臺灣博碩士論文加值系統

台灣地區之山坡地多屬不飽和土壤邊坡，而這些處於地下水位上的不飽和邊坡，在遇到降雨後，水分滲流易導致水文特性(如基質吸力等)的改變，進而引發後續邊坡穩定的問題。本研究以現地案例作為分析對象，利用數值分析程式SEEP/W與SLOPE/W模組以不同降雨條件下對不飽和土壤邊坡進行滲流模擬及穩定分析。研究內容除原有警戒方式(降雨量、地下水水位)之模擬探討外，本研究也深入探討降雨入滲造成不飽和土壤邊坡之水文特性以及穩定性之變化，進而找出較為準確、且亦有力學基礎之崩塌災害發生指標，以供相關單位進行防災預警之參考。
研究發現，不飽和土壤邊坡在相同累積降雨量但延時不同，其邊坡穩定分析結果有所差異，故僅以累積降雨量作為崩塌發生與否的指標參數，以本研究案例而言，其準確性仍未臻完善。且在存有厚崩積層或深層地下水之邊坡，在不同降雨情境下，水位的變化都不甚顯著。不飽和邊坡土壤的破壞類型多屬淺層破壞，破壞位置多沿著浸潤帶發生，而浸潤帶的產生時即代表基質吸力的消散，土壤之抗剪強度也會隨之下降，此為造成邊坡不穩定之重要因素之一。分析結果顯示降雨入滲引致之邊坡破壞前體積含水比存在臨界值特徵，而此臨界體積含水比不受降雨條件及不同位置的影響。因此，利用臨界體積含水比當作崩塌災害發生指標之一，應屬可行之方向，值得進一步探討。

ABSTRACT
The majority of Taiwan’s hillsides belong to unsaturated soil slope. Seepage in these unsaturated slopes situated above groundwater level would easily lead to changes of hydrological characteristics (such as matric suction, etc.) when encountered rainfall, and then trigger subsequent slope stability problems. This study adopted a field case and used numerical analysis program SEEP/W and SLOPE/W module to conduct seepage simulation and stability analysis on unsaturated soil slopes under different rainfall scenarios. In addition to simulation and exploration of original alert modes (rainfall, groundwater level), this study also investigates changes of hydrological characteristics and stability in unsaturated soil slopes caused by rainfall infiltration, and then identify more accurate landslide disaster occurrence indicators also having a mechanical basis for potential application by related agencies in implementing disaster prevention and early warning measures.
This study found that the slope stability analysis results of unsaturated soil slope would vary under same cumulative rainfall but different durations. Therefore, only cumulative rainfall was used as indicator parameter of whether landslide will occur or not, in terms of this case study, its accuracy still has room for improvement. And under different rainfall scenarios the changes of water level in slopes with thick colluvium or deep groundwater are not significant. The majority of damage types of unsaturated soil slope belong to shallow landslide, and slope failures mostly occur along the wetting front, while the generation of wetting front represents the dissipation of matric suction, as a result the shear strength of soil will also drop, and this is one of the important factors causing slope instability. The analytical results exhibit critical value characteristic of volumetric water content prior to slope failure induced by rainfall infiltration. In addition, this critical volumetric water content would not be influenced by rainfall conditions and positions in the slope. Therefore, using critical volumetric water content as a landslide disaster occurrence indicator should be a feasible direction and warrants further study.

論文摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 …………………………………………………………………IV
表目錄 ………………………………………………………………VIII
圖目錄 ………………………………………………………………….X
第 1 章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究內容與研究架構 2
第 2 章 文獻回顧 5
2.1 不飽和土壤特性 5
2.1.1 不飽和土壤 5
2.1.2 不飽和土壤之基質吸力 7
2.1.3 不飽和土壤之水分特性曲線及水力傳導係數 9
2.1.4 不飽和土壤之剪力強度 12
2.2 降雨入滲對邊坡之影響 15
2.2.1 台灣地區常見降雨特性探討 15
2.2.2 降雨入滲對土壤水文特性及地下水位之影響 16
2.2.3 降雨入滲對邊坡穩定之影響 24
2.2.4 降雨入滲數值分析之相關研究 25
2.3 邊坡崩塌門檻值及臨界體積含水比之相關研究 26
2.3.1 臨界降雨量（Critical Rainfall） 28
2.3.2 臨界體積含水比(Critical Volumetric Water Content） 30
2.4 小結 32
第 3 章 研究方法 33
3.1 數值軟體介紹 33
3.2 研究流程 36
3.3 案例資料 39
3.3.1 地理位置 40
3.3.2 地形與地質概況 42
3.3.3 水文地質特性調查 48
3.4 案例分析與模型之建立 50
3.4.1 數值模型之建立 50
3.4.2 邊界條件的設定 53
3.4.3 模型參數的率定 55
3.5 數值分析 58
3.5.1 數值分析運算流程 59
3.5.2 土壤元素的模擬 59
3.5.3 SLOPE/W滑動面的設定 61
3.5.4 分析案例的設計 61
第 4 章 結果與討論 63
4.1 不同降雨條件下邊坡崩塌行為之探討 63
4.2 降雨入滲對不飽和土壤邊坡之影響 93
4.2.1 降雨入滲對基質吸力及水文特性之影響 94
4.2.2 不飽和土壤邊坡浸潤帶與臨界滑動面之相關性 99
4.3 崩塌發生時臨界體積含水比之探討 111
第 5 章 結論與建議 121
5.1 結論 121
5.2 建議 123
參考文獻 124

附錄A 擷取數值分析結果
A-1隨降雨入滲時間不同之壓力水頭空間分布圖
A-2隨降雨入滲時間不同之總水頭空間分布圖
A-3隨降雨入滲時間不同之體積含水比空間分布圖
附錄B 擷取各降雨事件之孔隙水壓力及體積含水比隨深度變化圖

1.Blatz, J.A., Ferreira, N.J., and Graham, J. (2004), “Effects of Near-surface Environmental Conditions on Instability of an Unsaturated Soil Slope”, Canadian Geotechnical Journal, 41, pp. 1111-1126.
2.Bao, C. G., Gong, B. W., and Zhan, L. T. (1998), “Keynote lecture: Properties of Unsaturated Soils and Slop Stability of Expansive Soil”,Proceedings of the 2nd International Conference on Unsaturated Soils,Beijing,China,Vol.2,pp.77-98.
3.Croney, D., Coleman, J. D. (1948), “Soil Thermodynamics Applied to the Movement of Moisure in Road Foundations”, Proc. 7th Int. Cong. Appl. Mech., Vol. 3, pp.163-177.
4.Fredlund, D. G., and Morgenstern, N. A. (1977), “Stress State Variables for Unsaturated Soil”, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, GT5, Vol. 103, pp.447-446.
5.Fredlund, D. G., Rajardjo, H. (1993), “Soil Mechanics for Unsaturated Soils”, John Wiley, New York.
6.Fredlund, D. G., Xing, A. (1994), “Equations for the Soil-Water Characteristic Curve”, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 31, pp.521-532.
7.Fredlund, D. G., Morgenstern, N. R., and Widger, R. A. (1978), “The Shear Strength of Unsaturated Soils”, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 15, No. 3, pp. 313-321.
8.Guzzetti, F., Peruccacci, S., Rossi, M., and stark, C. P. (2008), The Rainfall Intensity-Duration Control of Shallow Landslides and Debris Flows:An update, Landslides,5 (1) ,pp3-17.
9.Ho, D. G., and Fredlund, D. G. (1982), “A Multistage Triaxial Test for Unsaturated Soils”, Geotechnical Testing Journal, Vol. 5, No. 1, pp. 18-28.
10.Lumbe,P.(1975) , “Slope failures in Hong Kong”,Quarterly Journal of Engineering Geology, Vol.8, pp. 31-65.
11.Mein, R. G., and Larson, C. L. （1973）, “Modelling Infiltration during Steady Rain”, Water Resource Research, Vol. 9, No. 2, pp. 384-394.
12.Misfeldt, G. A., Sauer. E. K., Christiansen. E. A. (1991),“The Hepburnlandslide:An Interactive Slope-Stability and seepage Analysis”, Canadian Geotechnical Journal, Vol.22, pp. 347-356.
13.Rahardjo, H., Li, X. W., Toll, D. G., and Leong, E. C. (2001), “The effect of antecedent rainfall on slope stability”, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 33, pp. 595-609.
14.A.W. Skempton, “Slope Stability of Cuttings in Brown London Clay”, Imperial College, University of London.
15.Vanapalli, S. K. Fredlund, D. G., Pufahl, D. E. and Clifton, A. W. (1996), “Model for the Prediction of Shear Strength with Respect to Soil Suction”, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 33, pp. 379-392.
16.Van Genuchtan, M. Th. (1980), “A Closed-Form Equation for Predicting the Hydraulic Conductivity of Unsaturated Soils”, Soil Science Society of America Journal, 44, pp. 892-898.
17.Zhang, L.L., Fredlund, D.G., Zhang, L.M. and Tang, W.H. (2004), “Numerical study of soil conditions under which matric suction can be maintained”, Canadian Geotechnical Journal, V.41,pp.569-582.
18.石鑫棟 (2001) 「台灣地區颱風雨降雨型態之分析研究」，，碩士論文，國立中央大學土木工程系。
19.台灣坡地防災學會(2014)，「102年萬山潛在大規模崩塌區調查監測計畫」，成果報告書，行政院農業委員會水土保持局。
20.林宏達、拱祥生(2001)，「不飽和土壤力學性質試驗及其在邊坡工程之應用」，地工技術第83期，pp. 39-52。
21.林宏達、拱祥生、吳宏偉 (2003)，「不飽和土壤邊坡基質吸力量測及其在邊坡穩定分析之應用」，地工技術第96期，pp. 27-42。
22.林德貴、張國欽、蘇苗彬 (2008)，颱風降雨期間梨山地滑區邊坡穩定性之數值評估，中華水土保持學報，39(1)，第 57-81 頁。
23.范嘉程 (2003)，「以有限元素法探討暴雨時邊坡之穩定分析」，地工技術第95期，pp. 61-74。
24.拱祥生 (1999)，「降雨對不飽和土壤邊坡穩定性之影響研究」，碩士論文，國立台灣科技大學營建工程系。
25.拱祥生 (2011)，「不飽和紅土基質吸力行為及其在工程上之應用」，博士論文，國立台灣科技大學營建工程系。
26.財團法人中興工程顧問社 (2008a)，「易淹水地區上游集水區地質調查及資料庫建置(第 1 期 96 年度)-集水區水文地質對坡地穩定性影響之調查評估計畫」，計畫成果報告，經濟部中央地質調查所。
27.財團法人中興工程顧問社 (2008b)，「易淹水地區上游集水區地質調查及資料庫建置(第 2 期 97 年度)-集水區水文地質對坡地穩定性影響之調查評估計畫」，計畫成果報告，經濟部中央地質調查所。
28.財團法人中興工程顧問社 (2009)，「易淹水地區上游集水區地質調查及資料庫建置(第 2 期 98 年度)-集水區水文地質對坡地穩定性影響之調查評估計畫」，計畫成果報告，經濟部中央地質調查所。
29.陳宗顯 (2006) ，「降雨引致地下水位變化之研究-以那菝、六甲與東和地下水位站為例」，博士論文，國立成功大學水利及海洋工程學系。
30.陳振宇 (2008)，「國內土石流警戒發布機制沿革」，台灣水土保持季刊，63，1-7。
31.陳振宇 (2014)，「降雨引致山崩之觀測及警戒前瞻技術研討會」，簡報資料，經濟部中央地質調查所。
32.陳振宇 (2014)，「複合型土砂災害警戒及疏散決策支援系統研究」，簡報資料，行政院農業委員會水土保持局。
33.陳振宇 (2011)，「複合型土砂災害警戒及疏散決策支援系統研究」，出國報告，行政院農業委員會水土保持局。
34.許正輝 (2005)，「降雨入滲對集水區邊坡穩定之影響探討」，碩士論文，國立臺灣海洋大學河海工程研究所。
35.劉哲欣、吳亭燁、林欣弘等人 (2014)，「颱洪期間坡地崩塌警戒值之推估-以高雄市六龜區為例」，水利署與NCDR防減災與氣候變遷合作協議成果發表會，台北。
36.盧瑜典 (2013)，「不飽和崩積土坡降雨入滲對水文特性之影響」，碩士論文，國立台灣科技大學營建工程系。
37.鄧鳳儀 (2008)，「湖口崩塌地水文地質數值模型回饋分析研究」，碩士論文，國立中央大學應用地質研究所。
38.鐘明劍、王金山、冀樹勇 (2011)，「降雨誘發崩塌地滑動之監測回饋分析與預警應用探討」，中興工程季刊第110期 pp.27-40。
39.羅紅明等人 (2009)，「对滑坡防治工程相关规范中渗流问题的研究」，中国科学院武汉岩土力学研究所。