臺灣博碩士論文加值系統

由於社會經濟發展迅速，人民生活品質不斷提昇，對於環境及資源的需求量也相對增加。台灣總面積26％的平地逐漸趨向飽和而不敷使用，所剩餘74％的山坡地，成為建商開發及建設的目標，但由於國人對山坡地的特性不夠了解，且在規劃、設計、施工不當及防災知識不足之狀況下，造成山坡地嚴重破壞，進而產生邊坡滑動、崩塌、及水土流失等工程上的重大災害。大部分邊坡破壞案例中，地下水位之位置皆處於地表面下，所以地下水位上方與地表面間的土壤為非飽和狀態，故稱之為非飽和土壤。當雨季來襲時，所夾帶充沛雨量迫使土壤內之剪力強度降低，而產生坍滑行為，影響非飽和土壤剪力強度最為重要的因子，莫過於是土體本身的基質吸力。
非飽和土壤力學試驗是一門較新穎的技術，在台灣針對此方向的研究並不多見，但是其重要性在大地工程的實務中已經慢慢浮現，故本研究先在本校建立一套非飽和土壤的試驗設備，並針對土壤水份特性試驗的步驟進行研究，以確定其步驟，接著尋求一些台灣紅土的水份特性曲線，探討紅土的基質吸力、高低塑性及孔隙比對於其水份特性曲線之影響，本研究最後以數值分析軟體PCSTABL5針對非飽和紅土邊坡之坡高、坡角及地下水位深度、角度的改變，對於邊坡整體穩定性之影響，進行分析與探討。俾使本研究結果有利於從事紅土台地工程之設計、施工者參考。

Due to fast develop of economics in Taiwan, the quality of live is enhanced, and demand value that natural environments and resources are used is also increased. The area of plain in Taiwan is about 26%, and it is not enough used. So the builder only develops the rest that is mountainside about 74%. But in these conditions that the characters of mountainside are not understand enough, and the knowledge of precaution against natural calamities is not enough, the mountainside generates destructions such as sliding, collapsing, and debrisflow et. In these cases, due to the unique location of ground water table in the slope, soils between the slope surface and ground water table are in unsaturated state. It’s called unsaturated soil . During long raining season, heavy rainfall intensity will inevitably force the shear strength of these soils to depreciate and subsequently cause the slope to fail. Conventional slope stability analyses are normally carried out for saturated soil condition; they failed to consider the engineering characteristics such as matric suction of unsaturated soil in the stability problem.
Soil mechanics for unsaturated soils is a newer technique. In Taiwan, this research is not many, but it’s importance is discovered. Therefore, in this research, test apparatuses of unsaturated soil are set up first, and research the procedures of soil-water characteristic test. Then, the soil-water characteristic curves of lateritic soil in Taiwan are found, and discuss the matric suction, high and low plastic, and void ratio of influences on soil-water characteristic curve. At last, numerical analysis uses PCSTABL5 program, and analyzes the heights and degrees of slope, and depths and degrees of groundwater of influence on stability of global slope. I hope that the result in this research can be applied design of engineering in lateritic soil terraces, and engineer can use to reference.

摘　要 i
ABSTRACT iii
誌謝 v
目錄 vii
表目錄 xi
圖目錄 xiii
第一章 緒 論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究方法與內容 2
第二章 文獻回顧 5
2.1 前言 5
2.2 紅土的定義與成因 8
2.3 紅土的基本性質 8
2.3.1 紅土的化學性質 8
2.3.2 紅土的物理性質 9
2.3.3 游離氧化鐵 14
2.4 紅土的工程性質 15
2.4.1 紅土的工作度 15
2.4.2 紅土的回脹性 15
2.4.3 紅土的剪力強度 16
2.4.4 紅土的滲透性 25
2.4.5 紅土的孔隙比 26
第三章 試驗原理、設備與步驟 27
3.1 前言 27
3.2 現地取樣 29
3.3 一般物理性質試驗 29
3.3.1 含水量試驗 29
3.3.2 比重試驗 29
3.3.3 粒徑分析試驗 30
3.3.4 阿太堡限度試驗 31
3.4 水份特性試驗 33
3.4.1 土壤的吸力理論 33
3.4.2 土壤的水份特性 34
3.4.2.1 水份特性曲線之定義 35
3.4.2.2 水份特性曲線與土壤剪力強度之關係 37
3.4.3 水份特性試驗 42
3.4.3.1 高進氣吸力值陶瓷板與壓力鍋 42
3.4.3.2 鹽溶液法（salt solution method） 46
3.4.3.3 濾紙法（filter paper method） 46
3.4.4 水份特性試驗步驟及結果 51
3.4.4.1 壓力鍋試驗（pressure plate test） 51
3.4.4.2 鹽溶液試驗（salt solution method） 56
3.4.4.3 濾紙法試驗（filter paper test） 60
3.5 飽和三軸壓密不排水試驗 62
3.5.1 飽和三軸試驗儀器設備 62
3.5.2 飽和三軸試驗步驟 67
3.5.3 飽和三軸試驗結果 67
3.6 小結 72
第四章 非飽和土壤邊坡案例分析 75
4.1 前言 75
4.2 坍滑區基本資料概述 76
4.2.1 坍滑區之歷史 76
4.2.2 坍滑區之地形與地質 77
4.2.3 坍滑區之水文與氣候 78
4.3 非飽和土壤邊坡穩定性分析 79
4.3.1 雨水的入滲行為 80
4.3.2 非飽和土壤邊坡穩定性分析 82
4.3.2.1 非飽和土壤邊坡穩定分析之基本原理 82
4.3.2.2 非飽和土壤邊坡穩定分析模式之建立 83
4.3.3 PC-STABL5程式之介紹 85
4.3.3.1 PC-STABL5程式概述 85
4.3.3.2 PC-STABL5程式運算方式 86
4.3.3.3 參數輸入的限制及注意事項 88
4.3.4 分析剖面及參數之求取 92
4.3.5 分析結果與討論 99
4.4 小結 106
第五章 非飽和土壤邊坡參數分析 107
5.1 前言 107
5.2 林口台地之概述 107
5.2.1 林口台地之地形與地質 107
5.2.2 林口台地之氣候 108
5.2.3 林口地區山坡地概況 108
5.3 非飽和土壤邊坡穩定分析模式之建立 110
5.4 分析參數的求取 113
5.5 分析結果與討論 115
5.6 小結 145
第六章 結論與建議 147
6.1 結論 147
6.2 建議 148
參考文獻 149
符號說明 157

參考文獻
Al-Khafaf, S. & Hanks, R. J. (1974). “Evaluation of the Filter Paper Method for Estimating Soil Water Potential,” Soil Science, Vol. 117, p194-199.
Aung K. K., Rahardjo, H., E. C. Leong, & D. G. Toll (2001). “Relationship between porosimetry measurement and soil-water characteristic curve for an unsaturated residual soil,” Geotechnical and Geological Engineering, Vol. 19, p401-416.
Bolt, G. H. & Miller, R. D. (1958). “Calculation of Total and Component Potentials of Water in soil,” Amer. Geophys. Union Transportation, Vol. 39, p917-928.
Buckingham (1907). “Studies of The Movement of Soil Moisture,” U.S.D.A. Bur. of Soils, Bulletin No. 38.
Barden L. (1965). “Consolidation of Compacted and Unsaturated Clay,” Geotechnique, Vol.XV, No 3, p267-286.
Bache B. W. & R. H. E. Inkson (1981). “Moisture Release Characteristics and Porosity of Twelve Scottish Soils Series and Their Variability,” Journal of Soil Science, Vol. 32, p505-520.
Bawa, K. S. (1957). “Laterite Soils and their Engineering Characteristics,” J. Soil Mech.Found.Div.ASCE, Vol. 83, p1-15.
Bishop, A. W. (1955). “The Use of the Slip Circle in the Stability Analysis of Slope,” Geotechnique, Vol. 5, p7-17.
Corey, A. T. & Kemper, W. D. (1961). “Concept of Total Potential in Water and Its Limitation,” Soil Sci., Vol. 91, No. 5, p299-305.
Corey, A. T., Slayter, R. O., & Kemper, W. D. (1967). “Comparative Terminologies for Water in the Soil-Plant-Atmosphere System,” Irrigation in Agricultural Soils, R. M. Hagan et al., Eds., Amer. Soc. Agron., Mono. No. 11, Ch. 22.
Croney, J. D. & Coleman, J. D. (1948). “Soil Thermodynamics Applied to the Movement of Moisture in Road Foundations,” Proc. 7th Int. Cong. Appl. Mech., Vol. 3, p163-177.
Croney, J. D., Coleman, & Lewis, W. A. (1950). “Calculation of the Moisture Distribution Beneath Structures,” Cov. Eng. L., Vol. 45, p524.
Chen & Liu (1993). “Study of Rain Induced Slope Failures in Lateritic Terrace,” Proc. 7th Natl. Sci. Counc., Vol. 17, p403-409.
E. C. Leong, L. He, & Raharjo, H. (2002). “Factors Affecting the Filter Paper Method for Total and Matric Suction Measurements,” Journal Geotechnical Testing, Vol. 25, No. 3.
Escario, V. & Juca, J. (1989). “Strength and deformation of partly saturated soils,” Proc. 12th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Rio de Janeiro, Vol. 3, p43-46.
Fredlund, D. G. (1981). “The Shear Strength of Unsaturated Soils and its Relationship to Slope Stability Problems in Hong Kong,” The Hong Kong Engineer, Vol. 9, No 4, p37-45.
Fredlund, D. G. (1997). "An Introducting to unsaturatrd Soil Mechanics,” Unsaturated Soil Engineering Practice, ASCE, p1-37.
Fredlund, D. G. & Morgenstern, N. R. (1978). “Stress State Variable for Unsaturated Soils,” ASCE J. of Geotechnical Engineering, Geotechnical Division, GT11, p1415-1416.
Fredlund, D. G. & Raharjo, H. (1993). “Soil Mechanics for Unsaturated Soils,” John Wiley & Sons, New York.
Fredlund, D. G. & Xing, A. (1994). “Equations for the soil-water character curve,” Canadian Geotechnical Journal, Vol. 31, p521-532.
Fredlund, D. G., Xing, A., Fredlund, M. D., & S. L. Barbour (1995). “The relationship of the unsaturated soil shear strength to the soil-water characteristic curve,” Canadian Geotechnical Journal, Vol. 32, p440-448.
Gidigasu, M. D. (1976). “Laterite Soil Engineering,” Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam Oxford New York, p35-358.
Ho, D. Y. F. & Fredlund, D. G. (1982). “Increase in Strength due to Suction for Two Hong Kong Soils,” Proc. of ASCE Speciality Conference on Engineering and Construction in Tropical and Residual Soils, Hawaii, p263-296.
Hamblin, A. P. (1981). “Filter-paper Method for Routine Measurement of Filed Water Potential,” Journal of Hydrology, Vol. 52, p355-360.
Janbu, N. (1973). “Slope Stability Computations in Embankment-Dam Engineering,” Casagrade Volume, Ed. R. C. Hirschfeld and S. J. Poulos, John Wiley and sons.
Lumb, P. (1975). “Slope Failures in Hong Kong,” Quarterly Journal Engineering Geology, Vol. 8, p31-65.
Lukens, J.E. (1964). “Chemical properties of tropical soils,” Cornell University unpublished report.
Lab. Nac. Eng. Civil et al Portugal (1969). “Portuguese Studies on Engineering Properties of Lateritic Soils,” Proc. Int. Con. Soil. Mech. Found. Eng., Mexico, p85-96.
Mein, R. G. & Larson, C. L. (1973). “Modelling Infiltration during a Steady Rain,” Water Resource Research, Vol. 9, No. 2, p384-394.
Maignien, R. (1966). “Review of Research on Laterites,” Natural Resoures Research IV, United Nations Educational, and Cultural Organization, Paris.
Martin, F.J. & Doyne, H.C.,(1927). “Laterite and lateritic soils in Sierra Leone,” I. Agric. Sci., 17.p530-547.
Mitchell, J.K & Siltar, N. (1982). “Engineering Properties of Tropical Residual Soils,” Proceedings of the ASCE Geotechnical Engineering Division, p33-58.
Newill, D. (1961). “A Laboratory Investigation of Two Red Clay from Kenya,” Geotechnique, Vol. 11, No. 4, p302-318.
Rahardjo, H. & Han, K. K. (1995). “Shear Strength of Unsaturated Soils as it Applies to Slope Stability Analysis,” Symposium on Unsaturated Soil Behavior and Applications, Nairobi, Kenya.
Schofield, R. (1935). “The PF of the Water in Soil,” Trans. 3rd Int. Congress Soil Sci., Vol. 2, p37-48.
S. S. Agus, E. C. Leong., & Rahardjo, H (2001). “Soil-water characteristic curve of Singapore residual soils,” Geotechnical and Geological Engineering, Vol. 19, p285-309.
Spencer, E. (1967). “A Method of Analysis of the Stability of Embankments Assuming Parallel Interslice Forces,” Geotechnique, Vol. 17, p11-26.
Visser W. C. (1966). “Progress in the knowledge about the effect of soil moisture content on plant production,” Inst. Land Water Management Wageningen Nethherland, Tech. Bull. 45.
Van Genuchten, M. T. (1980). “A Closed-Form Equation for predicting Hydraulic Conductivity of Unsaturated Soils,” Journal of Soil Science Society of America, Vol. 44, p892-898.
W. Scott Sillers, Fredlund, D.G., & Noshin Zakerzadeh (2001). “Mathematical attributes of some soil-water characteristic curve models,” Geotechnical and Geological Engineering, Vol. 19, p243-283.
Woo, S.M., Guo, W.S., Yu, K., & Moh, Z. C. (1982). “Engineering Problems of Gravel Deposit in Taiwan,” Pro of ASCE Speciality Conference on Engineering and Construction in Tropical and Residual soils, Hawaii, p500-518.
山地農牧局(1989)， “台灣省山坡地崩坍調查報告”。
王慶麟(1984)， “林口紅土台地邊坡穩定性分析及其土壤特性之研究”，國立台灣大學土木工程學系碩士論文。
王志雄(1985)， “林口紅土台地滲透性之研究”，國立中興大學水土保持學研究所碩士論文。
中央地質調查所(1981)， “台灣坡地社區工程地質調查與探勘報告”，第二卷。
亞新工程顧問有限公司(1996)， “台中縣后里鄉月眉基地開發地質調查報告”，第27頁。
桃源國中(Tao-yuan) (1999)， “台北市立桃源國中(Tao-yuan)後方邊坡既有邊坡擋土牆補充鑽探地質調查及分析報告書”，富國技術工程股份有限公司。
江崇榮(1984)， “台灣坡地社區工程地質調查與探勘報告”，第三卷，第二集，台中大肚山分區，p2-191-2-192。
李咸亨(1997)，“台灣的坡地管制法規、災害與對策”，中國時報社論。
何春蓀(1972)， ”台灣地質概論，台灣地質說明圖”，p87-89。
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，p39-52。
林四川、吳文隆、周功台(1993)， “邊坡穩定分析程式(STABL)應用之探討”，地工技術，第41期，p12-27。
洪如江(1973)， ”台灣地區土壤及基礎工程概況”，國科會第一屆地震工程研討會地震工程研究專刊，p51-57。
洪如江(1967)， ”台灣北部(濁水溪以北)紅棕土之物理特性”，國科會專題研究報告。
洪如江(1985)， ”台灣坡地利用與坡地災害特點”，台灣坡地社區工程地質研討會論文集。
拱祥生(1999)，“降雨對不飽和土壤邊坡穩定性之影響研究”，國立台灣科技大學營建工程系碩士論文。
紀宗吉、林朝宗、劉桓吉(1998)，“林肯大郡地層滑動災變原因之探討”，地工技術，第68期，p67~74。
馬偕醫學院(Majie Hospital) (2003)， “馬偕醫學院(Majie Hospital)校園整體開發建築計畫加強山坡地雜項執照審查報告書”，三椏工程顧問有限公司。
陳福將、張徽正(1985)，“台灣坡地社區工程地質調查與探勘報告”，第四卷，第四集，八卦山分區，p4-26。
陳榮河【Chen R. H.】(1990)， ”紅土台地坍方防治方法之綜合研究”，行政院國家科學委員會防災科技研究報告78-0414-P-002-26B號。
陳冠閔【Chen G. M.】(2001)，“塑性指數(PI)對未飽和紅土抗剪強度之影響”，國立中興大學土木工程學系碩士論文。
連健淵(2000)，“不飽和土壤變形參數之研究”，國立交通大學土木工程學系碩士論文。
許海龍【Xu】(1988)， ”重模與不擾動紅土之動態工程特性之研究”，行政院國家科學委員會防災科技研究報告76-0410-E009-15號。
溫裕宏(2002)， “近斷層帶自然邊坡破壞行為之研究”，國立成功大學地球科學系碩士論文。
翁作新(1985)， “林口紅土微觀土粒結構之研究”，行政院國家科學委員會防災科技研究報告73-54號。
張仲民(1989)， “普通土壤學”，茂昌圖書公司。
黃榮茂(1992)，“部份飽和夯實礫石土之抗剪強度”，國立中興大學土木工程學系碩士論文。
吳家偉(2002)，”國立臺北藝術大學地滑案例分析”，國立台灣師範大學地理學系專題報告。
劉家男(1990)，“林口台地邊坡坍方之綜合研究”，國立台灣大學土木工程學系碩士論文。
歐章煜(1979)， “台灣北部紅土之強度與滲透性之研究”，國立成功大學土木工程學系碩士論文。
謝豪榮、吳建興【Xie ＆ Wu】(1985)， ”林口紅土台地邊坡穩定及其土壤特性之研究”，行政院國家科學委員會防災科技研究報告73-28號。