An Investigation on Wave Transformation and Soil Pore-pressure Variation on a Slope Sand Bed

本研究主要探討波浪經過砂質斜坡底床上所產生的波浪變形及土壤孔隙壓力變化，在理論方面採用蔡與陳 (2002)推導適用於孔隙彈性介質上時間相關緩坡方程式，並藉由改變土壤參數特性包含土壤剪力模數、滲透率來模擬不同底床特性且改變不同波浪入射條件及不同斜坡底床坡度作為波浪變形及土壤孔隙壓力改變之依據。 此研究先以水工模型試驗來與理論分析結果做驗證，發現試驗結果與理論分析相同並證實理論之正確性。其後於理論分析中，藉由改變土壤滲透率及土壤剪力模數等相關參數，模擬波浪經過剛性不透水底床與不同砂質底床上的衰減差異。分析結果發現在粗砂底床下，波浪衰減較細砂及不透水底床明顯許多。The purpose of this paper is to experimentation the wave transformation over slope sandy bottom. It mainly focuses on the effect of sandy seabed, soil shear modulus, soil permeability, to the wave transformations and induced soil response on the slope sandy bottom. The governing equations in this study are derived from Tsai and Chen (2002). They set a suitable time-dependent mild-slope equation for wave propagating over a poro-elastic seabed including properties of porosity, shear modulus, permeability, of the soil. In addition. The research compares first the wave deformation of sandy seabed and impermeable seabed. The numerical results indicate that the wave attenuation on the coarse sand seabed is more obvious than on the impermeable sand one.摘要 I ABSTRACT II 目錄 III 表目錄 VI 圖目錄 VII 符號說明 X 符號說明 X 第一章 前言 1 1-1研究動機 1 1-2文獻回顧 1 1-3 研究目的及本文組織 3 第二章 數值模式之建立 5 2-1 等水深情況之推導 5 2-1-1 控制方程式 5 2-1-2 邊界條件 7 2-1-3 土壤通解部份 9 2-1-4 等水深情況之速度勢解析 10 2-2 斜坡底床情況 12 2-3 數值計算 16 第三章 模型實驗 19 3-1 試驗佈置 19 3-1-1 試驗水槽 19 3-1-2 量測儀器介紹 19 3-1-3波浪量測系統之佈置 20 3-1-4容量式波高計與小型間隙水壓計率定 21 3-2 試驗條件 22 3-2-1 入射波場試驗條件 22 3-2-2孔隙底床砂質性質 23 3-3試驗方法與步驟 24 第四章 實驗驗證與比較 26 4-1碎波指標之分析 26 4-2波高分佈比較 27 4-3 土壤孔隙壓力變化 32 第五章 波浪變形與土壤孔隙壓力特性探討 37 5-1模式分析於波高變形及孔隙水壓之變化 38 5-1-1波浪條件影響 38 5-1-2坡度影響 43 5-1-3沙洲地貌之模型 49 第六章 結論 51 參考文獻 5