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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳爾義
論文名稱:地下水浸潤及滲流對崩積土邊坡穩定影響之探討
指導教授:簡連貴簡連貴引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立海洋大學
系所名稱:河海工程學系
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:中橫公路崩積土地下水浸潤滲流
相關次數:
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摘 要
中部橫貫公路因沿線地勢陡峭、公路開發及多雨等因素,經常產生坍方、落石之災害,其中以崩積土邊坡坍滑具有復發之特色,較不易整治。而根據前人之研究指出,崩積土邊坡容易發生災害之原因,主要為地下水位上升、滲流及受浸潤等因素。
本研究蒐集中橫台十四甲線公路40K+800路段崩積土邊坡之現地資料,同時分析崩積土坍方與降雨量之關係,並利用現地資料分析結果,規劃試驗條件。以三軸CU試驗推求崩積土剪力強度與細料含量(0%、7.4%、10%、20%)、浸潤時間(0天、3天、7天)之關係;以三軸透水試驗探討崩積土在不同環境條件下(壓密應力、細料含量、浸水時間),滲透性質之變化特性。
另外依據現地降雨資料及崩積土力學試驗之分析結果,利用SEEP/W程式之『降雨量滲透』分析模型,結合SLOPE/W程式之邊坡穩定分析,探討崩積土邊坡在豪雨期間,受地下水浸潤及滲流作用雙重影響下,邊坡安全係數之變化情形。分析結果發現,崩積土邊坡安全係數隨浸潤時間增加而下降;在不考慮滲流淘刷之條件下,地下水滲流則較不影響邊坡之穩定性。未來整治崩積土邊坡時,其安全係數應考慮浸潤之影響,較符合實際情形。
目 錄
謝 誌 i
摘 要 iii
Abstract iv
表 目 錄 viii
圖 目 錄 ix
第一章 緒 論 1
1-1研究背景 1
1-2研究目的 1
1-3研究架構 2
1-4論文內容 3
第二章 文獻回顧 7
2-1中橫公路概述 7
2-1-1中橫公路開拓史簡述 7
2-1-2中橫公路沿線地質地形特性 8
2-1-3中橫公路邊坡災害 8
2-2中橫沿線邊坡災害發生原因 8
2-2-1外在因素(環境影響因素) 9
2-2-2內在因素(地質條件) 9
2-3崩積土之定義 11
2-4崩積土之工程性質 12
2-5影響崩積土剪力強度之因素 15
2-5-1複合土的觀念 15
2-5-2粒徑大小 15
2-5-3級配 16
2-5-4含水量、飽和度 17
2-5-5孔隙比或孔隙率 18
2-5-6顆粒形狀 18
2-6試體製作之限制 19
2-6-1尺寸效應 19
2-6-2模擬現地級配之方法 19
2-7結語 21
第三章 研究方法與試驗規劃 35
3-1研究方法 35
3-1-1現地資料蒐集與分析 36
3-1-2試驗室三軸試驗 38
3-1-3邊坡穩定分析 39
3-2試驗儀器 41
3-2-1傳統三軸設備 41
3-2-2資料擷取系統 43
3-3儀器校正 45
3-3-1壓力表之校正 45
3-3-2線性可變差動變壓器( LVDT )之校正 46
3-3-3體積變化儀(Volume Change Apparatus)之校正 46
3-3-4水壓計( Pressure Transducer )之校正 47
3-3-5荷重計(Load Cell)之校正 47
3-4試驗內容 48
3-4-1試驗邊坡描述 48
3-4-2試驗土樣基本性質 48
3-4-3試體準備方式 49
3-4-4試驗步驟 50
第四章 邊坡崩積土試驗分析 89
4-1崩積土之破壞準則 89
4-1-1 應力--應變曲線之破壞強度 89
4-1-2剪力強度 89
4-2三軸壓縮試驗結果 89
4-2-1細料含量與剪力強度參數之關係 89
4-2-2浸水時間對剪力強度參數之影響 91
4-3三軸透水試驗結果 93
4-3-1名詞定義 93
4-3-2壓密應力對滲透係數之影響 94
4-3-3細料含量與滲透係數之關係 94
4-3-4浸水時間對滲透係數之影響 94
第五章 崩積土公路邊坡之穩定分析 111
5-1應用分析程式介紹 111
5-1-1 SEEP/W(version 3.03) 111
5-1-2 SLOPE/W(version 3.03) 115
5-2崩積土邊坡之滲流分析 119
5-2-1 使用SEEP/W分析地下水滲流之步驟 119
5-2-2滲流分析結果之探討 123
5-3地下水浸潤及滲流作用下之邊坡穩定分析 125
5-3-1使用SLOPE/W分析邊坡穩定之步驟 125
5-3-2崩積土邊坡穩定分析結果之探討 128
5-3-3本研究之分析結果與現地反算分析之比較 130
第六章 結論與建議 151
6-1結論 151
6-2建議 154
附錄 157
參考文獻 159
表 目 錄
表2-1 中橫公路大禹嶺至太魯閣段邊坡災害統計表[3] 22
表2-2 中橫公路崩積層敏感度之比值綜合表[15] 23
表2-3 剪力強度試驗結果[17] 23
表2-4 邊坡穩定分析結果[18] 24
表2-5 室內試驗強度參數表[21] 24
表3-1 中橫公路霧社─太魯閣段坍方數量統計表(民國80∼90年) 55
表3-2 台灣地區年降雨量統計表[41] 61
表3-3 造成試驗邊坡坍方之颱風降雨強度統計表 62
表3-4 三軸壓密不排水試驗(CU)控制條件及試驗組數 62
表3-5 三軸壓密透水試驗控制條件及試驗組數 63
表3-6 中橫支線台十四甲公路40K+800路段坍方資料(民國80∼90年) 63
表3-7 現地土樣一般物理性試驗結果[19] 64
表3-8 現地1.5公尺深度土樣之一般物理性質[19] 64
表4-1 不同條件下之剪力強度參數值 95
表5-1 可選擇水利傳導函數之土壤及其飽和滲透係數 132
表5-2 不同條件下之邊坡安全係數一覽表 132
圖 目 錄
圖2-1 邊坡破壞的土質分佈圖[5] 25
圖2-2 崩積土對地下水流之影響[6] 25
圖2-3 地下水位線隨時間變化示意圖(試次一升水段)[16] 26
圖2-4 地下水位線隨時間變化示意圖(試次一退水段)[16] 26
圖2-5 地下水位線隨時間變化示意圖(試次二升水段)[16] 27
圖2-6 地下水位線隨時間變化示意圖(試次二退水段)[16] 27
圖2-7 地下水位線隨時間變化示意圖(試次三升水段)[16] 28
圖2-8 地下水位線隨時間變化示意圖(試次三退水段)[16] 28
圖2-9 Bishop 修正法分析之結果[18] 29
圖2-10 Janbu 修正法分析之結果[18] 29
圖2-11 碎石與粘土複合材料夯實至最大乾密度之抗剪強度[8] 30
圖2-12 細料成分不同對試體抗剪行為影響[22] 30
圖2-13 崩積土直接剪力試驗結果細料含量(F)與凝聚力(c)之關係[29] 31
圖2-14 崩積土直接剪力試驗結果細料含量與內摩擦角之關係[29] 32
圖2-15 試體尺寸與最大粒徑比值對內摩擦角之影響[37] 32
圖2-16 利用剝除法縮小堆石材料現地級配曲線[30] 33
圖2-17 以剝除法求得堆石材料之強度與孔隙率及最大粒徑之關係[30] 33
圖2-18 以剝除法求得堆石材料之強度與最大粒徑及孔隙率之關係[30] 34
圖2-19 台中盆地礫石層土樣與其模擬試體之級配曲線[39] 34
圖3-1 邊坡坍方復發次數統計(霧社─太魯閣)(80∼90年)[3] 65
圖3-2 氣象站位置示意圖 65
圖3-3 各氣象站(霧社─太魯閣)之月平均雨量圖(1995∼2001)[40] 66
圖3-4 中橫公路(霧社─太魯閣)與台灣地區之月平均雨量圖[40] 66
圖3-5 中橫公路(霧社─太魯閣)月平均降雨量與坍方次數之關係 67
圖3-6 試驗邊坡降雨量與坍方之關係 67
圖3-7 三軸試驗系統示意圖 68
圖3-8 三軸試驗使用之頂土機與三軸室 68
圖3-9 供壓系統之空氣壓縮機 69
圖3-10 供壓系統之空氣除濕機 69
圖3-11 供壓系統之儲氣瓶 70
圖3-12 真空抽氣機 70
圖3-13 供壓系統之手動調壓閥 71
圖3-14 供壓系統之壓力表 71
圖3-15 供壓系統之儲水槽 72
圖3-16 供壓系統之氣水轉換瓶 72
圖3-17 量測系統之LVDT 73
圖3-18 量測系統之體積變化儀 73
圖3-19 量測系統之水壓計 74
圖3-20 量測系統之荷重計 74
圖3-21 資料擷取系統硬體配置圖 75
圖3-22 DASYLab程式主畫面 76
圖3-23 設定資料擷取項目 76
圖3-24 系統初始讀數歸零校正 77
圖3-25 物理量放大係數設定 77
圖3-26 試驗數據展示與存檔設定 78
圖3-27 圍壓壓力表校正結果 78
圖3-28 上反水壓壓力表校正結果 79
圖3-29 下反水壓壓力表校正結果 79
圖3-30 LVDT校正結果 80
圖3-31 體積變化儀校正結果 80
圖3-32 圍壓水壓計校正結果 81
圖3-33 反水壓水壓計校正結果 81
圖3-34 荷重計校正結果 82
圖3-35 本研究試驗邊坡之位置圖 83
(台十四甲線40K+800) 83
圖3-36 本研究之試驗邊坡(一) 84
圖3-37 本研究之試驗邊坡(二) 84
圖3-38 本研究之試驗邊坡(三) 85
圖3-39 本研究之試驗邊坡(四) 85
圖3-40 試驗土樣分類存放 86
圖3-41 現地土樣粒徑分佈曲線 86
圖3-42 以等重量代替法修正之粒徑分佈曲線 87
圖3-43 本研究試驗邊坡鑽孔位置分佈圖[19] 87
圖4-1 三軸壓縮試驗應力--應變曲線之破壞強度(ASTM,1984)[42] 96
圖4-2 崩積土CU試驗應力─應變曲線圖(浸水0天、細料含量0%) 96
圖4-3 崩積土CU試驗應力─應變曲線圖(浸水0天、細料含量7.4%) 97
圖4-4 崩積土CU試驗應力─應變曲線圖(浸水0天、細料含量10%) 97
圖4-5 崩積土CU試驗應力─應變曲線圖(浸水0天、細料含量20%) 98
圖4-6 崩積土CU試驗應力─應變曲線圖(浸水3天、細料含量0%) 98
圖4-7 崩積土CU試驗應力─應變曲線圖(浸水3天、細料含量7.4%) 99
圖4-8 崩積土CU試驗應力─應變曲線圖(浸水7天、細料含量0%) 99
圖4-9 崩積土CU試驗應力─應變曲線圖(浸水7天、細料含量7.4%) 100
圖4-10 細料含量與摩擦角之關係(試體浸水0天) 100
圖4-11 細料含量與摩擦角之關係(試體浸水3天、7天) 101
圖4-12 細料含量與凝聚力之關係(試體浸水0天) 101
圖4-13 細料含量與凝聚力之關係(試體浸水3天、7天) 102
圖4-14 細料含量與剪力強度之關係(浸水0天) 102
圖4-15 細料含量與剪力強度之關係(浸水3天) 103
圖4-16 細料含量與剪力強度之關係(浸水7天) 103
圖4-17 浸水時間與摩擦角之關係(細料含量0%) 104
圖4-18 浸水時間與摩擦角之關係(細料含量7.4%) 104
圖4-19 浸水時間與凝聚力之關係(細料含量0%) 105
圖4-20 浸水時間與凝聚力之關係(細料含量7.4%) 105
圖4-21 浸水時間與剪力強度之關係(FC=0%) 106
圖4-22 浸水時間與剪力強度之關係(FC=7.4%) 106
圖4-23 壓密應力與滲透係數之關係(浸水0天) 107
圖4-24 壓密應力與滲透係數之關係(浸水3天) 107
圖4-25 壓密應力與滲透係數之關係(浸水7天) 108
圖4-26 細料含量與滲透係數之關係(浸水0天) 108
圖4-27 細料含量與滲透係數之關係(浸水3天) 109
圖4-28 細料含量與滲透係數之關係(浸水7天) 109
圖4-29 浸水時間與滲透係數之關係(FC=0%) 110
圖4-30 浸水時間與滲透係數之關係(FC=7.4%) 110
圖5-1 降雨量滲透分析 133
圖5-2 Sand之水利傳導函數(Ho,1979) 133
圖5-3 Find Sand之水利傳導函數(Ho,1979) 134
圖5-4 Silt之水利傳導函數(Ho,1979) 134
圖5-5 滲流分析模式之地形及邊界條件設定示意圖 135
圖5-6 降雨量滲透產生之地下水滲流情形(K=5.4×10-5m/sec,i=9mm/hr) 135
圖5-8 降雨量滲透產生之地下水滲流情形(K=2.5×10-7m/sec,i=9mm/hr) 136
圖5-9 降雨量滲透產生之地下水滲流情形(K=5.4×10-5m/sec,i=18mm/hr) 137
圖5-10 降雨量滲透產生之地下水滲流情形(K=4.3×10-6m/sec,i=18mm/hr) 137
圖5-12 降雨量滲透產生之地下水滲流情形(K=5.4×10-5m/sec,i=36mm/hr) 138
圖5-14 降雨量滲透產生之地下水滲流情形(K=2.5×10-7m/sec,i=36mm/hr) 139
圖5-15 滲透係數與滲流量之關係圖 140
圖5-16 滲透係數與地下水位之關係 140
圖5-17 降雨強度與滲流量之關係 141
圖5-18 降雨強度與地下水位之關係 141
圖5-19 邊坡穩定分析模型示意圖 142
圖5-20 滲流狀態下邊坡安全係數與浸水時間之關係 142
圖5-21 常時狀態--最小安全係數滑動面示意圖(Bishop Method) 143
圖5-22 豪雨期間--最小安全係數滑動面示意圖(Bishop Method) 143
圖5-23 豪雨期間─最小安全係數滑動面示意圖(Bishop Method) 144
圖5-24 豪雨期間─最小安全係數滑動面示意圖(Bishop Method) 144
圖5-25 公路路面及擋土牆下陷外移情形 145
圖5-26 非滲流狀態下邊坡安全係數與浸水時間之關係 145
圖5-27 豪雨期間─最小安全係數滑動面示意圖(Bishop Method) 146
圖5-28 豪雨期間─最小安全係數滑動面示意圖(Bishop Method) 146
圖5-29 豪雨期間─最小安全係數滑動面示意圖(Bishop Method) 147
圖5-30 滲流量與邊坡安全係數之關係(浸水0天) 147
圖5-31 滲流量與邊坡安全係數之關係(浸水3天) 148
圖5-32 滲流量與邊坡安全係數之關係(浸水7天) 148
圖5-33 現地反算分析之邊坡滑動面示意圖 149
圖5-34 以假設地下水位面分析之邊坡全係數(Bishop Method) 149
圖5-35 以滲流地下水位面分析之邊坡安全係數(Bishop Method) 150
參 考 文 獻
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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