臺灣博碩士論文加值系統

在各種天然災害中，土石流發生頻率高，殺傷力大，對生活環境的威脅相當嚴重，亦常造成生命財產的損失，因此，探悉土石流發生機制，以達成減災與防災之目的，乃現今之重要課題。本研究係於國立暨南國際大學之室外大型土石流槽進行土石流源頭崩塌之大型試驗，並以南投縣眉溪河床的砂石佈設於流槽上半部建立出長4.6m，寬1.5m，深0.75m，坡角為30°之邊坡及長2.9m，寬1.5m，深0.6m，坡角為30°之近似梯形土壩各一座分別進行人工降雨及潰霸型儲水試驗，同時在試驗材料內部埋設雙軸向荷重計與孔隙水壓計，以便利用自動資料擷取系統來紀錄正向應力、剪應力與孔隙水壓力變化，再配合照相機同步拍攝來觀測表面裂縫的發生模式與試體沉陷之行為。由人工降雨邊坡破壞試驗及潰霸型儲水試驗中邊坡底部孔隙水壓量測結果顯示，愈靠近下邊坡處之底部較其他部分提早達到飽和狀態，且該處之孔隙水壓上升的幅度亦較高，顯示坡趾孔隙水壓升高所造成土壤強度下降，初步判斷是邊坡崩壞之主要機制。另由邊坡底部滑動面上之正向力量測結果顯示，接近坡趾部份有較早之應力上升趨勢，研判此應為滲水中土體漸趨不穩定時，由於內部應力重新分配所發生之應力集中現象。綜合試驗結果，由滲透所造成之坡趾局部土壤軟化與應力集中乃為邊坡破壞之肇始，值得後續深入探討。

Among all types of natural disasters, debris flow is one of the most threatening events for human and the environment. Up-stream slope failures induced by heavy rainfall usually constitute the source of debris flow. As a first step towards the mitigation of debris flow disaster, the mechanism of slope failure is investigated herein.
An experimental program for investigating the mechanism of slope failure is conducted using the outdoor large-scale debris flow test channel and the artificial raining system at the campus of National Chi Nan University. A sand classified as SP-SM was used to establish two slopes; one of them is a 4.6 m- long, 1.5 m-wide and 0.75 m-deep approximately trapezoidal dam with a slope angle of 30°; the second one is a 2.9 m-long, 1.5 m-wide and 0.6 m-deep infinite slope with a slope angle of 30°. Artificial raining tests were performed on these two slopes.
Bi-axial loadcells and pore-pressure transducers are used in the tests. Cameras are used to observe the deformation of the slop surface and the settlement of the test slopes. Results of the tests show that the toe of the slope tends to be saturated earlier than other parts of the slope and its pore-pressure increasing rate is also higher than that observed at other portions of the slope. The soil strength decreases because of the rising pore pressure at the toe of the slope induced by the seepage in the soil mass, and this may be the main reason that causes slope failures. Results of the normal stress measurement show that the normal stress near slope toe increases rapidly immediately before the ultimate failure of the slope, indicating the stress concentration at the toe of the slope may be the sign of the beginning of slope failure.

目錄
致謝.....................................................I
論文摘要................................................II
ABSTRACT...............................................III
目錄....................................................IV
表目錄.................................................VII
圖目錄................................................VIII
第一章 緒論...............................................1
1-1 研究動機與目的......................................1
1-2 研究重點............................................1
1-3 研究方法............................................2
第二章 土石流源頭崩塌發生模式之文獻回顧...................6
2-1 土石流源頭崩塌之定義與發生機制......................6
2-2 文獻回顧............................................6
第三章 儀器與試驗準備....................................13
3-1 儀器與量測系統.....................................13
3-1-1 Labview 訊號擷取系統...........................13
3-1-2 現地埋設儀器介紹...............................16
3-1-2-1 孔隙水壓計.................................16
3-1-2-2 自製雙向荷重計................................. 20
3-1-3雨量筒..............................................24
3-1-4 流量計.........................................24
3-2 現地土壤試驗......................................26
3-2-1 土壤粒徑大小分析試驗...........................26
3-2-2 阿太堡限度試驗與性限度試驗.....................30
3-2-3 土粒比重試驗...................................30
3-2-4 直接剪力試驗...................................31
第四章 研究方法與試驗結果................................34
4-1 潰霸型儲水試驗....................................33
4-1-1 試驗場地配置...................................33
4-1-2 試體破壞流程...................................35
4-1-3 試驗數據整理..................................39
4-1-3-1 試樣破壞後之含水量量测....................39
4-1-3-2 孔隙水壓計律定試驗........................40
4-1-3-3 孔隙水壓量測結果..........................40
4-1-3-4 正向應力與剪應力量測結果..................42
4-1-3-5 發動摩擦角................................44
4-2 模擬降雨試驗.....................................45
4-2-1 試驗場地配置..................................45
4-2-2 試體破壞流程..................................47
4-2-3 試驗數據整理..................................50
4-2-3-1 試樣破壞後之含水量量测....................50
4-2-3-2 孔隙水壓量測結果..........................51
4-2-3-3 正向應力與剪應力量測結果..................53
4-2-3-4 發動摩擦角................................55
4-3 結論與建議..........................................56











表目錄
表3-1 試樣粒徑分佈表一...................................28
表3-2 試樣粒徑分佈表二...................................28
表3-3 試樣粒徑分佈表三...................................29
表3-4 直接剪力試驗一之正向應力與剪應力關係表.............31
表3-4 直接剪力試驗二之正向應力與剪應力關係表.............31












圖目錄
圖1-1 土石流源頭崩塌試驗槽................................2
圖1-2 土石流源頭崩塌試驗槽整體斷面圖......................3
圖1-3 土石流源頭崩塌試驗槽試樣堆積區域斷面圖..............3
圖1-4 人工模擬降雨試驗流程圖..............................4
圖1-5 潰壩型儲水試驗流程圖................................5
圖2-1現地試驗所發現的土石流源頭崩塌模式(a) 平移滑動 (b)圓
弧形滑動(Dai et al. 1998) ............................7
圖2-2 現地試驗所得之土石流發生特性與邊坡傾斜度關係(Dai et al. 1998)..................................................7
圖2-3未發生崩塌前之流槽結構與試驗沙之堆積形狀(Okura et al. 2002)..............................................8
圖2-4 流槽前視圖與側視圖(Okura et al. 2002) .................8
圖2-5第一次試驗崩塌前右側之水平面分佈(Okura et al.2002)..9
圖2-6第一次試驗上邊坡孔隙水壓變化趨勢圖(Okura et al.2002).9
圖2-7第二次試驗崩塌前右側之水平面分佈(Okura et al.2002)..10
圖2-8第二次試驗上邊坡孔隙水壓變化趨勢圖(Okura et al.2002)
..................................................10
圖2-9 長180公分，寬24公分之試驗流槽(Wang et al. 2002)...11
圖2-10 時間、孔隙水壓與滑動距離之關係圖(um最大孔隙水壓，ui初始孔隙水壓) (Wang et al. 2002)..................11
圖3-1 SCXI-1000組合框架前視圖............................13
圖3-2 SCXI-1000組合框架後視圖............................14
圖3-3 SCXI-1314俯視圖....................................14
圖3-4 SCXI-1520前視圖....................................15
圖3-5 SCXI-1520後視圖....................................15
圖3-6 孔隙水壓計.........................................16
圖3-7 孔隙水壓計校正裝置.................................17
圖3-8 編號A1孔隙水壓計之實驗室校正曲線.................. 18
圖3-9 編號A2孔隙水壓計之實驗室校正曲線.................. 18
圖3-10 編號A3孔隙水壓計之實驗室校正曲線................. 18
圖3-11 編號A4孔隙水壓計之實驗室校正曲線..................18
圖3-12 編號A5孔隙水壓計之實驗室校正曲線..................19
圖3-13 編號A6孔隙水壓計之實驗室校正曲線..................19
圖3-14 編號A7孔隙水壓計之實驗室校正曲線..................19
圖3-15 編號A8孔隙水壓計之實驗室校正曲線..................19
圖3-16 編號A9孔隙水壓計之實驗室校正曲線..................20
圖3-17 自製雙向荷重計....................................20
圖3-18 編號B1雙軸向荷重計實驗室校正曲線..................21
圖3-19 編號B2雙軸向荷重計實驗室校正曲線..................21
圖3-20 編號B3雙軸向荷重計實驗室校正曲線..................21
圖3-21 編號B4雙軸向荷重計實驗室校正曲線..................21
圖3-22 編號B5雙軸向荷重計實驗室校正曲線..................22
圖3-23 編號B6雙軸向荷重計實驗室校正曲線..................22
圖3-24 編號C1雙軸向荷重計實驗室校正曲線..................22
圖3-25 編號C2雙軸向荷重計實驗室校正曲線..................22
圖3-26 編號C3雙軸向荷重計實驗室校正曲線..................23
圖3-27 編號C4雙軸向荷重計實驗室校正曲線..................23
圖3-28 編號C5雙軸向荷重計實驗室校正曲線..................23
圖3-29 編號C6雙軸向荷重計實驗室校正曲線..................23
圖3-30 簡易型雨量筒......................................24
圖3-31 流量計裝置........................................24
圖3-32 流量計校正位置....................................25
圖3-33 自製土壤取樣器....................................25
圖3-34 搖篩機............................................26
圖3-35 土壤粒徑大小分析試驗流程圖........................27
圖3-36 試樣粒徑分部曲線..................................29
圖3-37 土壤比重試驗流程圖................................30
圖3-38 含水量8%的砂與水泥為摩擦界面之直接剪力試驗關係圖. 32
圖3-39 飽和砂與水泥為摩擦界面之直接剪力試驗關係圖........32
圖4-1 潰霸型儲水現地試驗斷面圖..........................33
圖4-2 累積流量與試驗時間關係圖..........................34
圖4-3 潰霸型儲水試驗之探測器配置俯視圖..................34
圖4-4 潰霸型儲水試驗之探測器與含水量取樣點相對位置俯視圖
.....................................................35
圖4-5 潰霸型儲水試驗關鍵時刻1、2堤體變形圖…...........36
圖4-6 潰霸型儲水試驗關鍵時刻3堤體變形圖….............36
圖4-7 潰壩型儲水試驗試體初始狀況….....................37
圖4-8 開始儲水71分鐘〈關鍵時刻1〉….....................37
圖4-9 開始儲水78分鐘〈關鍵時刻2〉…...................38
圖4-10 開始儲水82分鐘〈關鍵時刻3〉…....................38
圖4-11 潰霸行儲水試驗之E1~E6取樣點含水量趨勢圖….......39
圖4-12 孔隙水壓計律定試驗趨勢圖….......................40
圖4-13 潰霸型儲水現地試驗編號A1、A2、A5、及A6孔隙水壓計量测
結果趨勢圖….........................................41

圖4-14 潰霸型儲水現地試驗編號A7~A9孔隙水壓計量测結果趨勢圖
.....................................................42
圖4-15潰霸型儲水現地試驗編號B1、B2、B5及B5正向應力量测結果趨勢圖...................................................43
圖4-16 潰霸型儲水現地試驗編號C1、C2、C5及C6剪應力量测結果趨
勢圖.................................................43
圖4-17 潰壩型儲水現地試驗發動摩擦角.........................44
圖4-18 模擬降雨現地試驗斷面圖...............................45
圖4-19 模擬降雨試驗之探測器配置俯視圖.......................46
圖4-20 模擬降雨試驗之探測器與含水量取樣點相對位置俯視圖..46
圖4-21 模擬降與試體初始狀況..............................47
圖4-22 開始降雨146分鐘..................................48
圖4-23 開始降雨165分鐘..................................48
圖4-24 開始降雨208分鐘..................................49
圖4-25 模擬降雨試驗之E1~E4取樣點含水量趨勢圖............50
圖4-26 模擬降雨現地試驗編號A1~A6孔隙水壓計量测結果趨勢圖.52
圖4-27 模擬降雨現地試驗編號A7~A9孔隙水壓計量测結果趨勢圖.52
圖4-28 模擬降雨現地試驗編號B1、B3、B5及B6正向應力量测結果
趨勢圖...........................................54
圖4-29 模擬降雨現地試驗編號C1、C2、C3及C5剪應力量测結果趨
勢圖.............................................54
圖4-30 模擬降雨現地試驗發動摩擦角.......................55

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