6 土石流固定網設計的基本準則
6.3 帶有壓力段波的載荷模型
6.3.1 環網柵欄的壓力段波
首先，即假設流動深度hfl的下支撐繩受到土石流的撞擊，這導致透土石流第一部份的停止流 動（見圖6.12，a）。因此，靜水土石流動的載荷值Pstr和動量△P即作用於下支撐繩，每米寬 度的衝擊載荷值可算出如下：
hydrostatic component 靜水壓分量 for muddy fronts 泥質狀土石流前緣 for granular fronts 顆粒狀土石流前緣 γ= ρg是密度為ρ的土石流比重。
WSL Berichte, Heft 44, 2016
6. 土石流固定網設計的基本準則
圖6.12：填充階段1：撞擊下支撐繩時的土石流載荷；填充階段2：第一部份的土石流停止流動；填充 階段3：預測隨後的填充過程和因排出土石錐而降低靜水土石流量載荷（虛線）。這是可用於分配動態 土石流載荷的兩種可能方法。
關於後續的填充過程，可採用兩種不同的填充方法：
Filling stage 1填充階段1 Ring net環網
Variant 1變量1
Filling stage 2 填充階段2
Upper support rope moves diagonally towards the front
上支撐繩沿對角線向前移動 Ring net環網
Material stopped, draining土石停止並排水 Lower support rope moves downwards
下支撐繩向下移動 Variant 1變量1
Filling stage 3填充階段3
Material stopped and being drained 土石停止流動和排水完畢
Variant 1變量1
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6.3 帶有壓力段波的載荷模型
• 變量1 根據模型的變量1，一旦土石流的第一部份停止流動，後續部份的土石流就會推過 第一部份（見圖6.12），下面停止的流動土石流部份可由環網慢慢排出。在填充階段2，
靜水土石流動載荷跨越流動深度≈2hfl，動態壓力△P跨越流動深度hfl。在填充階段3，後續 的土石流部份再次推動先前停止的土石，△P跨越流動深度hfl。同時，靜水壓力跨越3hfl。
• 變量2 在此方案中的變量2，後續部份被推入先前停止的土石中，藉此增加填充水平高 度。因此，動量 =△P/2即出現衰減（由於先前停止的土石所致），動量分佈在 整個填充水平高度（填充階段2為≈2 hfl）。在填充階段3，動態分量△P/3分佈在填充水平 高度3 hfl上。
• 若柵欄被填滿隨後溢流，則以下的轉換過程會影響經停止的土石流物質：
• 最初，土壤顆粒和石頭之間到處都是水，在低滲透率（低kf值）的黏性土壤中，滲流應力 σ藉由孔隙水壓Pp來消散。土石由於摩擦無法發揮其阻力，因為顆粒之間彼此不接觸。
• 溢出的土石流所引起的壓力增加現象，造成空隙中排出越來越多的水，孔隙水壓Pp（t）
隨時間推移而降低，因為越來越多的水流向土石流前緣流動並穿過柵欄，此過程也稱為 固化（consolidation）（見圖6.13和圖6.14）[47]。
圖6.13：固化過程的概念模型：最初的孔隙水支撐載荷，在固化後的粒狀結構載荷。
• 擠出孔隙水越來越多，作用於顆粒結構上的有效應力 越大，隨著固結增加並 接近內部摩擦的有效角φ'，角度 即增加（見圖6.15）。然後，柵欄後面的土石流物質達 到最佳的壓縮和含水量狀態（見5.2.3.5節中摩擦角的測定）。
• 由於柵欄可向前（在流動方向上）變形，靜水壓以摩擦角φ'轉變為主動土壓的狀態。
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6. 土石流固定網設計的基本準則
圖6.14：隨時間t推移，孔隙水壓Pp和有效應力σ'的固結過程。
Effective slip circle 有效滑動圈 Overall slip circle 整體滑動圈
圖6.15：孔隙水壓對內摩擦角φ'的影響。首先，初始剪切強度Cu幾乎沒有內部摩擦（低φu或φu= 0）。水分子的凡 得瓦力的明顯內聚力，使得初始剪切強度Cu大於因毛細力吸引的有效內聚力C'[47]。
關於這兩個載荷作用期間的狀況：
Ka,h為主動土壓係數（見5.3.5.2節）。排出的土石流錐體接近主動土壓狀態的速度，主要取決於土石流物質的成 份物。若土石流物質含大量細粒（d<0.06mm的粒徑組成超過20％），通常具有較低的kf值。因此，固化過程需耗 費更長的時間。若土石出現更多的礫石和大石塊，則排水所需的時間顯著縮短可更快達到主動土壓的狀態。
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6.3 帶有壓力段波的載荷模型
在圖6.12中，填充階段3（另見第6.3.5節）的過渡階段以虛線表示。
支撐繩上的載荷分佈涉及環網區域的結構問題，在此情況下，需考慮變量1和2中的不同壓力
Armanini等人[2]將動態壓力分量設定為△P≈0.7ρu2。由於摩擦力造成明顯影響而流動較慢的顆 粒狀土石流，可動態放大為△P = 2 ρu2。因此，泥質狀和顆粒狀土石流其作用力之間的差異即 增大（見圖6.16）。
如圖6.16所示，根據Armanini的方法，顆粒狀土石流中的作用力比泥質土石流中的作用力大約 高出70％，若不考慮Armanini的前因子，顆粒狀土石流的作用力大約高出50％。