土石流理論流速濃度與修正係數之探討

摘要

本文目的在於探討土石流的濃度分佈和流速分佈對土石流運動行為的影 響，並透過質量和動量守恆式的深度積分獲得控制方程式，以此為基礎進行研 究。由於本研究的水砂混合密度是變動的且是隨著流場土砂濃度改變的物理量， 在深度積分的質量守恆式與動量守恆式中將會產生四個修正係數。而這些修正 係數對於土石流的運動行為模擬將有著顯著的影響。本文建構出底床傾角、顆 粒間磨擦角、流速、濃度、修正係數的關係，可供之後對於土石流的模擬參考。 在穩態均勻流的條件下，可利用剪力平衡和壓力平衡推導出流速式和濃度 式。影響土石流流況有幾個因素，顆粒間磨擦角、底床傾角、土砂顆粒粒徑、 底床土砂濃度、水砂密度比以及底床條件。從研究結果可歸納六項結論: (1) 經 由嚴謹的深度積分我們發現在質量守恆式和動量守恆式中需有四個修正係數 才可以完整描述土石流運動行為；(2) 相同顆粒間磨擦角，底床傾角越大，濃 度分佈在深度方向上會越趨均勻；(3) 相同顆粒間磨擦角，底床傾角小時，流 體呈現清水層和混合層，且隨著底床傾角減小，清水層比例漸增；(4) 不論顆 粒間磨擦角與底床傾角的條件為何，混合層的流速分佈趨勢皆會相似且接近線 性；(5) 在定床條件下，相同的顆粒間磨擦角與底床傾角條件，不同的底床土 砂濃度對濃度分佈與流速分佈有顯著影響； (6) 底床條件對於濃度分佈與流速 分佈有顯著的影響，相同顆粒間磨擦角和底床傾角下，動床和定床的濃度與流 速分佈有明顯差異。

獎項日期	2014 1月 20
原文	???core.languages.zh_ZH???
監督員	Yih-Chin Tai (Supervisor)