臺灣博碩士論文加值系統

本論文以台16線集集路堤共構段災變為例，利用災區擋土牆牆背之礫石級配料及路基砂土所進行之真直接剪力試驗結果，輔以莫拉克颱風期間擋土牆一側河岸高程之變化，進行擋土牆之穩定分析。
之後藉由各種狀況下擋土牆之穩定分析結果與現地影像之比較，以驗證專業災因為：「災變發生前曾經出現大地震及次數過多之有感地震，剪裂帶岩土在累積錯動量之影響下，河岸或路基局部出現微觀之地質構造變化，剪力抵抗強度隨之降低；而莫拉克颱風期間因濁水溪洪峰流量過大，河岸在洪水夾帶泥砂、礫石、卵石及巨礫衝擊振動下出現深槽化現象，擋土牆一側之河岸高程因而低於基礎底面，擋土牆因承載力嚴重不足而翻覆破壞，道路底層材料向河岸滑落，道路缺口形成後釀成災變。」

The major thrust of this thesis was to perform a case study for a disaster happened in a road and embankment joint structure for Tai-16 Route near the county of Chichi. By using results from true direct shear tests for graded gravelly materials and subgrade sands, respectively, accompanied with different levels of the riverbank closed to a retaining wall during Typhoon Morakot, stability analyses for such a retaining wall were performed.
Then, by comparing the results of stability analyses for the retaining wall and their related in situ images, the specialized reason for such a disaster was proved to be as that a strong earthquake and an unusual number of other felt earthquakes occurred before the disaster. Due to the influence of the relative movements of shear band rocks or soils, microscopic changes of geological structures appeared and forced the shear resisting strength to become lower. On the other hand, the riverbed was deepened by the shocks caused by impacts of the floods with mud, sands, gravels, cobbles and boulders when the peak flow of the Jhuoshuei River was too great during Typhoon Morakot. Because the level of the riverbank was lower than that of the bottom of the foundation for the retaining wall, it was overturned when bearing capacity was seriously insufficient. Then the gravelly graded materials of the base course slipped into the riverbank such that a gap was formed and the disaster was produced thereafter.

摘要 i
Abstrtact ii
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究步驟 3
第二章　文獻回顧 4
2-1 莫拉克颱風挟帶之雨量 4
2-2 大型直接剪力試驗儀之相關文獻 8
2-2-1 ASTM對直接剪力試驗儀的相關規定 8
2-2-2 Al-Douri與Poulos改良的直接剪力試驗儀 9
2-2-3 陳君源之研究 11
2-3 擋土牆設計規範相關規定 11
2-3-1 Meyerhof極限承載力理論 12
2-4 集集鄰近地區地形與地質 14
2-4-1 集集地區附近之斷層 16
2-5 臺灣板塊構造與地震活動之關係 18
2-5-1 臺灣活動斷層分佈 20
2-5-2 斷層與剪裂帶構造 22
2-5-3 朗金土壓力理論之延伸 24
2-5-4 剪裂帶之理論模式與數值模擬分析 25
2-6 通過集集災區強勢剪裂帶沿線存在的各種工程災變 28
第三章 研究內容與研究方法 31
3-1 現地調查 31
3-1-1 災區破壞情形與衛星影像圖 31
3-1-2 濁水溪河床高程之變化情形 33
3-2 鄰近災區之速度向量分佈圖 35
3-3 現地取樣與試驗 36
3-3-1 土樣說明 37
3-3-2 顆粒大小分佈試驗 37
3-3-3 顆粒大小分佈曲線 37
3-3-4 大型「真」直接剪力試驗試驗步驟 39
3-3-5 大型「真」直接剪力試驗試驗結果 41
3-3-5-1 砂土 41
3-3-5-2 礫石 44
3-4 路堤擋土牆之穩定分析 52
3-4-1 擋土牆斷面上各種作用力 53
3-4-2 擋土牆之穩定分析 55
第四章 結果之比較與討論 58
4-1 鄰近災區之衛星影像圖 58
4-2 錯動的剪裂帶之辨識 61
4-3 路堤共構段擋土牆之穩定分析結果 63
4-3-1 基礎底面滑動抵抗之穩定分析結果 63
4-3-2 擋土牆傾倒抵抗之穩定分析結果 64
4-3-3 基礎底版承載力之穩定分析結果 65
4-3-3-1 河岸存在覆土及基礎砂土層不存在剪裂帶 66
4-3-3-2 河岸不存在覆土及基礎砂土層不存在剪裂帶 67
4-3-3-3 河岸不存在覆土、基礎砂土層存在剪裂帶但無擴張效應 68
4-3-3-4 河岸不存在覆土、基礎砂土層存在剪裂帶且有擴張效應 69
4-4 綜合討論 71
第五章 結論與建議 75
5-1 結論 75
5-2 建議 77
參考文獻 78
附錄A 80


圖目錄
圖2 1 災變地區上游之濁水區集水區[17] 5
圖2 2 莫拉克颱風雨量及新增崩塌地分佈圖[10] 6
圖2 3 改良剪力盒之詳細構造及配置詳圖 9
圖2 4 傳統直接剪力試驗儀受彎矩作用影響 11
圖2 5 Terzaghi、Meyerhof 破壞機制比較 [16] 13
圖2 6 集集攔河堰鄰近地區之地形空照圖[14] 14
圖2 7 集集攔河堰南岸地形圖[11] 15
圖2 8 集集攔河堰鄰近區域地質圖[14] 15
圖2 9 集集攔河堰鄰近區域之地形及地質構造圖[14] 16
圖2 10 臺灣鄰近海域之地質構造(重繪自文獻[9]) 18
圖2 11 台灣及鄰近海域地形及震央密佈圖 19
圖2 12 臺灣活動斷層分布圖 [5] 21
圖2 13 剪裂帶中存在的各種不同構造(重繪參考文獻[21) 22
圖2 14 Hertzberg所提剪裂帶型式[18] 23
圖2 15 速度向量圖中之剪裂帶型式 24
圖2 16 剪裂帶之有限元素法模擬分析結果[19] 27
圖2 17 2008年1月1日至2009年7月間台灣每月 28
圖2 18 剪裂帶上A、B、C三點(背景影像出自Google Earth) 29
圖2 19 持續錯動的強勢剪裂帶沿線併發之各種工程災變 30
圖3 1 鄰近台16線路堤擋土牆災區之河床 33
圖3 2 災區之衛星影像圖(福衛2號民國98年1月拍攝) 34
圖3 3 民國90年至98年濁水溪右斷126相對高程之變化情形[19] 35
圖3 4 鄰近災區之速度向量分佈圖[1] 36
圖3 5 礫石與砂土試樣之顆粒大小分佈曲線 40
圖3 6 砂土剪應力與水平變形量關係圖 42
圖3 7 砂土正向應力與水平變形量關係圖 43
圖3 8 砂土有效內摩擦角與水平變形量關係圖 43
圖3 9 礫石剪應力與水平變位量之關係曲線圖 45
圖3 10 礫石有效正向應力與水平變形量關係圖 47
圖3 11 礫石有效內摩擦角與水平變形量關係圖 51
圖3 12 台16線集集受災路段之擋土牆設計斷面圖[3]。 53
圖3 13 (a)擋土牆斷面及作用力(參考[3]及現地測量驗證) 54
圖3 14 上述各點有效內摩擦角度之位置示意圖 58
圖4 1 台16線集集受災路段之原設計示意圖(公路總局提供) 59
圖4 2 92年10月30日台16線集集受災路段 60
圖4 3 同時期衛星影像圖與地形圖 61
圖4 4 921集集大地震中災區之錯動的剪裂帶[7,8,12,13] 63
圖4 5 綠色植物段覆土層存在實際擋土牆之穩定狀況 73
圖4 6 A段與B段擋土牆介面出現些微破壞現象 74
圖4 7 擋土牆之翻覆破壞 76



表目錄
表2 1 集集測站歷年颱風或暴雨之最大洪峰流量[2] 7
表2 2 建築物基礎構造設計規範相關安全係數表 13
表3 1 砂土與礫石試樣之土壤基本性質表 40
表3 2 有效正向應力首次拉剪與尖峰有效內摩擦角度關係表 49
表3 3 降伏範圍之變異性關係比較表 50
表3 4 有效內摩擦角與水平變位量數據比較表 50
表3 5 初始正向應力對應之有效內摩擦角關係表 54
表3 6 礫石在109.8kPa正向應力下得之有效內摩擦角 值表 59
表3 7 擋土牆穩定分析條件表 60
表4 1 不同礫石有效內摩擦角對基礎底面滑動抵抗安全係數之影響 67
表4 2 不同礫石有效內摩擦角對擋土牆傾倒抵抗安全係數之影響 68
表4 3 在河岸存在覆土、基礎砂土層不存在剪裂帶狀況下，當砂土有效內摩擦角為40°不同礫石有效內摩擦角對基礎底版承載力之影響 69
表4 4 在河岸不存在覆土、基礎砂土層不存在剪裂帶狀況下，當砂土有效內摩擦角為40°不同礫石有效內摩擦角對基礎底版承載力之影響 71
表4 5 在河岸不存在覆土、基礎砂土層存在剪裂帶但無擴張效應下，當砂土有效內摩擦角為35°不同礫石有效內摩擦角對基礎底版承載力之影響 73
表4 6 在河岸不存在覆土、基礎砂土層存在剪裂帶且有擴張效應狀況下，當砂土有效內摩擦角為32°不同礫石有效內摩擦角對基礎底版承載力之影響 74

參考文獻
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