Experimental Evidence from the Triggering of Debris Flow Along a Granular Slope 顆粒斜坡上觸發土石流之實驗

Experimental Evidence from the Triggering of Debris Flow Along a Granular Slope顆粒斜坡上觸發土石流之實驗授課老師：林昭遠學生：林威鐘學號：79842003

坡地工程研究室 文獻出處 • Phys.Chem.Earth(B)，25卷第4章 387-390頁 • 作者：Carlo Gregoetti

坡地工程研究室 內容 • 一、前言 • 二、實驗裝置 • 三、實驗 • 四、結果 • 五、結論

坡地工程研究室 前言 • 前人的理論和實驗調查研究下，由坡腳侵蝕造成的破壞情形，在不穩定的粒狀坡面形成土石流。 • 前人的研究…，由Howard和Mc Lane研究坡面的不穩定性，他們把地表逕流的因素當作破壞的原因；而Budhu、Gobin、及Iverson 他們發現由於滲流力改變了坡面的架構，才造成了更進一步的局部破壞。

坡地工程研究室 目的 • 此篇研究主要是探討土壤中坡面之傾斜程度、與水位的變化，造成的地表逕流所觸發之土石流時，坡面的不穩定狀態模式。

坡地工程研究室 實驗裝置 0.5 m 1.2 m

坡地工程研究室 實驗 • 用三種不同大小之粒徑級配，來模擬斜坡的坡面。 • 研究中一共採用了六個坡面的角度，包括: 10度、13.5度、17度、20.5度、24度、27度。 • 而每一個坡面的角度，在控制斷面的下游設計有三種不同的尾水位，以水平底部為準，分別是0.18m、0.3m、0.42m。

坡地工程研究室 粒徑的取用 Φ ν

坡地工程研究室 實驗步驟 • 利用三種不同大小的粒徑，來模擬不同的坡面模式。 • 先選擇坡面粒徑後再固定坡度，由控制斷面上方增加水流量，而控制斷面下游的水位由喇叭型的排水管固定住，一直到觸發土石流為止。 • 改變坡面傾斜角度，觀察地表逕流的發生，一直到觸發土石流，將上游控制斷面的水位H高度及臨界流量Q，紀錄於在下表中。

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坡地工程研究室 實驗結果 • 實驗顯示粒徑較大之顆粒所模擬之坡面，需較大之流量才能產生地表逕流。 • 受到地表逕流因素的影響所造成坡面的不穩定進而發生了土石流。 • 根據坡面角度的變化，可分為兩種不同的土石流發動模式。

坡地工程研究室 實驗結果 • 第一種情況是當坡面角度(θ)小於靜摩擦角的一半，當上游的給水持續增加，地表逕流出現在控制斷面上游處，而隨著坡度增加，水流動出現地區朝下游的方向移動。 • 在第一個情況中，上游地表逕流向下游流竄侵蝕坡面的細砂層，在坡面的地表層產生破壞，而造成土石流。

實驗結果 Q up

坡地工程研究室 實驗結果 • 在第二個情況中角度大於靜摩擦角的一半時，觀察到地表逕流會突然出現在不特定的地區侵蝕地表層顆粒，引起顆粒的不穩定性，而造成局部性的破壞，並往上逆流侵蝕造成破壞。 • 往上逆流連續性局部破壞的發生，改變坡面直到達一個最小穩定之坡度，並且由於坡度的破壞，形成土石流。

實驗結果

坡地工程研究室 實驗結果 • 另外發現，由下游不同高低的尾水位，透過坡度和地表逕流出現地區的結果，而改變滲出模式，如: 在高斜度(θ>20.5∘)，當在下游處降低其水位，這個流動出現地區會朝向上游的方向移動。

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坡地工程研究室 結論 • 最重要的證據是地表逕流的存在與觸發土石流的關係。 • 當坡面角度小於靜摩擦角一半時，地表逕流將觸發土石流而造成坡面地表層的不穩定。 • 當坡面角度大於靜摩擦角一半時，地表逕流向上游產生連續的局部破壞，改變坡面造成破壞而引起土石流的形成，直到達一臨界穩定坡度。

坡地工程研究室 報告結束感謝聆聽

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