崩塌地降雨-入滲-滲流機制之數值模擬及穩定性分析

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1、崩塌地降雨-入滲-滲流機制之數值模擬及穩定性分析指導老師︰林德貴教授學生︰洪寶發101年1月7日專題討論NumericalSimulationoftheMechanismofRainfall-Infiltration-SeepageandStabilityAnalysesofCollapsedLand授課老師︰林俐玲教授簡報內容緒論1文獻回顧2研究方法4SEEP/WSLOPE/W數值分析程式3結果與討論56結論與建議幼葉林地滑區於民國97年9月豪雨後發生滑動。目前滑動區內住戶約20餘戶，農作約40公頃，若持續發生滑動破壞災情，恐對滑動區內居民身家性命財產安全造成威脅。幼葉林山緒論研

2、究區位於嘉義縣梅山鄉瑞里村之行政轄區，範圍東西向約450m，南北向約1,000m，於幼葉林山與生毛樹溪之間坡面間。幼葉林地滑地屬濁水溪流域之生毛樹溪子集水區。研究範圍約40公頃瑞里國小若蘭山莊長1,000m寬450m北研究區域研究區在山崩潛感之傳統分析及評估方面:大多以統計的方式，針對造成邊坡破壞的各種潛在因子給予不同之權重後進行評分式分析。權重式評分分析之問題：無法將降雨造成坡地崩塌之機制加以呈現並納入考量，而只侷限於各種潛感影響因子之討論。本研究之期望：藉由數值分析來探討降雨對坡地不穩定性的影響以及坡地瀕臨崩塌時之破壞模式。緒論―研究動機透過颱風降雨、入滲、地下水滲流、地下水水位

3、變動之過程，期建立一套完整的降雨滲流邊坡穩定數值分析模式。本研究主要針對幼葉林地滑地，進行常時、地震及暴雨情況下之邊坡穩定性模擬。同時，進一步探討排樁工法之各項設計參數對坡地穩定性之可能影響度。最後，並針對進行穩定方案之有效性進行模擬評估。緒論―研究目的蘇柏嘉等(2005)之研究指出在降雨狀態下邊坡不穩定之誘發機制如下：降雨入滲→孔隙水壓uw變化(由負變正)→基質吸力(ua-uw)逐漸變化消失→基質吸力之當量剪力強度(ua-uw)tanb降低→未飽和土壤抗剪強度降低→邊坡不穩定。uw＜0→未飽和狀態；uw＞0→飽和狀態一般分析中可令ua＝0文獻回顧―降雨激發崩塌之力學機制Soila

4、ndwaterconservation排樁最佳設計位置(SRM)排樁最佳設計位置(Bishop)排樁最佳設計位置W.B.Wei與Y.M.Cheng(2009)，採用有限差分FLAC3D提出在均勻土層之邊坡條件下，排樁最佳設計位置在「邊坡中線」與「無樁情況下之臨界破壞面中線」之間。FeiCai與KeizoUgai(2000)，透過有限差分FLAC3D強度折減法(SRM)，提出排樁在邊坡之最佳設計位置位於邊坡之中線；但透過極限平衡Bishop方法顯示，排樁位於邊坡中線稍為靠坡頂處，對於邊坡之穩定，具有較好的效果。文獻回顧―排樁中央氣象局之梨山氣象站於1990年至2009年間(共計20年)

5、紀錄之降雨資料，進行雨量頻率分析，利用年最大選用法對雨量站選定歷年之年最大二日暴雨量統計資料後，以二參數對數常態、三參數對數常態、皮爾森III型、對數皮爾森III型及極端值I型等五種機率分布，進行雨量頻率分析。選取各種機率分布中最小標準差值(StandardError)，決定最適性分布。結果顯示，以極端值I型較合適。另外，採用100年重現期距之年最大二日暴雨量進行轉換為最大48小時降雨量。Soilandwaterconservation文獻回顧―頻率分析設計雨型分析方法乃採用經濟部水資源局(2001)編製之「水文設計應用手冊」中所提之台灣各區域簡單尺度不變性高斯馬可夫雨型(Simpl

6、eScalingGauss-Markov，簡稱SSGM)分析成果中，台灣中一區之降雨百分比進行設計。Soilandwaterconservation100年重現期距之最大48小時降雨組體圖文獻回顧―設計雨型分析前期有效降雨量：一場連續降雨往前推算2星期期間，所降的雨量，稱之。其起始時間關係如下圖所示：文獻回顧―降雨量、前期降雨量Campbell(1975)之研究中曾提及『若沒有足夠的前期降雨量，就不會發生崩塌或土石流』。Sitar(1992)觀測土石流發生時的孔隙水壓變化，發現前期降雨量使得土壤含有適當的含水量，有助於後來暴雨雨水快速滲透土體並產生高額孔隙水壓，降低土體的抗剪強度而引

7、發崩塌或土石流。文獻回顧―降雨量、前期降雨量江永哲、林啟源(1991)針對台灣地區的崩塌誘發型土石流災害之降雨特性可彙整成下列三點：1.災害發生的累積降雨量至少要大於150mm以上。2.災害發生的降雨延時在12hr以上，且多發生在整場暴雨的後半期。3.前期降雨對於災害的發生有明顯的影響，但並非為主要的影響因素。文獻回顧―降雨特性落於地表之雨水經由入滲作用流入地下含水層，引起地下水水位的增加。當降雨量大於土壤入滲量時，部份降雨會轉成地表逕流，如右圖所示。由於