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研究生: 張耕逢
Chang, Keng-Feng
論文名稱: 地下水引致曾文水庫集水區公路邊坡安全係數變化之研究
Study in Groundwater-Induced the Safety Factor Variation of Highway Slopes in Tseng-Wen Reservoir Watershed
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: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 128
中文關鍵詞: 邊坡穩定地下水位公路邊坡有限差分法極限平衡法
外文關鍵詞: Slope stability, groundwater, highway slope, finite difference method, the limit equilibrium method.
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  • 在溫室效應的影響之下,近年來台灣降雨逐漸集中,降雨強度也有增強的趨勢。其中較為著名的為2009年莫拉克颱風為我國南部山區帶來大量降雨,造成多處山區公路邊坡崩塌。地下水位上升是造成邊坡崩塌主要因素之一,當地下水位因降雨事件上升時,邊坡自身抗滑性隨之下降,造成崩塌或滑動發生。本研究為了探討地下水變動與曾文水庫集水區公路邊坡之安全係數的關係,在曾文水庫集水區內選定台3線公路348k與350k+724m作為試驗邊坡進行調查與監測,並分別命名為ZWSlope-1與ZWSlope-2,內容有地質鑽探作業、地下水位變動紀錄、降雨量監測、地層變動監測等。
    地質鑽探作業於2012年4月完工,鑽探取得之銅圈與岩心試體進行試驗取得該地層材料性質與力學參數,以供數值分析使用。
    現場監測時間為2012年4月至2013年6月,利用監測所得數據建立降雨量與地下水位變動之關係式,判斷邊坡滑動方向與變動深度。相較於試驗邊坡ZWSlope-2,試驗邊坡ZWSlope-1地下水位的變動情形與降雨量有較明顯的關係,但地層變動部分尚未量測到明確的地層變動;ZWSlope-2地層變動深度則位於崩積層與岩層交界處。
    數值分析則利用上述資料配合三維度有限差分軟體與二維度極限平衡法進行數值分析,首先使用三維度有限差分軟體求得滑動面, 再使用二維度極限平衡法進行地下水位與安全係數之分析,並將安全係數為1的地下水位命為臨界水位,試驗邊坡ZWSlope-1臨界水位為地表下1.3m處,試驗邊坡ZWSlope-2臨界水位則為地表下1.5m處。

    Under the influence of the greenhouse effect, in recent years, the rainfalls of Taiwan become heavier and more concentrated. Recently, more famous for the 2009 Typhoon Morakot brought a large number of Taiwan's southern mountain rains, causing many mountain road slope failure. Groundwater is one of the main factors causing slope failures, when the water table rises due to rainfall events, slope’s resistance fall, causing collapse or slide occurred.
    In order to understand how groundwater changing affects highway safety factor in Tseng-Wen Reservoir Watershed, we selected Taiwan Provincial Highway N.O. 3 348k and 350k +724 m for investigation and monitoring. The research contents drilling operations, records of groundwater changes, rainfall monitoring, the stratum displacements in slopes.
    Drilling operations finished in April 2012, the copper ring samples and core specimens were tested to obtain the material properties of the Stratum and mechanical parameters for numerical analysis.
    Monitoring starts from April 2012 to June 2013, using monitoring data to establish the relationship between changes in rainfall and groundwater and changes, determine slope sliding direction and depth.
    Compared to slope ZWSlope-2, slope ZWSlope-1 has a more significant relationship which rainfalls affect groundwater changes; slope ZWSlope-1 haven’t measure clear stratum displacements yet, the sliding position of slope ZWSlope-2 is between colluvium and shale.
    Numerical analysis contains 3D finite difference software and 2D limit equilibrium method, using 3D finite difference software obtained degrees sliding surface, then analyze the relationship of groundwater level and safety factor, also name the water level with safety factor equal to 1 as critical water level. Slope ZWSlope-1’s critical water level is 1.3m below the ground, slope ZWSlope-2’s critical water level is 1.5m below the ground.

    目錄 摘要 I ABSTRACT II 致謝 IV 目錄 V 圖目錄 VIII 表目錄 XIII 第一章 緒論 1 1-1 研究背景及動機 1 1-2 研究內容 1 第二章 文獻回顧 5 2-1 造成邊坡破壞之原因 5 2-2 邊坡破壞的類型 9 2-3 水庫集水區之邊坡破壞 12 2-4 降雨對地下水與邊坡穩定之影響 12 2-5 邊坡穩定分析 15 2-5-1 極限平衡法 15 2-5-2 有限差分法 19 第三章 研究區域概述 22 3-1 研究區域之地理位置與地形 22 3-1-1 地理位置 22 3-1-2 地形 23 3-2 研究區域之地質與地質構造 24 3-3 研究區域之水文概述 25 3-3-1 水系 25 3-3-2 雨量 26 第四章 現地監測 30 4-1 試驗邊坡選定 30 4-2 地質鑽探調查 42 4-3 地電阻調查 46 4-4 降雨量監測 51 4-5 地下水位監測 53 4-6 傾斜觀測管監測 57 第五章 試驗邊坡地層之室內試驗與成果 64 5-1 地層材料之物理性質試驗 64 5-1-1 物理性質試驗方法 64 5-1-2 物理性質試驗結果 65 5-2 試驗邊坡岩石材料之單壓強度試驗 68 5-2-1 單壓性質試驗方法 68 5-2-2 單壓性質試驗結果 70 5-3 試驗邊坡地層材料之直接剪力試驗 72 5-3-1 直接剪力試驗方法 72 5-3-2 直接剪力試驗儀器 73 5-3-3 直接剪力試驗結果 74 5-4 岩石三軸壓縮試驗 80 5-4-1 岩石三軸壓縮試驗儀器與方法 80 5-4-2 岩石三軸壓縮試驗結果 81 第六章 邊坡穩定分析 85 6-1 FLAC3D介紹 85 6-1-1 FLAC3D 基本理論 85 6-1-2 FLAC3D之運算程序 87 6-2 分析方法 88 6-3 模型建構與參數設定 89 6-4 分析結果 96 6-5 累積降雨量與地下水位變動對安全係數之影響 109 第七章 結論與建議 111 7-1 結論 111 7-2 建議 113 參考文獻 114 附錄A 地質鑽探表 120 附錄B 岩心箱照片 126

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    下載圖示 校內:2018-08-29公開
    校外:2018-08-29公開
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