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研究生:江基閔
研究生(外文):Gee-Ming Chiang
論文名稱:阿里山五彎仔地滑區泥頁岩壓密回脹與潛變行為之初步探討
論文名稱(外文):Preliminary Study on Swelling and Creeping Behaviors of Shale in Woo-Wan-Chai Landslide Area, Alishan, Chiai County
指導教授:張睦雄
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:營建工程系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:147
中文關鍵詞:邊坡滑動潛變頁岩回脹抗剪強度
外文關鍵詞:shalecreep strengthshear strengthswellinglandslide
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臺十八線28K+900至31K+500阿里山五彎仔地滑區為通往阿里山觀光區的主要路段之一,沿此路段地質構造脆弱、複雜,遇到雨季或颱風暴雨常使道路變形扭曲,甚至造成崩塌,嚴重影響生命財產安全。由現場鑽探與監測結果,了解影響此區地滑的主要岩層為泥頁岩,本研究特別針對此區的泥頁岩進行室內試驗,希望對岩層材料之工程性質與力學行為有所認識,同時對於後續工程設計規劃有所助益。
本研究之室內試驗項目包括有一般物性試驗、掃描式電子顯微鏡(SEM)試驗、X光繞射(XRD)試驗、夯實試驗、壓密回脹試驗、直剪試驗(包含壓密快剪試驗、壓密反覆慢剪試驗)、潛變試驗等。試驗結果顯示:(1)阿里山五彎仔地滑區土壤屬於低壓縮性與低滲透性之土壤,其內部細料含量以粉土居多,礦物組成有伊利石、綠泥石、石英、長石等四種,其中大部分成份為伊利石、綠泥石、石英,而長石含量最少;(2)由壓密回脹試驗發現,泥頁岩會隨著現場覆土之增加,使得吸水回脹率越小,卻也因乾密度之增大而使得回脹壓力跟著越大;(3)由直剪試驗得知,重模泥頁岩之壓密不排水抗剪強度參數 =28°、 =29.5KPa,壓密排水之尖峰抗剪強度參數為 =26.4°、 =7.7KPa,而壓密排水之殘餘抗剪強度參數 =18.6°、 =10.1KPa;(4)由潛變試驗得知重模泥頁岩用直剪模式進行潛變試驗,並經由轉換成三軸模式,其結果可套用在Singh 和 Mitchell(1968)提出的不排水三軸潛變公式,同時當應力階層達至約80%~90%時,可能會發生潛變破壞,此外,利用Singh 和 Mitchell(1969)提出之潛變潛能評估發現,五彎仔泥頁岩之m值大於1,屬於低潛變潛能。
Province Road 18, or so-called Mt. Ali Road, is a main route to the Alishan National Scenic Area in Chiai County. Woo-Wan-Chai, located between mileages 28K+900 and 31K+500, is an old landslide area in which the roadway has been suffered frequent damages as a result of landslips or slope failures during typhoon or rainstorm seasons. Based on results of subsurface exploration and ground monitoring, a major contributing layer to the sliding behavior of slopes has been the shale, of which the swelling and creeping behaviors were the primary concerns in this study. In view of the understanding of mechanical properties of the in-situ shale, it is hope that results of the current study would be helpful on the design and construction of slope mitigation measures for the site.

The study herein has included a series of laboratory testing program: grain-size distribution, Atterberg limits, scanned electronic microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), compaction, consolidation and swelling, undrained and drained shear strengths, and creeping behavior, etc. The results show: (1) the mineralogical composition of the shale consists of illite, chlorite, quartz, and feldspar, in which illite, chlorite, and quartz are major and approximately equally distributed while the feldspar is only minor; (2) the swelling potential of the shale decreases as the increase in overburden pressure, while the swelling pressure increases as the increase in dry density; (3) the undrained shear strength parameters of the shale are ψu = 28° and cu = 30KPa, the peak drained strength parameters are ψp = 26.4° and cp = 7.7KPa, and the residual drained strength parameters are ψr = 18.6° and cr = 10.1KPa; (4) by properly transforming into a triaxial mode, the results of creeping tests using direct shear apparatus were found applicable to the theory proposed by Singh and Mitchell (1968). A creeping failure was obvious at a stress level of about 80%~90% for the soil. Based on the conclusion of Singh and Mitchell (1969), the Woo-Wan-Chai Shale would be categorized to be with a low creeping potential, where the creeping parameter m was less than unity.
中文摘要 i
英文摘要 iii
誌謝 v
目錄 vi
表目錄 viii
圖目錄 ix

第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 研究內容與方法 1

第二章 文獻回顧 5
2.1 泥頁岩之形成與分佈 5
2.2 泥頁岩之物理性質 6
2.3 泥頁岩之礦物組成 7
2.4 泥頁岩之抗剪強度 8
2.5 泥頁岩之回脹機制 9
2.6 泥頁岩之潛變行為 10

第三章 研究區域概述 37
3.1 地形與地質 37
3.2 地滑歷史與滑動層面 38
3.3 相關之現地與室內試驗結果 38

第四章 試驗儀器與試驗方法 44
4.1 試樣來源與準備 44
4.2 一般物性試驗 44
4.3 X光繞射(XRD)試驗 44
4.4 掃描式電子顯微鏡(SEM)試驗 45
4.5 哈佛小型夯實試驗 45
4.6 壓密回脹試驗 45
4.7 直剪試驗 46
4.8 潛變試驗 46

第五章 試驗結果分析與討論 62
5.1 物理性質 62
5.2 夯實特性 62
5.3 壓密與回脹行為 63
5.4 不排水抗剪強度 64
5.5 排水抗剪強度 65
5.6 潛變行為 66

第六章 結論與建議 98
6.1 結論 98
6.2 建議 99

參考文獻 100

附錄一 工研院(1999)報告資料(鑽孔C-1~C-8物性試驗結果) 104
附錄二 28K與31K泥頁岩粒徑分佈曲線 109
附錄三 壓密回脹試驗之壓密曲線 111
附錄四 哈佛小型夯實器之率定結果 127
附錄五 潛變試驗之原始數據 130

表目錄


表2-1 泥質岩層分類表 (Stow 1981) 13
表2-2 台灣西部砂、頁岩互層之砂岩比例(詹新甫1985) 14
表2-3 台灣西南部麓山帶地質表(中央地調所1986) 14
表2-4 台灣泥質岩層之剪力強度特性(林銘郎等人 1995) 15
表2-4(續) 台灣泥質岩層之剪力強度特性(林銘郎等人 1995) 16
表2-5 重模泥岩不同初始乾密度對回脹壓力之影響(周墩堅 1988) 17
表3-1 測孔監測彙整表(至民國92年3月8日止)(杜居巢 2003) 40
表3-2 五彎仔地滑區風化泥頁岩物性試驗結果(工研院 1999) 41
表3-3 五彎仔地滑區風化泥頁岩不同含水量之c、ø值(簡世杰2002) 41
表5-1 阿里山五彎仔地滑區細粒土壤之一般物理性質 69
表5-2 阿里山五彎仔地滑區路段31k與28k土樣之礦物成分與含量 70
表5-3 直剪CU試驗前後之含水量值 70
表5-4 直剪CU試驗強度參數值 71

圖目錄


圖1-1 五彎仔地區環境地質圖(工研院1999) 3
圖1-2 研究相關內容 4
圖2-1 泥質岩層形成歷史(Skempton 1964) 18
圖2-2 西部麓山地槽盆地中由北至南地層岩相圖(何春蓀1986) 19
圖2-3 西部麓山帶泥質岩層單壓強度關係圖(施國欽、李彪1994) 19
圖2-4 二種不同方法測得回脹壓力示意圖(Mohamed 1980) 20
圖2-5 重模泥岩乾密度與回脹壓力關係圖(周墩堅 1988) 21
圖2-6 潛變三階段示意圖(Kuhn and Mitchell 1993) 22
圖2-7 不同應力階層下之潛變與時間關係圖(Singh and Mitchell 1968) 22
圖2-8 Osaka黏土潛變速率與時間關係圖(Murayama and Shibata 1958 ) 23
圖2-9 重模伊利土潛變速率與時間關係圖(Campanella and Richard 1965) 24
圖2-10 重模伊利土潛變速率與軸差應力關係圖(Campanella and Richard 1965) 25
圖2-11 San Francisco Bay Mud潛變速率與軸差應力關係圖(Singh and Mitchell 1968) 26
圖2-12 土壤之潛變潛能分類(Singh and Mitchell 1969) 27
圖2-13 在兩個不同溫度下潛變與潛變速率關係圖(Campanella and Richard 1965) 28
圖2-14 London黏土潛變與潛變速率關係圖(Bishop 1966) 29
圖2-15 潛變破壞開始時之潛變量與應力階層關係圖(Campanella and Vaid 1974) 30
圖2-16 潛變破壞開始時間與應力階層關係圖(Campanella and Vaid 1974) 31
圖2-17 原狀Haney黏土在均向與K0壓密下之傳統三軸與平面應變之潛變試驗結果 (Campanella and Vaid 1974) 32
圖2-18 原狀Haney黏土在均向與K0壓密下潛變速率與時間關係圖 (Campanella and Vaid 1974) 33
圖2-19 正常壓密原狀台北粉質黏土之潛變與時間關係圖(林宏達、白朝金 1992) 34
圖2-20 正常壓密原狀台北粉質黏土之孔隙水壓與時間關係圖(林宏達、白朝金 1992) 35
圖2-21 正常壓密原狀台北粉質黏土之潛變速率與時間關係圖(林宏達、白朝金 1992) 36
圖3-1 五彎仔地理位置圖(工研院1999) 42
圖3-2 阿里山現地監測位置圖 43
圖4-1 路段31k之泥頁岩土樣 48
圖4-2 路段28k之泥頁岩土樣 48
圖4-3 掃描式電子顯微鏡(SEM)儀器圖 49
圖4-4 試驗之試體與SEM載台 50
圖4-5 SEM試驗之表面鍍金器 50
圖4-6 將試體置入SEM儀器中 51
圖4-7 哈佛小型夯實器 52
圖4-8 哈佛小型夯實器之內部構造示意圖 53
圖4-9 取出靜置之土壤 54
圖4-10 土壤充分拌和均勻 54
圖4-11 土壤放入試體模內 55
圖4-12 使用夯實器進行夯實土壤 55
圖4-13 夯實試驗之夯實順序 56
圖4-14 刮除超出試體模部分之土壤 56
圖4-15 夯實完之試體放進烘箱量取含水量 57
圖4-16 單向度壓密儀 58
圖4-17 直剪儀(下為剪力盒) 59
圖4-18 將試體模內之土樣直接壓入直剪盒內(Head 1994) 60
圖4-19 直剪試驗之反覆剪其剪應力與水平位移關係圖(Head 1994) 60
圖4-20 潛變儀 61
圖5-1 阿里山五彎仔地滑區之細粒土壤塑性圖 72
圖5-2 阿里山五彎仔地滑區之細粒土壤活性圖 72
圖5-3 路段28k泥頁岩X-Ray繞射圖 73
圖5-4 路段31k泥頁岩X-Ray繞射圖 73
圖5-5 路段28k泥頁岩之SEM圖放大75倍 74
圖5-6 路段28k泥頁岩之SEM圖放大1000倍 74
圖5-7 路段28K泥頁岩之夯實曲線 75
圖5-8 路段31K泥頁岩之夯實曲線 75
圖5-9 路段28K重模泥頁岩自由回脹與時間關係圖 76
圖5-10 路段28K重模泥頁岩(ω=16.9%)孔隙比與垂直應力關係圖 77
圖5-11 路段28K重模泥頁岩(ω=17.7%)孔隙比與垂直應力關係圖 78
圖5-12 路段28k重模泥頁岩(ω=11.9%)孔隙比與垂直應力關係圖 79
圖5-13 路段28K重模泥頁岩回脹率與垂直應力關係圖 80
圖5-14 路段28K重模泥頁岩與重模泥岩乾密度與回脹壓力關係圖 80
圖5-15 路段31K重模泥頁岩(ω=11%)CU試驗之壓密沉陷曲線 (根號時間法) 81
圖5-16 路段31K重模泥頁岩(ω=13%)CU試驗之壓密曲線沉陷 (根號時間法) 82
圖5-17 路段31K重模泥頁岩(ω=14%)CU試驗之壓密沉陷曲線 (根號時間法) 83
圖5-18 路段31K重模泥頁岩(ω=15%)CU試驗之壓密沉陷曲線 (根號時間法) 84
圖5-19 路段31K重模泥頁岩(ω=11%)CU試驗之剪應力與水平位移關係 85
圖5-20 路段31K重模泥頁岩(ω=11%)CU試驗之垂直變位與水平位移關係 85
圖5-21 路段31K重模泥頁岩(ω=13%)CU試驗之剪應力與水平位移關係 86
圖5-22 路段31K重模泥頁岩(ω=13%)CU試驗之垂直變位與水平位移關係 86
圖5-23 路段31K重模泥頁岩(ω=14%)CU試驗之剪應力與水平位移關係 87
圖5-24 路段31K重模泥頁岩(ω=14%)CU試驗之垂直變位與水平位移關係 87
圖5-25 路段31K重模泥頁岩(ω=15%)CU試驗之剪應力與水平位移關係 88
圖5-26 路段31K重模泥頁岩(ω=15%)CU試驗之垂直變位與水平位移關係 88
圖5-27 路段31K重模泥頁岩CU試驗之莫爾庫倫破壞線 89
圖5-28 直剪模式與三軸模式變數轉換示意圖 90
圖5-29 路段31K重模泥頁岩潛變破壞(ω=15%,σN=140KPa,SL=87%) 91
圖5-30 路段31k重模泥頁岩對數潛變速率與軸差應力關係圖 92
圖5-32 路段31k重模泥頁岩對數潛變速率與對數時間關係圖 92
圖5-32 路段31k重模泥頁岩潛變與對數時間關係圖 93
圖5-33 路段31K重模泥頁岩CD試驗之壓密沉陷曲線(根號時間法) 94
圖5-34 路段31k重模泥頁岩CD試驗之剪應力與水平位移關係圖 95
圖5-35 路段31K重模泥頁岩CD試驗之垂直變位與水平位移關係圖 96
圖5-36 路段31K重模泥頁岩CD試驗之莫爾庫倫破壞線 97
1.工業技術研究院能源資源研究所(1999),台18線五彎仔崩塌地工程地質探查報告。
2.白朝金(1992),台北沉泥質粘土之應力─應變─時間行為,國立台灣工業技術學院營建工程技術研究所碩士學位論文。
3.何春蓀(1986),台灣地質概論,經濟部中央地質調查所出版,pp.99-100。
4.李德河、田永銘(1987),〝泥岩之基本工程特性〞,地工技術,地19期,pp.26-34。
5.李德河等(1984),泥岩吸水破壞過程及其穩定方法之研究,國科會專題研究報告73-15號。
6.李德河、紀雲曜、田坤國(1994),〝泥岩之基本特性及泥岩邊坡之保護措施〞,地工技術雜誌,期別48,pp.35-47。
7.李德河、許琦、周墩堅(1989),泥岩剪力強度特性研究,國科會專題研究報告。
8.李德河、田坤國、黃嵩傑、林國忠(1996),〝賀伯颱風引致阿里山公路低海拔路段邊坡變動之觀測調查〞,地工技術雜誌,期別57,pp.81-91。
9.杜居巢(2003),坡地滑動監測與結果判讀之研究,國立雲林科技大學碩論。
10.沈建志(1995),斷層泥力學特性之初步研究,國立中央大學應用地質研究所碩論。
11.沈茂松(2000) ,實用土壤力學試驗,第七版,文笙書局。
12.林耀煌(1984),名詞解說專欄,地工技術雜誌,期別7,pp.93-95。
13.周墩堅(1987),泥岩與凝灰岩之回脹特性及剪力強度之研究,國立成功大學土木工程學系碩論。
14.林煜卿(1997),新竹寶山地區泥質岩層力學性質之研究,國立中央大學應用地質研究所。
15.洪如江(1997),初等工程地質學大綱,財團法人地工技術研究發展基金會。
16.洪如江(1992),土壤力學試驗,科技圖書有限公司。
17.施國欽(1999),大地工程學(一),土壤力學篇,文笙書局。
18.施國欽(1999),大地工程學(二),基礎工程篇,文笙書局。
19.施國欽、李彪(1994),台灣地區沉積岩單壓強度初步研究,1994岩盤工程研討會論文集。
20.陳玠文(2001),大地監測系統運用於邊坡滑動機制之探討,國立雲林科技大學碩論。
21.陳培源(1973),台灣黏土礦物與黏土礦物區域,地質,創刊號,pp.41-52。
22.陳世芳、黃清益(1979),地層滑動及其防止對策之研究(一),台鐵資料月刊,期別186,pp.1-9。
23.陳時祖(1994),〝台灣西南部地區泥(頁)岩之工程特質特性〞,地工技術雜誌,期別48,pp.25-33。
24.陳時祖(1996),阿里山公路沿線公路邊坡崩塌與雨量關係之研究,國科會專題研究報告。
25.陳信雄(1988),水土保持學,正中書局。
26.張世忠(1996),以有效應力觀點探討土壤之潛變行為,國立台灣工業技術學院營建工程技術研究所碩士學位論文。
27.張聰耀(1996),台北沉泥質粘土之變形特性研究,國立台灣工業技術學院營建工程技術研究所碩士學位論文。
28.詹新甫(1985),台灣褶皺之昇降運動與侵蝕作用,大地工程學術研究討論會論文專集,pp.19-23。
29.鄭富書、朱家德、黃燦輝(1994),台灣軟弱岩石之工程性質,1994岩盤工程研討會論文集,pp.259-267。
30.廖瑞堂(2001),山坡地護坡工程設計,台灣省土木技師工會。
31.潘國樑(1999),山坡地永續利用,詹氏書局。
32.蔡金郎(1984),台灣西南部泥岩層黏土礦物之研究,NSC-73-0414-P-006-011。
33.蔡宗良(1997),黏土潛變及剪力強度試驗之應力-應變-應變速率之相關性探討,國立台灣工業技術學院營建工程技術研究所碩論。
34.顏富士(1986),台灣西南部泥岩之崩解行為與其顯微構造關係,行政院國科會防災科技研究報告75-30號。
35.顏富士、蔡鎰輝(1984),台灣西南部主要泥岩坡地所含黏土之物化特性研究,行政院國科會防災科技研究報告73-26號。
36.簡世杰(2002),阿里山五彎仔地滑區滑動機制與穩定性之研究,國立雲林科技大學碩論。
37.Aoyai, K. (1968), “Mineralogical study of sedimentary rocks in the soil of Japan by X-ray diffraction method and its application to petroleum geology (part3)”, Clay science, Vol.3, pp.70-86.
38.Bishop, A.W. (1966), “The Strength of Soil as Engineering Materials”, 6th Rankine Lecture, Geotechnique, Institution of Civil Engineerings, London, Vol.12, No.2.
39.Bjerrum, L. (1967), “Progressive failure in slopes of over-consolidated clay and clay shales”, Proc. J. Soil Mech. Fdns. Div., ASCE, Vol.93, No. SM5, pp.1-49.
40.Blatt, H., Middleton, G. & Murray, R.(1972), “Origin of sedimentary rocks”, Prentice-Hall inc, U.S.A., pp.634.
41.Cripps, J. C., and Taylor R. K. (1981), “The engineering properties of mudrocks”, Q. J. Eng. Geol. London, Vol.14, pp.325-346.
42.Campanella, R. G., and Vaid Y.P. (1974), “Triaxial and Plane Strain Creep Rupture of an Undisturbed Clay”, Canadian Geotechnical Journal, Vol.11, No.1, pp.1-10.
43.Chen F.H. (1975) “Foundations on Expansive Soils”, Elsvier Publ. co.
44.Campanella, R. G. (1965), Effect of Temperature and Stress on The Time-Deformation Behavior in Saturated Clay, Thesis presented to the University of California at Berkeley, in 1965, in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of Philosophy.
45.Head K.H., (1994), Manual of Soil Laboratory Testing, Volume 2: Permeability, Shear Strength and Compressibility Tests, 2ed, Pentech press, London.
46.Kassiff ,G. and Shalom ,A.B. (1971),“Experimental Relationship between Swelling Pressure and Suction”, Geotech, Vol.21, No.3.
47.Kuhn, M.R. and J.K. Mitchell (1993), “New Perspective on Soil Creep”, Journal of Geotechnical Engineering, Vol.119, No.3, pp.507-524.
48.Murayama, S., and Shibata, T. (1958), ”On the Theological Characteristic of Clay, Part I”, Bulletin No. 26, Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University, Japan.
49.Mohamed A. EL-S. and Ossama, M.M. (1980) , “On Measuring Swelling Pressure by Two Methods”, 7th Reg. Conf. Africa, SMFE, pp.775-783.
50.Mitchell, J.K., Richard, G., and Campanella, M. (1968), “Soil Creep as a Rate Process”, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol.94, No.SM1, pp.231-354.
51.Mitchell, J.K. (1993), Fundamentals of Soil Behavior, John Wiley and Son, New York.
52.Singh, A. and Mitchell, J.K. (1968), “General Stress-Strain- Time Function for Soil”, Journal of the Soil Mechanics and Foundation Engineering Division, ASCE, Vol.94,No.SM1, pp.24-46.
53.Singh, A. and Mitchell, J.K. (1969), “Creep Potential and Creep Rupture of Soils”, Proceedings of 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Mexico, Vol.1, pp.379-394.
54.Skempton, A. W. (1953), “The Colloidal Activity of Clay”, Proceedings of the Third International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vol.1, pp.57-61.
55.Skempton, A. W. (1964), “Long-term stability of clay slopes”, Geotechnique, Vol.29, pp.77-101.
56.Shaw, H. F. (1981), “Mineral and petrology of the argillaceous sedimentary rocks of the U.K.”, Q. J. Eng. Geol. London, Vol.14, pp.277-290.
57.Stow, D. A. V. (1981), “Fine-grained sediments”, Terminology, Q. J. Eng. Geol. London, Vol.14, pp.243-244.
58.Varnes, D.J.(1978),Landslide: Analysis and Control, National Academy of Sciences, Washington, pp.11-33.
59.Wang, Y. (1987), “Continental Margin Rifting and Cenozoic Tectonics around Taiwan”, Memoir of the Geol. Soc., Vol.9, pp.227-240.
60.Weaver, C. E. (1958), “Geologic interpretation of argillaceous sedimentary”, Bull. Amer. Assoc. Petrol Geol., Vol.42, pp.254-309.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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