臺灣博碩士論文加值系統

在2009年中度颱風莫拉克侵台，在台灣中南部降下2500mm以上之豪雨，阿里山雨量站測得3059.5mm，已逼近阿里山年平均降雨3684mm，如此驚人的雨量已超越百年暴雨頻率，許多邊坡因降雨入滲使得整體安全係數下降，造成上或下邊坡發生崩坍，進而引發土石流，然而土石流淘刷許多下邊坡及擠壓主河道，下邊坡遭淘刷又引起道路的崩坍，使得臺21線沿線道路留下許多風災後的瘡痍。
本研究於南投縣信義鄉新山村現地勘查後取樣來進行試驗分析，並嘗試以大型傾斜直剪儀推估飽和與不飽和土壤剪力強度參數，同時進行基本參數試驗、壓力鍋、Guelph滲透計等試驗，來得到土壤水份特性曲線及滲透係數，以做為數值分析之輸入參數。由災前DEM及災後三維掃瞄得到之新山村邊坡剖面圖，配合SEEP/W及SLOPE/W來模擬分析及比較風災降雨條件下，在不同水位及河道淘刷破壞之情形，同時考量不同滲透係數、初始水位及土壤摩擦角來比較。由現地勘查及數值分析得知新山村邊坡破壞主要原因是因河水暴漲，導致坡趾發生淘刷，引發邊坡發生連續性的崩坍，使淘刷長度達20公尺。分析結果得到新山村摩擦角應介於46~54度之間。另以龍神橋200年重現期距之一日暴雨量，分析在不同降雨型態下，邊坡連續降雨之邊坡安全係數的變化，以後峰型降雨對安全係數影響較大。

In 2009, the moderate Typhoon Morakot invaded Taiwan brought more than 2500mm of torrential rain. In central and southern Taiwan. It was measured as 3059.5mm in Alishan rainfall station which has been closed to the average rainfall (3684mm) per year in Alishan. This astonishing rainfall has exceeded the hundred year rainstorm frequency. The infiltration of heavy rainfall made the factor of safety of slopes to decrease and caused landslides initiated from the upper and/or downward slopes. The landslides may then cause and trigger mudslides or debris flow. The mud flow or debris flow may squeeze the main river channel and scour river banks and/or down slopes of the roads. Therefore, a lot of landslides had occurred during this typhoon along the road of Tai-21 in central Taiwan.
In-situ exploration and sampling had been carried out in Sin-San Village in Nantou County after the typhoon to obtain the index properties of the soils. Large direct shear tests in the laboratory had been performed to measure the saturated and unsaturated shear strength of the material. The soil water characteristic curve (SWCC) of the soil was derived from the pressure plate tests. Guelph permeameter was used to estimate the in-situ hydraulic conductivity of the soil. These properties were necessary for later numerical analyses. The cross-section profiles of the failed slope before and after the typhoon at this area were obtained using digital elevation model (DEM) and 3D terrestrial scanner, respectively. The numerical softwares, SEEP/W and SLOPE/W, were used to analyze the slope stability under the similar rainfall by the typhoon. Different ground water level, river level, and friction angle of the soil were considered to compare the values of factor of safety and to reveal the failure processes of the slope. The possible failure of the slope may be due to scouring of the toe of the slope by the surge of rising river level and/or mud flow based on the investigated profiles and the numerical simulations. The estimated length of scouring was about 20m long. The possible mechanism of failure for this length of scouring could be due to multiple retrogressive failures after toe scouring based on the numerical modeling. The friction angle of the soil is around 46 to 54 degrees based on the direct shear tests and back analyses. Besides that, the one-day storm of 200-year recurrence interval was used to analyze the impact of different rainfall patterns. It was found back peak pattern of rainfall will lead to lower factor of safety.

摘要 I
Abstract II
致謝 IV
目錄 VI
圖目錄 XI
表目錄 XVIII
第一章、緒論 1
1.1前言 1
1.2研究位置 2
1.2.1新山村整治情形 5
1.3研究動機與目的 2
1.4 研究流程與方法 2
第二章、文獻探討 4
2.1 極端氣候之定義 4
2.1.1極端降雨之相關研究 5
2.1.2 重現期距之相關研究 6
2.2崩塌因子之探討 7
2.3 邊坡破壞之型式 10
2.4 降雨與邊坡破壞之研究 12
2.4.1降雨型態 13
2.5不飽和土壤 14
2.5.1 土壤吸力理論 17
2.6土壤水分特性 18
2.6.1 土壤水分函數 19
2.6.2 土壤轉換函數 20
2.6.3 不飽和剪力強度 21
2.7 降雨入滲現象 22
2.7.1 土壤滲透係數推估 23
2.8卵礫石強度性質 25
2.9 SEEP/W之相關研究 27
2.10台灣邊坡災害之相關研究 29
第三章、研究方法 30
3.1 土壤參數試驗 30
3.1.1現地取樣試驗 30
3.1.2級配曲線模擬 33
3.1.3室內夯實試驗 34
3.1.4夯實能量 36
3.2壓力鍋試驗 37
3.2.1試驗步驟 38
3.2.2試驗結果 39
3.3大型直剪試驗 42
3.3.1大型直剪裝置 43
3.3.2剪動平台與吊放裝置 45
3.3.3試驗記讀方式 45
3.3.4感應器校正及摩擦力試驗 48
3.3.5大型直剪試驗步驟 51
3.3.6大型直剪試驗結果與討論 56
3.4 Guelph滲透計 63
3.4.1 Guelph滲透計試驗步驟 63
3.4.2 Guelph滲透計試驗結果 64
第四章、數值分析及掃描軟體介紹 66
4.1 降雨邊坡穩定數值分析 66
4.2 SEEP/W程式介紹 66
4.3 SLOPE/W程式介紹 67
4.4現地三維掃瞄測量 67
第五章、降雨及邊坡穩定分析與結果 73
5.1莫拉克颱風雨量 73
5.1.1雨場分割 74
5.1.2空間差值設定 78
5.2邊坡初始條件及數值分析 79
5.2.1邊坡初始條件 80
5.2.2邊坡網格條件 81
5.2.3邊坡模擬參數 83
5.3、新山村降雨入滲分析結果與討論 84
5.4、新山村參數之分析 93
5.4.1、模擬不同初始水位之影響 93
5.4.2、不同初始水位之分析結果與討論 94
5.4.3、模擬不同滲透係數之影響 102
5.4.4、不同滲透係數之分析結果與討論 103
5.4.5、固定水頭與自由水頭之影響 107
5.4.6、不同邊界條件之分析結果與討論 108
5.4.6、不同摩擦角之影響 112
5.4.6、不同摩擦角之分析結果與討論 113
5.5 降雨頻率分析 117
5.6雨型設計 118
5.6.1 雨型設計分析結果 121
六、 結論與建議 123
6.1結論 123
6.2建議 125
文獻回顧 126

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