測量結果、土石流平衡和剪力牆

圖4.18：2006年10月3日土石流過程中不同時間的壓力變化曲線。y軸按不同高度顯示荷載傳感器的編 號，y軸上的數值6即爲頂部的傳感器單元，數值2是第二個最低位置的傳感器單元。圖例：nach

Frontankunft = 土石流前緣到達後； Nummer der Kraftmessplatte = 測力板的數量； Hohe = 高度； Druck auf Platte = 單一測力板上的壓力。

測量剪力牆的數據時，僅討論與本文相關的測力板測量結果，並未討論地震檢波器的數據。

圖4.18顯示2006年10月3日土石流期間在某些時間測得的測量值。

1號傳感器被排除是因為在土石流開始發生時已被淤泥覆蓋，2號傳感器的數值也低於3號傳感 器的測量值，這也表示2號傳感器也被淤塞，在土石流前緣到達後的第1秒，其壓力分佈曲線 具有雙曲線的外觀特徵，即表示在2號傳感器安裝之前還沒有很多的土石沉積，因為2號和3號 傳感器的測量值仍彼此接近，流動深度處於上升的過程中，即頂部的6號傳感器仍未受影響

（見圖4.19）。根據影音錄製內容，土石流前緣流動持續約8秒，然後出現相當泥質的土石 流，在土石流前緣到達後的12秒鐘，1號和2號傳感器除外，可發現到淤積造成的靜水壓，即 表示這是固體與液體的均勻混合物，這也可藉由影音內容得到證實。此時，即顯示出土石流 是均勻的糊狀液體，相同的狀況也出現在土石流前緣到達後的24秒時間內，此時的壓力值仍 然略高於第12秒期間，因為其流動深度稍增（見圖4.19），此時的6號傳感器出現加載現象。

若將土石流平衡計的數據（第4.2.2節）列入考慮，在土石流開始出現後的第24秒，土石流密 度約2100 Kg/m3，此時的流動深度接近1.3米。假設在下方區域也出現靜水壓分佈的狀況，則1 號傳感器即出現2100•1.3•9.81 = 26.8 kN/m2的載荷，在土石流前緣到達後的第24秒，此數字可 藉由平衡計上的法向力來測定（見圖4.19）。

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4.4 測量結果、土石流平衡和剪力牆

在前140秒期間，此事件的平衡計測量數據如圖4.19所示，密度曲線幾乎為3000 kg/m³，被視爲 異常值，這可能是由於雷射測量裝置與測力系統出現短暫的時間延遲。在土石流活動開始 時，密度接近2100 kg/m³，即表示土石流前緣部位爲呈顆粒狀的土石，影音記錄證實此理論，

根據影音數據，土石流前緣持續流動8秒，然後即出現土石流的混合物，這是相當泥質的土石 流後部物質，因此，密度曲線即緩慢下降。

4.4.1能量平衡

根據2.2.3節，土石流平衡計的測量值和導出的變量可用於形成能量平衡的狀態，考慮到土石流發生期間的前兩分 鐘，根據公式2.30的加速項a（t），也考慮來自壓力項的作用力量，即得出：

壓力梯度

其中 ， 是流動方向的距離， 是渠道坡度，u0是平均速度， 可藉由測量 數據的中心差商（central difference quotients）測定。根據表4.1，使用地震檢波器傳輸經確定

的土石流平均流速為 。

測量後，平衡計上方的渠道坡度θ約6°，加速度曲線a（t）如圖4.21所示，加速度a（t）在前方 區域隨時爲正值，在土石流前緣通過後，從t = 10s，均勻的土石流幾乎都在靜止狀態中；加速 度a（t）近似為零，即下坡力的驅動分量與摩擦分量出現平衡。摩擦係數 也在土石流前 緣短暫增加到0.2，然後在土石流前緣通過後，達到0.11的恆定值（圖4.21）。從µ =常數，可

算出渠道坡度為 ，由此得出 ，同樣確認土石流的靜止狀態，在[62]

對Illgraben其他變量的分量y即進行詳細的分析，可變摩擦分量I也在5.4.1.1的實驗測試中得到 證實。

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圖4.19：2006年10月3日土石流事件期間，土石流平衡計的測量結果和導出的變量。圖例：Fliesshohe = 流動深度； Normalspannung =正應力； Scherspannung = 剪切應力； Murgangdichte =土石流密度； Zeit

=時間。

若加速度曲線a（t）在每個點隨時間進行t積分，則得出 （圖4.21），即可算出平均速度 um（圖4.21），平均速度um在土石流前緣區域會激增，即爲所測量土石流前緣速度ufront的4 倍。Bartelt等人[5]假設土石流前緣平均速度ufront趨近剪切平面，在z方向更高的速度um即表示 土石流前緣的速度分佈具有明顯的剪切梯度，可說明土石流前緣是滾動前進。由於地面粗糙 使然，下方的土石保持靜止不動，來自上方的土石在前緣處被向下推回（見圖4.20）。

圖4.22的第1條曲線顯示公式2.26的動能變化率K，即表示在土石流前緣流動期間增加到最大 值，後續即降到零，即動能不再出現任何變化（K = 0）。從這個時間開始，土石流的運動處 於靜止的均勻狀態，圖4.22從頂部開始的第2條曲線顯示公式2.27的摩擦能作功率Wb，這同樣 在土石流前緣出現流速最大值之前產生逐增的現象，然後在土石流前緣達到短暫的平衡狀 態，此數字持續約20秒，隨後此數值再緩減，重力活動率Wg也具有類似的特性曲線。

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4.4測量結果、土石流平衡和剪力牆

Z-direction Z方向 Deposition Zone堆積區

圖4.20：平均速度um和土石流前緣流速U-front

根據公式2.28，上述能量率的總平衡狀態即得出所預期的零值（見圖4.22中的第4條曲線），

僅土石流前緣區域出現不連續性，在土石流前緣區域出現這種動能正變化率的不連續性現 象。

在t = 60s時，幾乎所有的流動參數都出現另一個不連續性的現象，這種不連續性的現象首先出 現在流動深度hfl、然後出現在密度ρ、加速度a（t）、速度um及最終出現在能量的輸入值當 中，影音內容顯示土石流出現幾噸重的巨石，在土石流前緣開始流動後，其他均勻的土石流 也會出現運動，持續約60秒鐘（見圖4.23）。

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圖4.21：土石流前緣的運動：加速度a，隨時間積分計算和平均速度um。圖例：Reibungskoeffizient = 摩 擦係數； Beschleunigung = 加速度； Beschleunigung integriert uber die Zeit = 隨時間積分算出的加速 度； Mitlelere Geschwindigkeit = 平均速度； Zeit = 時間。

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4.4 測量結果、土石流平衡和剪力牆

圖4.22：土石流作功率K、Wg、Wb及其總平衡。圖例：Anderungsrate kin. Energie = 動能變化率；

Anderungsrate Reibungsenergie = 摩擦能變化率；Gravitationsarbeitsrate = 重力位能變化率；Energiebilanz

= 能量平衡； Zeit = 時間。

圖4.23：巨石翻滾土石流平衡計。這些影像是從2006年10月3日開始，在不同時間所錄製的數位化影 音。

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