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研究生: 簡仰翎
Chien, Yang-Ling
論文名稱: 以臨界地下水位與降雨量關係建立西南部公路邊坡災害預警系統
Corelating the Critical Groundwater Level and Rainfall to Develop the Warning System for the Highway Slope at the Southwestern Taiwan
指導教授: 吳建宏
Wu, Jian-Hong
共同指導教授: 李德河
Lee, Der-Her
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: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 231
中文關鍵詞: 邊坡穩定臨界地下水位降雨與地下水位關係預警系統
外文關鍵詞: slope stability, critical groundwater level, relationship between rainfall and groundwater level, early warning system
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  • 隨著全球暖化日漸嚴重,極端氣候隨之而來,引發豪雨和強颱伴隨著極端雨量更造成山區邊坡崩塌發生機率劇增。由於台灣國土面積有七成位於山區,隨著經濟發展及都市的發展飽和,人們對於山區的利用與日俱增,不僅改變了生態環境,更對山坡地造成了莫大的衝擊。當極端降雨量發生時便會造成多處邊坡滑動及崩塌。因此探討降雨量造成山區邊坡水位上升對邊坡穩定的影響並建立預警系統是目前防災工程重要的課題之一。
    本研究首先建立在台灣西南部地區不同地質條件,台20線南橫公路的砂頁岩互層、藤枝林道板頁岩互層和台175縣道的崩積層夾泥岩三個地區進行鑽探,並利用鑽探樣本施作室內試驗求得基本物理性質及力學強度參數作為數值模擬分析參數設定。本研究在臨界地下水位決定,運用數值模擬分析在安全係數等於1時之相對應地下水位、傾度計日變位與地下水位在開始大變動之相對水位或地表伸縮計日變位與地下水位在開始大便之相對地下水位,運用三種方式決定臨界地下水位,再結合降雨量建立邊坡災害預警系統。

    In this study, firstly established different geological conditions in the southwestern part of Taiwan, sandstone shale interbeds on the South Cross-Island Highway 52K+150m,slate shale interbeds of the Tengjhih Forest Road 1K+800m, and colluvium muddy rocks interbeds in the Taiwan 175 County Road 50K+500m. The laboratory tests the fundamental physical properties and mechanical strength parameters as numerical simulation analysis parameters. This study is determined at the critical groundwater level. The numerical simulation is used to analyze the corresponding groundwater level, the daily displacement of the inclination and the relative water level of the groundwater level at the beginning of the large change or the ground surface displacement of the groundwater level and the groundwater level. Start the relative groundwater level of the stool, use three ways to determine the critical groundwater level, and then combine the rainfall to establish a slope disaster warning system.

    摘要 II 誌謝 XII 表目錄 XVIII 圖目錄 XX 照片目錄 XXVIII 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2研究動機與目的 2 1-3研究流程 3 1-4研究大綱 5 第二章 文獻回顧 6 2-1 邊坡破壞 6 2-1-1邊坡破壞定義 6 2-1-3邊坡破壞因素 15 2-2 降雨與邊坡安全性的影響 19 2-2-1雨場定義 20 2-2-2降雨入滲對邊坡安全性的影響 26 2-3邊坡穩定分析理論 28 2-3-1有限元素法 28 2-3-2極限平衡法 29 2-4微震動(Microtremor) 32 2-4-1微震動定義 32 2-4-2微震動分析方法 32 2-4-2-1單站頻譜比法 32 2-5 邊坡致災管理 34 2-5-1國外邊坡之穩定研判基準 34 2-5-2國內邊坡之穩定研判基準 37 第三章 研究區域環境概述 39 3-1台南市-台20線南橫公路 39 3-1-1地理位置與公路路線 39 3-1-2地形與地質構造 40 3-1-3 水文與降雨概況 42 3-2高雄市-藤枝林道 45 3-2-1地理位置及公路路線 45 3-2-2地形與地質構造 46 3-2-3水文與降雨概況 48 3-3台南市-台175縣道 51 3-3-1地理位置及公路路線 51 3-3-2地形與地質構造 53 3-3-3降雨及水文狀況 54 第四章 試驗邊坡現地監測和室內試驗 56 4-1 場址設定及鑽探結果 56 4-1-1台南市南化區台20線研究場址 56 4-1-2高雄市六龜區藤枝林道研究場址 58 4-1-3台南市六甲區台175縣道研究場址 60 4-1-4個場址綜合比較 61 4-2試驗場址地電阻探測結果 63 4-2-1儀器介紹與原理 63 4-2-2台南市南化區台20線 67 4-2-3高雄市六龜區藤枝林道 69 4-2-4台南市六甲區台175縣道 72 4-3試驗場址傾斜管觀測結果 74 4-3-1儀器介紹與原理 74 4-3-2台南市南化區台20線 75 4-3-3高雄市六龜區藤枝林道 76 4-3-4台南市六甲區台175縣道 77 4-3-5各個試驗邊坡可能滑動面整理 80 4-4降雨引致地下水位變動和地層滲透性 81 4-4-1台南市南化區台20線 81 4-4-2高雄市六龜區藤枝林道 83 4-4-3台南市六甲區台175縣道 85 4-4-4各試驗邊坡地層滲透性 87 4-5位移速率與邊坡穩定性之關係 91 4-5-1台南市南化區台20線 92 4-5-2高雄市六龜區藤枝林道 94 4-5-3台南市六甲區台175縣道 96 4-6傾度計觀測結果 100 4-6-1儀器介紹 100 4-6-2台南市六甲區台175縣道監測結果 101 4-7地表伸縮計和雷射位移計觀測結果 104 4-7-1儀器介紹 104 4-7-2台南市六甲區台175縣道 106 4-8微震動儀施測結果 108 4-8-1微震動測量 108 4-8-2儀器介紹 109 4-8-3微震動數據處理 110 4-8-4微震動數據判讀 112 4-8-5台南市六甲區台175縣道施測結果 115 4-9室內試驗 124 4-9-1一般物理性質試驗 124 4-9-2直接剪力試驗 129 第五章 綜合討論與分析 134 5-1邊坡數值模擬分析 134 5-1-1數值模擬程式簡介 134 5-1-1-1SLOPE/W邊坡穩定分析 135 5-1-1-2SEEP/W降雨滲流分析 135 5-1-2台南市南化區台20線 137 5-1-2-1數值模型建立與邊界條件設定 137 5-1-2-2材料參數設定 139 5-1-2-3雨場與滑動面選定 142 5-1-2-4降雨入滲模擬結果 145 5-1-2-5地下水位抬升與邊坡穩定性 147 5-1-3高雄市六龜區藤枝林道 150 5-1-3-1數值模型建立與邊界條件 150 5-1-3-2材料參數設定 152 5-1-3-3雨場與滑動面選定 155 5-1-3-4降雨入滲模擬結果 157 5-1-3-5地下水位抬升與邊坡穩定性 159 5-1-4台南市六甲區台175縣道 161 5-1-4-1數值模型建立與邊界條件設定 161 5-1-4-2材料參數設定 163 5-1-4-3雨場與滑動面選定 165 5-1-4-4降雨入滲模擬結果 167 5-1-4-5地下水位抬升與邊坡穩定性 170 5-2傾度計與地下水位面之分析 173 5-3地表伸縮計與地下水位面之分析 175 5-4滑動區模擬 177 5-4-1軟體簡介 177 5-4-2滑動區內外比對 178 5-5邊坡預警系統建立 180 5-5-1制定邊坡安全警戒指標 180 5-5-1-1地下水位與邊坡穩定性之關係 180 5-5-1-2降雨與地下水位抬升之關係 184 5-5-2以降雨量建立邊坡預警系統 193 第六章 結論與建議 200 6-1結論 200 6-2建議 202 參考文獻 203 附錄A 試驗場址鑽探報告及基本物性試驗結果 210 附錄B 試驗場址鑽探岩心箱照片 220 附錄C 台175縣道青山工程顧問公司傾斜觀測管報告 226 附錄D口試委員建議 229

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