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研究生: 吳育豪
Wu, Yu-Hao
論文名稱: 考慮真實地震對三維邊坡穩定分析之研究-以萬山D048大規模崩塌潛勢區為例
Three-dimensional Slope Stability Analysis with Real Earthquake Record on the Wanshan Landslide
指導教授: 陳昭旭
Chen, Chao-Shi
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 資源工程學系
Department of Resources Engineering
論文出版年: 2023
畢業學年度: 111
語文別: 中文
論文頁數: 141
中文關鍵詞: 大規模崩塌真實地震擬真三維地層模型FLAC3D
外文關鍵詞: large-scale landslide, real earthquake record, FLAC3D
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  • 本研究主要目的為應用剪力強度折減法,探討萬山D048大規模崩塌潛勢區在真實地震記錄下之三維邊坡穩定性。首先使用GMS (Groundwater Modeling System)建立研究區域的擬真三維地層模型與地下水位面,再輸入FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions)進行動態邊坡穩定性分析。傳統的剪力強度折減法難以應用於三維動態邊坡分析,因此本研究提出改良方法並先使用二維邊坡模型進行驗證,分析結果與傳統方法吻合,顯示本研究改良方法的可行性,同時亦可以提升三維動態邊坡分析之效率。
    本研究選擇2022年9月18日14時44分發生的池上地震(ML = 6.8,震央位於台東縣政府北方42.6公里)進行動態分析,先以距離研究區域最近的茂林國小地震測站記錄資料(PGA約為18 gal)進行模擬。研究結果顯示僅有在研究區域內之DF081土石流潛勢溪上游與濁口溪曲流攻擊坡位置可能有小範圍的崩塌,依過往崩塌型態推測為岩屑崩移或滑動,而萬山D048大規模崩塌潛勢區整體尚屬穩定。
    因茂林國小地震測站記錄對萬山D048大規模崩塌潛勢區影響不大,為了解極端狀況下崩塌區之動態邊坡穩定性,本研究假設前述地震震央發生在萬山部落附近,使用距離池上地震震央最近的台東縣萬安國小地震測站記錄(PGA約為448 gal)資料進行模擬。研究結果顯示,萬山D048大規模崩塌潛勢區整體安全係數大幅下降。地震過程中,DF081土石流潛勢溪上游、左右岸與濁口溪曲流攻擊坡位置安全係數小於1,可能發生永久變形或崩塌。依照崩塌方向趨勢結果,萬山部落西側會是主要受災位置。

    This study apply shear strength reduction method to investigate three-dimensional slope stability with real earthquake record on the Wanshan D048 large-scale landslide potential area. First, GMS (Groundwater Modeling System) was used to build the 3D realistic stratigraphic model and water table of the study area, and then FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions) was used to analyze slope stability with real earthquake record.
    This study hypothesizes that the epicenter of the 2022 Chishang Earthquake occurred in the study area, research the impact of this earthquake record on the Wanshan D048 large-scale landslide potential area. The simulation result indicate that the factor of safety decreases significantly, and the obvious hazardous areas is on the higher slope. According to simulation result, a collapse could hazard the west side of Wanshan Village.

    摘要 i SUMMARY ii 致謝 x 目錄 xi 表目錄 xvi 圖目錄 xvii 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究流程 3 第二章 文獻回顧 5 2.1 邊坡破壞形式 5 2.1.1 邊坡崩塌分類法 5 2.1.2 地震所引發之崩塌特性 7 2.1.3 大規模崩塌 8 2.2 邊坡穩定性影響因素 11 2.2.1 降雨入滲對邊坡破壞之影響 11 2.2.2 地震對邊坡破壞之影響 14 2.3 地震崩塌真實案例 18 2.3.1 921集集大地震 18 2.3.2 0918池上地震 22 2.4 邊坡穩定性分析方法 24 2.4.1 極限平衡法 24 2.4.2 數值分析法 28 2.4.3 動態邊坡穩定分析 29 2.4.3.1 擬靜態法 29 2.4.3.2 滑動塊體法 31 2.4.3.3 動態反應分析法 31 2.5 邊坡穩定設計規範 32 第三章 研究區域概況 33 3.1 研究區域位置與保全對象 33 3.2 地形與地質 36 3.2.1 地形 36 3.2.2 地質 37 3.3 歷史災害 39 3.4 地表潛移位置 42 3.5 地質鑽探與監測資料 45 3.5.1 地質鑽探結果 46 3.5.2 監測資料 47 第四章 研究方法 53 4.1 FLAC3D軟體簡介 53 4.1.1 分析流程 53 4.1.2 運算方法 54 4.1.3 本構模型 58 4.1.4 符號法則 61 4.1.5 FLAC3D不足之處 61 4.2 數值模型建立 63 4.2.1 地表網格處理 63 4.2.2 Borehole模組與網格生成 64 4.2.3 地質模型比較 66 4.2.4 地下水位面 72 4.2.5 MATLAB網格資料轉換 72 4.3 動態分析方法 75 4.3.1 動態邊界條件 76 4.3.2 阻尼設置 77 4.3.3 地震波傳播準確性分析 78 4.3.3.1 地震波輸入形式 79 4.3.3.2 網格尺寸限制 80 4.3.3.3 地震波濾波 81 4.3.3.4 基線校正 81 4.4 剪力強度折減法 82 4.5 方法驗證 86 4.5.1 案例模型 86 4.5.2 地震波傳遞時間比較 88 4.5.3 傳統方法分析結果 89 4.5.4 本研究方法分析結果 91 第五章 結果與討論 92 5.1 常時邊坡穩定 94 5.2 0918池上地震於茂林國小地震測站記錄 97 5.2.1 茂林國小地震測站之地震波記錄調整 99 5.2.2 茂林國小地震測站案例之安全係數分布 103 5.3 0918池上地震於萬安國小地震測站記錄 110 5.3.1 萬安國小地震測站之地震波記錄調整 111 5.3.2 萬安國小地震測站案例之安全係數分布 115 5.4 潛在崩塌方向與滑動面 122 5.4.1 潛在崩塌方向 122 5.4.2 潛在滑動面 124 第六章 結論與建議 132 6.1 結論 132 6.2 建議 134 參考文獻 135

    1. Bishop, A.W., “The use of the slip circle in the stability analysis of slope.” Geotechnique, 5(1), pp.7-17, 1955.
    2. Chen, X.H., Ma, T.H., Li, C.J., Liu, H.J., Ding, B.L., Peng, W.B., “The catastrophic 13 November 2015 rock-debris slide in Lidong, south-western Zhejiang (China): a landslide triggered by a combination of antecedent rainfall and triggering rainfall.” Geomatics Natural Hazards & Risk, 9(1), pp.608-623, 2018.
    3. Cheng, H.H., “Photogrammetric digital data processing of Tsau-Lin big landslide.” The 21st Asian Conference on Remote Sensing, Taipei, 2000.
    4. Chigira, M., “September 2005 rain-induced catastrophic rockslides on slopes affected by deep-seated gravitational deformations, Kyushu, southern Japan.” Engineering Geology, 108, pp.1-15, 2009.
    5. Chigira, M., Tsou, C.Y., Matsushi, Y., Hiraishi, N., Matsuzawa, M., “Topographic precursors and geological structures of deep-seated catastrophic landslides caused by Typhoon Talas.” Geomorphology, 201, pp.479-493, 2013.
    6. Crosta, G.B., Chen, H., Frattini, P., “Forecasting hazard scenarios and implications for the evaluation of countermeasure efficiency for large debris avalanches.” Engineering Geology, 83(1-3), pp.236-253, 2006.
    7. Fellenius, W., “Erdstatische berechnungen mit reibungund kohasion.” Ernst, Berlin, 1927.
    8. Fredlund, M.D., Fredlund, D.G., Zhang, L., “Moving from 2D to a 3D unsaturated slope stability analysis.” PanAm Unsaturated Soils 2017, pp.136-145, 2017.
    9. Geertsema, M., Clague, J.J., Schwab, J., Evans, S.G., “An overview of recent large catastrophic landslides in northern British Columbia Canada.” Engineering Geology, 83, pp.120-143, 2006.
    10. Islam, S., Abdullah, R.A., Mallick, J., “Static and dynamic analysis of mansa devi hill landslide using flac3D.” Civil Engineering and Technology, 8(11), pp.631-643, 2017.
    11. Itasca., “Fast lagrangian analysis of continua in 3 dimension user’s guild.” USA: Itasca Consulting Group, 2009.
    12. Janbu, N., “Application of composite slip surfaces for stability analyses.” European Conf. on Stability of Earth Slopes, Stockholm, 3, pp.43-49, 1954.
    13. Janbu, N., Bjerrum, L., Kjaernsli, B., “Soil mechanics applied to some engineering problems.” Norwegian Geotechnical Institute, 16, pp.5-26, 1956.
    14. Kambara, J., Uchida, T., “Technical guideline for countermeasures against deep-seated catastrophic (rapid) landslide.” Technical Note of NILIM, 807, 2014.
    15. Keefer, D.K., “Landslides caused by earthquakes.” Geological Society of America Bulletin, 85, pp.406-421, 1984.
    16. Latha, G.M., Garaga, A., “Seismic stability analysis of a himalayan rock slope.” Rock Mechanics and Rock Engineering, 43(6), pp.831-843, 2010.
    17. Liu, X.R., Liu, Y.Q., Lu, Y.M., Li, X.W., Li, P., “Numerical analysis of evaluation methods and influencing factors for dynamic stability of bedding rock slope.” Journal of Vibroengineering, 19(3), pp.1937-1961, 2016.
    18. Liu, Y., Li, H., Xiao, K., Li, J., Xia, X., Liu, B., “Seismic stability analysis of a layered rock slope.” Computers and Geotechnics, 55, pp.474-481, 2014.
    19. Lysmer, J., Kuhlemeyer, R.L., “Finite dynamic model for infinite media.” Journal of Engineering Mechanics Division, 95, pp.859-878, 1969.
    20. Lysmer, J., Kuhlemeyer, R.L., “Finite element method accuracy for wave propagation problems.” Journal of the Soil Dynamics Division, 99, pp.421-427, 1973.
    21. Matsui, T., San, K.C., “Finite element slope stability analysis by shear strength reduction technique.” Soils and Foundations, 32, pp.59-70, 1992.
    22. Maturidi, A.M.A., Kasim, N., Abu Taib, K., Azahar, W.N.A.W., Tajuddin, H..BA., “Empirically based rainfall threshold for landslides occurrence in Peninsular Malaysia.” KSCE Journal of Civil Engineering, 25(12), pp.4552-4566, 2021.
    23. Mononobe, N., Matsuo, H., “On the determination of earth pressures during earthquakes.” in Proceedings of the Worm Engineering Conference, 9, pp.176-182, 1929.
    24. Morgenstern, N.R., Price, V.E., “The analysis of the stability of general slip surfaces.” Geotechnique, 15(1), pp.79-93, 1965.
    25. Newmark, N.M., “Effect of earthquake on dams and embankments.” Geotechnique, 15(2), pp.139-159, 1965.
    26. Okabe, S., “General theory of earth pressure.” Journal of the Japanese Society of Civil Engineers, 12, No. 1, 1926.
    27. Pai, L., Wu, H., Yang, T., Zhong, F., “Study on seismic coefficient calculation method of slope seismic stability analysis.” Shock and Vibration, 2021, pp. 1-10, 2021.
    28. Regmi, R.K., Jung, K., Nakagawa, H., Kang, J., “Study on mechanism of retrogressive slope failure using artificial rainfall.” Catena, 122, pp.27-41, 2014.
    29. Rodrı´guez, C.E., Bommer, J.J., Chandler, R.J., “Earthquake-induced landslides: 1980–1997.” Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 18(5), pp.325-346, 1999.
    30. Roscoe, K.H., “The Influence of Strains in Soil Mechanics.” Geotechnique, 20(2), pp.129-170, 1970.
    31. Seed, H.B., “Stability of earth and rockfill dams during earthquakes.” Embankment-dam engineering casagrand volume, New York: John Wiley and Sons Ltd, 1973.
    32. Spencer, E., “A method of analysis of the stability of embankments assuming parallel interslice forces.” Geotechnique, 17(1), pp.11-26, 1967.
    33. Varnes, D. J., “Slope movement types and processes.” Special report, 176, pp.11-33, 1978.
    34. Wang, D.S., Zhang, L.J., Xu, J.J., He, M.J., Zhang, W.D., “Seismic stability safety evaluation of gravity dam with shear strength reduction method.” Water Science and Engineering, 2(2), pp.52-60, 2009.
    35. Wines, D., “A comparison of slope stability analyses in two and three dimensions.” Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 116(5), pp.399-406, 2016.
    36. Woodward, P.K., Griffiths, D.V., “Comparison of the pseudo-static and dynamic behaviour of gravity retaining walls.” Geotechnical and Geological Engineering, 14, pp. 2269-290. 1996.
    37. 中央地質調查所,「台灣活動斷層」,2023。檢自:https://faultnew.moeacgs.gov.tw/
    38. 中央氣象局,「地震測報中心」,2023。檢自:https://scweb.cwb.gov.tw/
    39. 內政部營建署,「建築物基礎構造設計規範」,2023。
    40. 水土保持局,「大規模崩塌防減災技術發展與應用」,2015。
    41. 水土保持局,「萬山潛在大規模崩塌地區監測系統為運與擴充計畫期末報告書」,2015。
    42. 水土保持局,「高雄市茂林區D048大規模崩塌區調查及多納溫泉溪集水區治理規劃期末報告書」,2019。
    43. 水土保持局,「BigGIS巨量空間資訊系統」,2023。檢自:https://gis.swcb.gov.tw/
    44. 水土保持局,「土石流及大規模崩塌防災資訊網」,2023。檢自:https://246.swcb.gov.tw/
    45. 水土保持局,「歷史影像平台」,2023。檢自:https://photo.swcb.gov.tw/Repository/Database
    46. 交通部交通技術標準規範公路類公路工程部,「公路邊坡工程設計規範」,2015。
    47. 行政院原住民族委員會,「98年度莫拉克颱風災害部落居住地新勘及複勘作業暨安全評估報告書計畫(複勘報告書)」,2009。
    48. 行政院農業委員會,「水土保持技術規範」,2023。檢自:https://law.coa.gov.tw/GLRSnewsout/LawContent.aspx?id=FL014521
    49. 吳俊鋐, 陳樹群,「九九峰於集集大地震後續崩塌趨勢之研究」,水土保持學報,第37卷第1期,頁53-68,2005。
    50. 李自強,「社區自主防備災推動之探討-以高雄市茂林區萬山部落為例」,國立高雄應用科技大學土木工程系碩士論文,2012。
    51. 李怡萱,「以三維擬真地層模擬探討降雨入滲對邊坡穩定性影響之研究」,國立成功大學資源工程學系碩士論文,2020。
    52. 李柏毅,「高雄市茂林區萬山里土石流風險評估之研究」,長榮大學土地管理開發學系碩士論文,2014。
    53. 林芷瑩,「剪力強度折減法應用於地震邊坡之研究」,國立成功大學資源工程學系碩士論文,2006。
    54. 林政侑, 洪政義, 蔡政修, 劉文賢, 張景明,「高雄市茂林區D048大規模崩塌區之地質監測研究」,坡地防災學報,第19卷第1期,頁1-18,2020。
    55. 邱子芸,「應用Scoops3D於潛在大規模崩塌影響之研究」,國立臺灣海洋大學河海工程學系碩士論文,2017。
    56. 洪如江, 林美聆, 陳天健, 王國隆,「921 集集大地震相關的坡地災害、坡地破壞特性、與案例分析」,地工技街,第81期,頁17-32,2000。
    57. 洪如江,「921地震回顧」,土木水利,第46卷第4期,頁3-13,2019。
    58. 洪景宗,「三維數值模擬於邊坡受地震力作用引致位移分析之研究」,國立臺灣海洋大學河海工程學系碩士論文,2019。
    59. 紀宗吉,「岩體滑動潛勢的調查與判釋」,災害防救電子報,第62期,2010。
    60. 茂林區公所,「高雄市茂林區地區災害防救計畫」,2021。
    61. 高雄市美濃戶政事務所,「茂林區人口統計」,2023。
    62. 國家地震工程研究中心, 洪崇展, Gilberto Mosqueda,「0917關山地震與0918池上地震勘災紀要」,營建知訊,第478期,頁14-33,2022。
    63. 國家災害防救科技中心,「大規模崩塌災害防治行動綱領」,2015。
    64. 國家災害防救科技中心,「111 年度豪雨及颱風事件災情彙整報告」,2022。
    65. 張石角,「雪霸國家公園災害敏感區921震災後調查與防範研究」,國家公園學報,第11卷第1期,頁41-58,2001。
    66. 張凱鈞,「考慮降雨入滲三維邊坡穩定分析之研究-以萬山D048大規模崩塌潛勢區為例」,國立成功大學資源工程學系碩士論文,2022。
    67. 陳志昌,「FLAC程式應用於土壤邊坡穩定分析」,國立中央大學應用地質研究所碩士論文,2001。
    68. 黃郁婷,「剪力強度折減法應用動態邊坡穩定性之研究」,國立成功大學資源工程學系碩士論文,2011。
    69. 黃鑑水, 陳勉銘, 許銘義,「九份二山大山崩」,地工技術,第92卷,頁79-86,2003。
    70. 楊樹榮, 林忠志, 鄭錦桐, 潘國樑, 蔡如君, 李正利,「台灣常用山崩分類系統」,第14屆大地工程學術研究討論會,桃園,台灣,2011。
    71. 楊濤, 黄琳, 馮君, 吳紅剛, 戚宗柯,「基於地震傳播過程的滑坡動力穩定性分析」,岩土力學,第38卷第9期,頁2708-2712,2017。
    72. 董英宏, 謝有忠, 林錫宏, 吳庭瑜,「0918池上地震之地震山崩勘查」,地質,第41卷第3-4期,頁50-53,2022。
    73. 廖志中, 潘以文, 李國維, 王慧蓉, 康耿豪, 簡翊文, 鄭又珍, 李膺讚, 林貴崑,「大規模崩塌潛勢區的調查與監測」,台灣林業雙月刊,第43卷第5期,頁3-12,2017。
    74. 廖軒吾,「集集地震誘發之山崩」,國立中央大學地球物理研究所碩士論文,2000。
    75. 趙新杰,謝春慶,潘凱,李航,「強震作用下高填方邊坡變形與穩定性研究」,地球科學前沿,第11卷第3期,頁305-322,2021。
    76. 劉哲欣, 吳亭燁, 陳聯光, 林聖琪, 林又青, 陳樹群, 周憲德,「臺灣地區重大岩體滑動案例之土方量分析」,中華水土保持學報,第42卷第2期,頁150-159,2011。
    77. 劉宸霖,「擬真三維地層模擬應用於邊坡穩定性分析之研究」,國立成功大學資源工程學系碩士論文,2021。
    78. 潘如蕙,「剪力強度折減法應用於層狀土壤邊坡之穩定性研究」,國立成功大學資源工程學系碩士論文,2007。
    79. 潘安士,「以有限元素法分析板岩邊坡潛移與漸進破壞行為」,國立中興大學水土保持學系所碩士論文,2011。

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