第三章 實驗佈置及實驗步驟
3.4 試驗條件
經由上述相關試驗，將試驗條件作一說明。
渠道試驗方面:
1. 試驗渠道為長 15m、寬 0.6m 之水槽，坡度為 0.004，取水槽下游 水流穩定段2m，為試驗渠段。
2. 試驗流量為 7,465cm3/s，試驗渠段於第二開口後經一束縮，其下游 為自由溢流。
3. 於堤頂沿程 50cm 與 150cm 處分別設置高 3cm 寬為 20cm 之開口，
開口一、二代表斷面分別於堤岸長50cm、160cm 處，且流量分別 為 571.5cm3/s 與 840.6cm3/s ， 而 兩 開 口 溢 頂 水 流 條 件 為
1,Re 2000
Fr< < 為亞臨界流與層流條件，而第二開口受迴水影響水 面線為 M1 curve，代表斷面之決定與開口流量量測將於後說明；
開口之溢頂水流在初始時深度較淺而後漸趨於穩定，而本試驗之 試驗水深甚小，由試驗觀測數據發現，溢頂時水流變化在短時間 內即能穩定，因此本試驗堤頂水深假設為固定。
4. 本試驗堤岸沖刷之起始時間是以溢頂水流到達堤岸底時開始計 算。
代表斷面之決定：開口一、二分別考量，受到迴水影響與無迴水 影響之溢頂水流，因此在試驗渠道後製作一束縮渠段，使水流迴水於 開口二溢出，其代表斷面之決定，於開口一及開口二，位置並不相同。
開口一代表斷面定於開口中央，亦即堤岸 50cm 處，開口二位於 下游，溢頂時將受到下游迴水之影響，因此其代表斷面訂於下游開口 處，亦即堤岸160cm 處。
堤頂開口之流量之量測，利用開口的開閉控制，於出流處接一蓄 水槽量測開口溢頂流量，其操作方法為:
(1) 將開口 1、2 封閉，量測沒有溢流時出流之流量(Qtotal) 。 (2) 將開口 1 打開，量測下游出流量(Qtotal-s1) 。
(3) 開啟開口 2，量測開啟兩開口時之出流流量(Qtotal-s1-s2)
其中Qs1= Qtotal- Qtotal-s1 ，Qs2= Qtotal-s1- Qtotal-s1-s2
相關數據如表3-8 所示。
土壤性質方面:
4. 土壤由直接剪力試驗結果，如圖 3-8 所示，得知土壤剪應力在 16.6~31.1(KN/m2)之間、ψ=31.64。。
本試驗土壤相關試驗參考河川輸砂研究，發現多以比重試驗與粒徑分 析為主，而試驗土壤夯實方面多以固定夯實條件方式進行，如陳聯 光，2000，於「溯源沖刷對河道演變分析之研究」，以固定重量滾輪 來回夯實十次為試驗條件，此外由於本實驗欲提供數值模擬使用以及 更進一步描述試驗堤岸性質使試驗條件更為完整，因此另外進行土壤 直 接 剪 力 試 驗( 參 考 Braja M. Das ,“principles of geotechnical engineering”, 大地工程原理第五版 黃安斌譯 p:375)以了解試驗土壤 剪力強度及摩擦角。
表 3-1 流量率定紀錄表 14 0.007465 7465 94.68 77.91 107.15 68.64 90.69 87.81 15 0.008752 8752 79.21 61.07 89.15 60.02 85.06 74.90 16 0.010575 10575 68.99 59.06 71.71 49.66 60.5 61.98 17 0.011902 11902 56.57 49.44 66.08 44.65 58.63 55.07 18 0.013699 13699 46.28 44.09 56.01 42.16 50.71 47.85 20 0.015625 15625 45.94 40.50 46.00 35.43 41.89 41.95 25 0.020245 20245 42.23 27.73 31.56 29.22 31.15 32.37 30 0.025738 25738 29.17 21.32 24.63 25.29 26.93 25.46 35 0.031873 31873 22.03 20.91 21.48 17.64 20.77 20.56 註：蓄水體積為0.655m3 200 0.075 37.20 35.60 3.49 pan 35.60 0.00 0.00
表 3-3 比重試驗紀錄表
表 3-6 荷重 10 公斤直接剪力試驗表
表 3-8 渠道開口流量紀錄表 蓄水時間(sec) 蓄水時間(sec) 蓄水時間(sec)
27.87 28.34 32.98 29.59 29.22 33.32 29.47 30.88 31.68 27.78 29.58 34.00 27.56 32.07 31.31
平均蓄水時間(sec)
28.45 30.02 32.66 Qtotal(cm3/s) Qs1(cm3/s) Qs2(cm3/s)
10970.19 571.57 840.60 蓄水體積(m3) 0.3121
圖 3-1 實驗佈置示意圖
圖 3-3 剪力盒與測微錶
圖 3-4 試驗斷面示意圖
圖 3-5 側視攝影機觀測示意圖
圖 3-6 試驗流程示意圖
流量率定線
y = -0.0052x2 + 1.3721x - 10.193
0 5 10 15 20 25 30 35
流量(l/s)
圖 3-8 側向溢頂沖刷堤防之粒徑分部曲線
垂直應力-剪力強度關係圖
y = 0.6164x + 6.7055 R2 = 0.9621
0 10 20 30 40
0 10 20 30 40 50
垂直應力(kn/m^2) 剪力強度(kn/m^2)
圖 3-9 直接剪力試驗結果圖
照片 3-1 雷射測量儀 照片 3-2 試驗標準篩
照片 3-5 土堤夯實 照片 3-6 實驗觀測儀器架設