詹穎雯臺灣大學:土木工程學研究所呂昆樹LYU, KUN-SHUKUN-SHULYU2010-06-302018-07-092010-06-302018-07-092008U0001-2607200812471900http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187616水工混凝土結構物如河道、防波堤、水庫之排洪隧道、溢洪道等，由於長期與水接觸，並受到地形、水流環境等影響，在豪雨或颱風過後，水流便會以極快的流速、挾帶大量的砂礫泥砂，直接對水工混凝土造成損壞。所以對水工混凝土結構物，必須先設計一防護層已抵抗這些外來的磨損作用。而水流挾砂的磨損作用主要有三種：磨耗作用、沖蝕作用及穴蝕作用，各個作用對材料損壞磨損的方式都不相同，因此也發展出不同公式模型來推算不同作用下的磨損量。影響磨損程度的因素有很多，不外乎為材料及環境的因素，從材料面著手增加混凝土抵抗磨損的手段有：添加卜作嵐材料、骨材強度等等…前人的研究很多，不外乎提升混凝土各項性質以增加其抗壓強度，進而有效抵抗水流及砂礫的磨損作用；對於外來環境因素水流的影響，因為水流的動能帶動了水中泥砂顆粒運動產生了各種不同的運動方式，而水中顆粒的躍移運動主要受力學特性所影響，造成顆粒沖擊的速度及角度有所不同，影響著磨損的作用方式和磨損程度。研究將探討各個作用因素下對磨損影響的程度，並以數值分析方式配合力學的機制模擬顆粒於水中磨耗試驗下二維單顆粒的躍移運動，進而求得沖角及流速。並藉由水流挾砂試驗的成果建立理論模型中的材料特性參數，求取磨損量。最後藉由實際案例的成果資料與理論公式作結合評估模型公式的正確性。從本研究藉由模型公式分析計算與試驗的結果比對發現，以該理論模型公式計算混凝土磨耗量有其適用性，雖然在實際案例的計算上有所差異，但在分析計算的過程中發現了許多值得改進的缺點，可以提升磨損量的精確度，提供了水工混凝土材料磨耗層後續研究之參考。誌謝 一 要 二 錄 四 一章 緒論 1.1 研究動機與目的 1.2 研究範圍 2二章 文獻回顧 4.1 混凝土結構物耐久性及劣化原因 4.2 混凝土水中磨耗過程、定義及影響因素 5.2.1 混凝土水中磨耗過程 5.2.2 水中磨損作用的定義 5.2.3 水中磨損作用的影響因素 6.3 水中泥砂對磨損的影響 9.3.1 顆粒的影響 9.3.2 泥砂運動的來源 10.3.3 泥砂移運方式 11.4 水流對磨蝕的影響 13.4.1 水流流態的影響 13.4.2 水流的影響 14.5 混凝土抗磨耗能力與強度 16.5.1 抗磨耗能力與材料參數之關係 16.5.2 影響抗壓強度之因素 22三章 相關實驗方法及說明 25.1 試驗目的 25.2 水中磨損試驗的各種方法 25.2.1 磨耗試驗 26.2.2 沖擊試驗 27.2.3 穴蝕試驗 28.3 本研究相關試驗方法 28.4 水中磨耗試驗 29.4.1 試驗儀器 29.4.2 試驗採用的參數 30.4.2.1 配比設計、拌合 30.4.2.2 材料性質 30.4.4 試驗方法 31.4.5 分析方式 32.5 含砂水流沖擊試驗 33.5.1 試驗設備 33.5.2 試驗配比及參數 33.5.2 試驗方法 33.6 力學試驗 34.6.1 實驗儀器 34.6.2 抗壓強度之量測 35.6.3 彈性模數之量測 36.6.4 劈裂試驗 36.6.5 撞擊試驗 37.7 試驗結果資料 37四章 理論分析 38.1 顆粒躍移行為研究 38.2 物理模式之建立 40.2.1 顆粒躍移運動方程式 40.2.2 運動方程式 45.2.3 初始條件及水流條件 45.3 運動方程式求解 46.4 沖角及流速 47.4.1 沖角的影響 48.4.2 流速的影響 49.5 脆性材料的磨損理論 49.5.1 沖蝕與磨耗理論 50.5.2 沖擊破裂理論 51.6 小結 52.7 混凝土材料受砂石沖磨理論模型 53.7.1 沖蝕理論基礎 53.7.2 沖蝕磨耗理論模型 56五章 磨損分析結果與討論 58.1 磨耗層分析 58.1.1 材料特性參數 58.1.2 磨耗層厚度推估結果與水中磨耗試驗比較 59.2 實際案例結果比較 59.2.1 輸砂量 60.2.2 起動流速及水流速度 60.2.4 磨耗層計算結果 62.3 分析結果討論 62.3.1 理論模型的適用性 62.3.2 水中的運動行為 63.3.3 相關試驗方法 64.3.4 磨損的範圍 64.3.5 輸砂量 65.4 參數敏感度分析 65.4.1 改變微切削磨損耗能因素φ 66.4.2 改變沖擊磨損耗能因數ε 66.4.3 改變臨界砂速k 67.4.4 參數敏感度分析討論 67六章 結論與建議 69.1 結論 69.2 建議 70考文獻 72號說明 817251587 bytesapplication/pdfen-US水工混凝土理論模型公式流速顆粒躍移運動磨耗層估算hydraulic concretetheoretical modelanalysis the wear surfaceimpact velocityimpact anglethesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187616/1/ntu-97-R95521241-1.pdf