臺灣博碩士論文加值系統

在2010年4月25日無風無雨的情況下，位於台灣基隆市七堵區國道旁人工地錨邊坡，突然發生大規模的順向坡破壞。經由事後調查與本研究數值分析得知，早期於此順向坡坡趾處的橋台降挖工程，係引致滑動層強度大幅下降，造成坡體變形與地錨荷重紀錄增加最關鍵的因素。當時在橋台降挖區域進行地錨加固與回填後，坡體已暫時趨於穩定。然而，完工後至今，上邊坡岩體強度之長期弱化是影響邊坡穩定狀態的關鍵性因素。相較之下，護坡用的預力地錨因鋼鍵鏽蝕所造成之地錨效能衰減，對坡體穩定之影響程度，則不若橋台降挖與岩體強度弱化對坡體所造成之影響。
事件處為第三紀沉積岩所構成之順向坡，岩層走向為北20~48度東，傾向東南12~18度。此一順向坡上曾進行挖填方工程，並於下邊坡處打設預力地錨加固，係一人工錨碇邊坡。首先由LEM(STABL)分析結果得知，若開挖時期的施工擾動讓滑動層強度已降至殘餘強度，坡體將趨於臨界狀態(F.S≈1)。回填後，無論是岩體受長期風化而強度降低，或是地錨因鏽蝕而效能減弱，都足以使坡體趨於不穩定狀態(F.S.<1)。
本研究進一步利用鑽探試驗資料、配合岩體評分法(GSI)評估當地岩體的強度參數，並使用FDM(FLAC 5.0)進行橋台降挖階段之逆分析(back analysis)，藉由數值模型中因坡體變形所引致之地錨荷重增量與實際監測資料之比對，證明橋台降挖期間，滑動層強度因工程擾動有大幅度下降之情況。
利用校核過之數值模型分別討論岩體強度弱化(長期受風化、地下水入滲影響)與地錨效能損失(鋼鍵鏽蝕)對坡體長期穩定性之影響。數值結果說明，坡體因降挖區域進行預力地錨加固和緊急回填後，暫時趨於穩定。但完工後，在地錨效能衰減影響，滑動面的發展僅於坡趾處；受到上覆砂岩層與滑動層岩體強度持續弱化影響，才得以造成這幾十年間滑動面逐步由坡趾處向坡頂處發展，引致邊坡漸趨於不穩，終至破壞發生。

On April 25, 2010, without rainfall and earthquake triggering a massive landslide (200000 m3) covered a 200m stretch of Taiwan’s National Freeway No. 3, killing 4 people, burying three cars and destroying a bridge. The failure mode appears to be a dip-slope type failure occurred on a rock anchorage cut slope. Based on the investigations and the numerical analysis in this study, the toe-excavation at this dip-slope in 1998 was the most crucial factor. Although the excavated area had stabilized soon with rock anchors and backfills. The strength of rock mass had great effect on the stability of dip-slope after backfills.

The strike of Tertiary sedimentary strata is northeast-southwest and dip 12˚ ~15˚ toward southeast. Considering the strength of sliding layer had reduced from peak to residual strength which was caused by the disturbance of excavation, the limit equilibrium method (LEM) analysis was utilized in the back analysis at first. The results showed the stability condition of slope approached the critical state (F.S.≈1). The efficiency reduction of rock anchors and strength reduction of overlying stratum (sandstone) had been considered in following analysis. The results showed the unstable condition (F.S. <1).

This study also utilized the result of laboratory test, geological strength index(GSI) and finite difference method (FDM, FLAC 5.0) to discuss the failure process The analysis indicated that the incremental load of anchors have similar tendency comparing to the monitoring records in toe-excavation stages. This result showed that the strength of the sliding layer was significantly influenced by toe-excavation.

The numerical model which calibrated with monitoring records in toe-excavation stage was used to discuss the failure process after backfilling. The efficiency reduction of rock anchors had less impact on the development of sliding surfaces. But the development of sliding surfaces were significantly influenced by the strength reduction of the rock mass。The sliding surface gradually developed from the toe of the dip-slope to the top of the dip-slope and the stability of the slope became more unstable in the process of rock mass strength reduction .

口委審定書 I
致謝 II
摘要 IV
ABSTRACT V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1　研究動機和目的 1
1.2　研究流程 2
第二章 文獻回顧 6
2.1　順向坡類型 6
2.1.1　豚背構造之順向坡 6
2.1.2　混合滑動面之順向坡 6
2.1.3　含密集弱面之變質岩順向坡 6
2.2　國道三號相關報告與文獻回顧 7
2.2.1　大地工程學會調查報告(2011) 7
2.2.2　國道三號相關研究 8
2.3　岩體評分法(GSI) 9
2.4　開挖對坡體之影響 12
2.5　預力地錨 13
第三章 研究方法 19
3.1　現地調查 19
3.2　順向坡穩定分析 19
3.2.1　極限平衡法-塊體分析法 19
3.2.2　極限平衡法-切片法(STABL) 20
3.2　FLAC程式簡介 20
3.3　預力地錨於FLAC中設定 22
3.3.1　設定參數公式和參數來源 22
3.3.2　預力地錨設定方式與校核 23
3.4　岩體參數來源與決定 26
3.5　數值分析流程 26
第四章 資料綜合評估 38
4.1　地形與地質概述 38
4.1.1　地形 38
4.1.2　地質 38
4.2　監測資料整理分析 39
4.3　滑動地質剖面圖製作 40
第五章 邊坡穩定性分析-STABL 52
5.1　分析剖面與地層輸入參數 52
5.2　邊坡穩定性分析因素與討論 53
5.2.1　初始階段 53
5.2.2　橋台開挖階段 54
5.2.3　回填後坡體長期穩定階段 55
5.3　分析結果總結 56
第六章 坡體變形數值分析-案例校核 68
6.1　初始邊坡狀態建立 68
6.1.1　網格尺寸與邊界條件設定 68
6.1.2　地層參數決定 69
6.1.3　建模流程 69
6.2　橋台降挖數值模擬 70
6.2.1　橋台降挖 70
6.2.2　補打預力地錨與預鑄場回填 72
6.3　分析結果總結 72
第七章 坡體變形數值分析-參數敏感度分析 86
7.1　坡體長期階段分析與成果 86
7.2　各項因素對破壞歷程的相對影響程度 88
7.2.1　坡趾降挖對坡體之影響 88
7.2.2　以坡趾降挖為前提下，岩體強度與地錨效能之影響 89
7.2.3　岩體強度對於順向坡整體穩定性之影響 90
7.3　分析結果總結 90
7.4　護坡措施探討 92
第八章 結論與建議 115
8.1　結論 115
8.2　建議 117
參考文獻 118
附錄A　錨碇順向坡安全係數公式推導 121
附錄B　論文口試—問題與答覆 126

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