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研究生: 黃品齊
HUANG, PIN-CHI
論文名稱: 崩積層公路邊坡階段工程治理設計反饋數值模擬研究
Design Feedback by Numerical Analyses on Colluvial Highway Slopes under Sequential Failures
指導教授: 張文忠
Chang, Wen-Jong
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2026
畢業學年度: 114
語文別: 中文
論文頁數: 105
中文關鍵詞: 公路邊坡穩定擋土支撐系統崩積層數值分析反算分析
外文關鍵詞: Highway slope stability, retaining and support systems, colluvial deposits, numerical analysis, back analysis
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  • 本研究以「台20線52 K+000卡努颱風災害路基保護修復工程」為研究案例,針對具長期滑動潛勢之公路邊坡,建立一套以整體邊坡反算模型為核心,並切分上、下邊坡以局部邊坡之面向,探討不同補強配置與地下水位條件下之邊坡穩定行為。研究目的不僅在於比較安全係數之變化,更著重於臨界滑動面之辨識及其於整體邊坡穩定性評估中的關鍵角色。研究結果顯示,於高地下水位且未施作補強之情況下,整體邊坡變形主要以下邊坡先行破壞為特徵,較深層滑動行為易受整體位移與表層滑動所掩蓋。透過整體模型結合子模型分析,可有效辨識影響整體邊坡穩定性之臨界滑動面。進一步分析顯示,表層補強措施主要可抑制坡面變形並使臨界滑動面得以顯現,對整體穩定性之直接提升有限。本研究結果證實,當整體邊坡模型建立完成且臨界滑動面得以明確辨識後,即可於同一分析架構下,預先評估不同補強配置或設計方案對施工後滑動行為與整體穩定性之影響,使邊坡穩定分析由單次結果驗證提升為具備預測能力之工程工具,對邊坡補強設計與工程審核作業均具高度實務應用價值。

    This study takes the Rehabilitation Project for Roadbed Protection at Highway No. 20, 52K+000, Damaged by Typhoon Khanun as a case study to investigate the stability behavior of a highway slope with long-term sliding potential. A numerical analysis framework is established with a back-analyzed global slope model as its core, complemented by upper- and lower-slope sub-models, to examine slope stability under different reinforcement configurations and groundwater level conditions.Rather than focusing solely on variations in the factor of safety, this research emphasizes the identification of critical slip surfaces and their governing role in evaluating overall slope stability. The results indicate that under high groundwater conditions without reinforcement, slope deformation is characterized by initial failure in the lower slope, while deeper sliding behavior tends to be obscured by overall displacement and shallow surface movements. By integrating global and sub-model analyses, the proposed framework effectively identifies the critical slip surface that controls overall slope stability.
    Further analyses reveal that surface reinforcement measures primarily suppress shallow slope deformation and facilitate the manifestation of the critical slip surface, but contribute limited direct improvement to overall stability. The findings demonstrate that once a reliable global slope model is established and the critical slip surface is clearly identified, the same analytical framework can be used to proactively evaluate the effects of various reinforcement configurations or design alternatives on post-construction sliding behavior and overall stability. This approach advances slope stability analysis from a single-case verification method to a predictive engineering tool, offering significant practical value for slope reinforcement design and engineering review processes.

    摘要 I ABSTRACT II 致謝 VII 目錄 VIII 表目錄 XII 圖目錄 XIII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 研究方法與流程 3 1.4 論文架構 5 第二章 文獻回顧 7 2.1 崩積層 7 2.1.1 崩積層之分類 7 2.1.2 南化地區崩積層之特性 8 2.2 公路邊坡破壞 9 2.2.1 公路邊坡破壞型態分類 9 2.2.2 影響公路邊坡穩定之因素 10 2.3 公路邊坡穩定分析方法 11 2.3.1 極限平衡法(Limit Equilibrium Method, LEM) 12 2.3.2 數值分析方法在邊坡穩定分析的發展 13 第三章 研究方法 15 3.1數值模型基本假設 15 3.2 數值分析方法與模型建置 16 3.2.1 有限元素法與 PLAXIS 計算原理 16 3.2.2 土壤-Mohr-Coulomb 模型 18 3.2.3 分析階段設定與計算程序 20 3.2.4 滲流分析原理與地下水位面推估 22 3.2.5 支撐構造於 PLAXIS 中之建模方式 23 3.3邊坡穩定性分析 25 3.3.1 強度折減法(Strength Reduction Method, SRM) 25 3.3.2 破壞機制判定與位移場之物理意義 26 3.3.3 地錨失效與公路邊坡破壞之關聯 27 3.3.4 無凝聚力條件之理論依據與分析假設 27 第四章 資料蒐集與模型建立 29 4.1 研究場址基本資料 29 4.1.1 地理位置與交通條件 29 4.1.2 地形、水系與水文條件 30 4.1.3 地質及鑽探調查 33 4.1.4 邊坡幾何斷面與地下水資料之參照說明 35 4.2 災害發生經過與調查 36 4.2.1 歷次整治工程與發展過程 36 4.2.2 盧碧颱風災害與破壞面特性討論 41 4.2.3 地下水位變化與滲流判斷 43 4.3 案例邊坡整治工程設計內容 46 4.3.1 設計理念與整體配置 47 4.3.2 支撐系統構成與配置 47 4.4 數值模型的建立 49 4.4.1 模型幾何與邊界條件設定 49 4.4.2 土層材料參數設置與地下水位面計算 51 4.4.3 工程設計參數總整 52 第五章 分析結果與討論 55 5.1 反算分析與滑動機制辨識 55 5.1.1 整體邊坡反算結果與初始破壞位置 55 5.1.2 上、下邊坡子模型之建立與初步分析 57 5.1.3 2016 年地錨失效事件之臨界滑動面對應分析 58 5.1.4 表層加固假設與敏感度分析 61 5.2 上邊坡補強措施對滑動機制之影響分析 62 5.2.1 上邊坡施工前滑動特性 64 5.2.2 自由型格梁護坡對上邊坡滑動行為顯現之影響 65 5.2.3 上邊坡穩定性改善與滑動面變化比較 67 5.3 下邊坡補強措施對滑動機制之影響分析 68 5.3.1 下邊坡施工前之滑動特性判釋 68 5.3.2 自由型格梁護坡對下邊坡滑動行為顯現之影響 69 5.3.3 坡趾擋土支撐系統對滑動行為之影響 71 5.3.4 下邊坡補強前後滑動行為之比較與歸納 73 5.4 主要滑動面行為與補強系統作用之整合討論 74 5.4.1 邊坡表層抑制對臨界滑動面顯現之影響 74 5.4.2 坡趾補強對臨界滑動面控制作用之角色 76 5.4.3 整體模型下臨界滑動面之穩定性行為 77 5.4.4 不同整治階段之安全係數變化綜合討論 81 5.4.5 臨界滑動面之研究判釋與歸納 82 第六章 研究成果與建議 85 6.1 研究成果 85 6.2 後續研究建議 86 參考文獻 87

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