩擦角。文獻回顧羅佳明等(20

3、11)，以小林村獻肚山劇變式山崩為對象，利用DEM資訊搭配分離元素法為基礎之模擬軟體(PFC3D)，進行災前地形及災中山崩動態模擬。根據現場調查結果之證據，再以物理實驗模型配置為基礎，作為數值模型及設定之簡化依據。文獻回顧PFC之基本假設顆粒假設為剛體(rigid)。顆粒間的接觸極小(點接觸)可忽略。接觸點行為以軟接觸方式表示。允許在接觸點上產生剛性顆粒重疊之情形。碰撞情形僅於顆粒對顆粒、顆粒對牆。顆粒可自由移動與轉動。9顆粒間可存在強度的鍵結，且可受力而破壞。顆粒重疊大小與接觸力有關，可藉由力與位移關係式計算得到。顆粒幾何形狀皆為圓形，可利用指令(Clump)連結顆粒，創造出任意形狀

4、。水模組無法模擬超額孔隙水壓的激發，以忽略進行計算。10PFC之基本假設11模擬分析結果12壩頂溢流破壞參考項目模擬參數球元素半徑分佈範圍(m)0.01~0.05球元素數量5000孔隙率0.1牆元素數量20球元素摩擦係數0.3牆元素摩擦係數1.0平行鍵結正向勁度(kN/m3)1e7平行鍵結切向勁度(kN/m3)3e6平行鍵結正向強度(kN/m2)7e4平行鍵結切向強度(kN/m2)7e413Step：31660Time：32sStep：21800Time：22sLegend全鍵結完好部分鍵結破壞全鍵結破壞Step：51420Time：52s14Step：100760Time：102s1

5、5Wallid=19YaxisforceMax=-1.379e5Step=100760Time=102s16Wallid=19XaxisforceMax=3.713e4Step=100760Time=102s17邊坡滑動破壞參考項目模擬參數球元素半徑分佈範圍(m)0.01~0.05球元素數量4000孔隙率0.15牆元素數量20球元素摩擦係數0.3牆元素摩擦係數1.0平行鍵結正向勁度(kN/m3)1e7平行鍵結切向勁度(kN/m3)3e6平行鍵結正向強度(kN/m2)4e4平行鍵結切向強度(kN/m2)4e418Step：20640Time：23sStep：38480Time：43sLe

6、gend全鍵結完好部分鍵結破壞全鍵結破壞Step：61240Time：68sStep：97060Time：108s1920Wallid=19YaxisforceMax=-1.277e5Step=97060Time=108s21Wallid=19XaxisforceMax=3.397e4Step=97060Time=108s22漸進管湧破壞參考項目模擬參數球元素半徑分佈範圍(m)0.01~0.1球元素數量3000孔隙率0.2牆元素數量20球元素摩擦係數0.3牆元素摩擦係數1.0平行鍵結正向勁度(kN/m3)1e7平行鍵結切向勁度(kN/m3)3e6平行鍵結正向強度(kN/m2)6e4平行

7、鍵結切向強度(kN/m2)6e423Step：39110Time：2.7sStep：16910Time：1.4sLegend全鍵結完好部分鍵結破壞全鍵結破壞24Step：166160Time：10sStep：77020Time：4.3s25Wallid=19YaxisforceMax=-2.309e4Step=166160Time=10s26Wallid=19XaxisforceMax=5.391e3Step=166160Time=10s結論在