模擬結果分析

參照 2.3 節試驗案例設計，以數值模式探討河道水位下降速度、岸壁坡度及 初始河道水位對岸壁穩定之影響，並與試驗結果進行比對分析，模擬結果彙整於 表5.1 與表 5.2 所示。

(1) 河道水位下降速度對岸壁穩定之影響

依據案例V1、Base case 及 V2 之試驗條件模擬不同河道水位下降速度對 岸壁穩定之影響，固定岸壁坡度 =70°與初始河道水位H₀=40 cm，河道水位 分別以0.033 cm/sec、0.058 cm/sec 及 0.073 cm/sec 三種速度下降，岸壁左側 邊界條件為不同下降速度之河道水位，計算岸壁穩定之時變過程並以安全係

數FS 表示，不同河道水位下降速度之模擬 FS 時變過程圖如圖 5.4 所示。由

之影響，固定岸壁坡度 =70°與河道水位下降速度V =0.058 cm/sec，初始河 道水位分別為H₀=40 cm 及 32 cm，改變不同初始條件進行模擬，不同初始河 道水位之模擬FS 時變過程圖如圖 5.8 所示。由圖 5.8 可知，當初始河道水位 為40cm 時，岸壁初始 FS 為最大，其 FS 值為 1.6，主要原因在於河道水位給 予土體之靜水壓力增加，岸壁較為穩定，FS 隨河道水位下降而減小，當 FS<1 時，意即岸壁發生破壞；另一方面，當初始河道水位愈低，飽和土體之上舉 力作用力小，岸壁發生破壞的時間愈晚，此模擬結果趨勢與試驗結果吻合。

依據表 5.1 進一步比對不同初始河道水位之岸壁發生破壞時河道水位模擬值 與試驗值，如圖5.9 所示。由圖 5.9 可知，模擬結果之岸壁破壞時河道水位隨 初始河道水位降低而愈低，與試驗值趨勢吻合，惟模擬值普遍偏低，模式考 慮張力裂縫影響之差異程度約在1.11~1.98 cm 之間，未考慮張力裂縫影響之 差異程度約在4.55~8.67 cm 之間。

由以上分析結果可知，就岸壁 FS 時變過程與破壞時河道水位方面而言，數 值模擬結果與試驗值之趨勢相同，惟在破壞時河道水位方面，模擬值相對低於試 驗量測值，且有考慮張力裂縫影響之模擬結果較為接近試驗值。Chiang (2011)發 展之岸壁崩塌模式並未考量張力裂縫造成岸壁穩定之影響，而經由本研究試驗結 果可知，岸壁發生崩塌破壞時，首先於灘地表面產生張力裂縫(見圖 3.18)。因此 本研究加入考量張力裂縫對岸壁穩定性之影響，當張力裂縫出現後，岸壁穩定性 會大幅下降，加速岸壁發生崩塌破壞，岸壁發生破壞時間相對較早，導致模擬結 果之破壞時河道水位較為接近試驗值；另一方面，比對不同河道水位下降速度、

岸壁坡度及初始河道水位案例可知，在相同岸壁坡度條件下，模擬值與試驗值差 異相近，反之，在不同岸壁坡度條件下，隨著岸壁坡度愈小，破壞時河道水位差 異程度愈大。

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表5.1 岸壁破壞時河道水位之模擬值與試驗結果比對

案例 V1 Base V2 S1 S2 H1

試驗結果(cm) 33.87 32.74 33.22 28.09 34.14 22.37 考慮張力裂縫之

模擬結果(cm) 28.48 30.76 29.93 17.49 37.29 21.26 差異(cm) 5.39 1.98 3.29 10.6 3.15 1.11 未考慮張力裂縫

之模擬結果(cm) 25.00 28.19 27.56 未破壞 33.52 13.70 差異(cm) 8.87 4.55 5.66 - 0.62 8.67

表 5.2 岸壁發生破壞時間之模擬值與試驗結果比對

案例 V1 Base V2 S1 S2 H1

試驗結果(sec) 152 101 71 180 76 139

考慮張力裂縫之

模擬結果(sec) 302 144 130 356 21 148

差異(sec) 150 43 59 176 55 9

未考慮張力裂縫

之模擬結果(sec) 408 191 164 未破壞 75 264

差異(sec) 256 90 93 - 1 125

圖5.1 一維 Boussinesq 方程式邊界示意圖

圖5.2 未考量張力裂縫之破壞面示意圖

圖5.3 考量張力裂縫之破壞面示意圖

圖5.4 不同河道水位下降速度之模擬 FS 時變過程圖 time(sec)

0 100 200 300

FS

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8

案例V1,V=0.033cm/s 案例Base,V=0.058cm/s 案例V2,V=0.073cm/s

圖5.5 不同河道水位下降速度之模擬值與試驗值比對

圖5.6 不同岸壁坡度之模擬 FS 時變過程圖 河道水位下降速度(cm/sec)

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08

破壞時河道水位(cm)

圖5.7 不同岸壁坡度之模擬值與試驗值比對

案例Base,H₀=40cm 案例H1,H₀=32cm

圖5.9 不同初始河道水位之模擬值與試驗值比對 初始河道水位(cm)

30 32 34 36 38 40 42

破壞時河道水位(cm)

0 10 20 30 40 50

試驗值 考慮張力裂縫 未考慮張力裂縫

第六章 結論與建議