簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 楊沂恩
Yang, Yi-en
論文名稱: 泥岩地區邊坡坡面保護新工法之研究
The Study of New Protection Method for Mudstone Slope
指導教授: 李德河
Lee, Der-her
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 168
中文關鍵詞: 土胎植生工法護坡工法泥岩沖蝕邊坡穩定
外文關鍵詞: mudstone, slope stabilization, slope protection, erosion, soil-tire-vegetation method
相關次數: 點閱:119下載:18
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 台灣西南部麓山帶軟岩區的地層以新第三紀碎屑狀沉積岩為主,地層之岩性主要以砂岩、砂頁岩互層、泥岩及少許礫石層為代表,其岩層成岩時間較短,砂岩膠結鬆軟,泥岩遇水極易軟化崩解。由於南部軟岩地區之公路邊坡每當豪大雨時常發生破壞,根據現地調查國道三號南部路段沿線坡面中以植生護坡之破壞比值為最高,坡面岩性之破壞則以泥岩之破壞比值較高,坡面破壞的主要原因為水的問題、坡面岩性與植生的問題及坡度與坡高的問題。本文針對泥岩坡面所常發生之災害問題,發展出一套新的邊坡坡面保護工法──土胎植生工法,並進行現地實作試驗,現地試驗結果證實在植生立地條件較差之泥岩坡面上可用土胎客土混合化肥植生來改善其植生立地條件,在自然成長未加以維護管理的情況下,土胎植生工法在約半年的時間中坡面植生覆蓋率可達到80%至100%,並在歷次颱風豪大雨的連續考驗下其沖蝕量亦極輕微,已初步證實其保護坡面防止沖蝕的效果。
    此外,台灣南部地區雖然雨量豐沛,卻因季節雨量分佈不均,豐枯懸殊,極需開發水庫以供應日後龐大之用水需求。本文於現地利用試驗池進行反覆浸水及退水試驗,對於水庫淹沒區內之泥岩邊坡保護工法及水工結構物保護工法的成效進行評估。試驗結果顯示排石工法在泥岩浸水邊坡於豪大雨後之洩降水位過程中呈現滑落不穩定狀態。而水泥漿柱工法及胎籠工法之坡面在歷經數次豪大雨亦均能維持穩定之狀態。而水庫結構物與泥岩接觸面之坡面保護工法成效,由試驗結果顯示緩漸變段坡面所產生裂縫之數量、長度及寬度均較急漸變段坡面少很多;而急漸變段坡面在後續循環週期中,皆會發現新的裂縫及舊的裂縫有延伸及加寬之現象,而且舊裂縫周圍亦陸續產生新的裂縫;顯示緩漸變段坡面之保護效果較好。

    The geological deposits are consisted mainly of Neogene debris sedimentary rock in the foothills of Southwestern Taiwan. The rock types of the formation mainly consist of sandstone, alternating sandstone-shale formation, mudstone and conglomerate in small amount with late diagenetic time. However, Sandstones are loosely cemented, mudstone can easily be softened and slaked when it gets wet, and alternating sandstone-shale formation is geologically unstable. Failures of weak rock slopes adjacent to roadsides in southwestern Taiwan most often occurred during or immediately after heavy rainfall. Field survey of weak rock slopes along the south section of the National Highway No.3 conducted in this study showed that the highest failure rate occurred in the slopes that were protected by the vegetation method. The field survey also found that the mudstone slopes present the highest failure rate among all rock types. Factors affecting slope failure include inadequate drainage of storm water runoff, disparate rock types and vegetation on slope surfaces, slope angles and heights. To address the disastrous problems on mudstone slopes, we have developed a new slope protection method—Soil-Tire-Vegetation Method—and carried out field tests on the mudstone area. The field test results show that vegetation of soil-tires mixed with fertilized foreign soils can be employed to improve the site condition of mudstone slopes which have poor site condition for vegetation. Without maintenance and management of natural growth, the Soil-Tire-Vegetation Method can achieve the vegetation cover rate of 80 to 100 percent on mudstone slopes within half a year approximately. The erosion is also extremely slight even when these slopes suffer from continuous attacks by typhoons and heavy rainfall at several times. From the field test results, it preliminarily proves that Soil-Tire-Vegetation Method is a suitable method to protect slopes against erosion.
    The rainfall in southern part of Taiwan, though heavy in general, is characterized by uneven distribution in different seasons and sharp contrast in quantity between wet and dry seasons. As a result, it is imperative to build reservoirs in this region to meet the enormous demand for water in the future. In this paper, immersion tests and recession tests are carried out repeatedly on the site by using experimental ponds to evaluate the effectiveness of the mudstone slope protection method and hydraulic structure protection method in flooded region. The test results indicate that the immersed mudstone slopes, when handled with the Rubble-Mound Method, present a sliding and unstable state in the process of declining water level following heavy rains, while the slopes treated with the Cement-Column Method and Cement-Tire Method can maintain a stable condition even when they are attacked by several heavy rains. For these methods’ effect in protecting the slopes on which the reservoir structures and mudstone interface, the test results indicate that the cracks occurring on the slopes in gradual transition sections are less than those on the slopes in sharp transition sections in terms of quantity, length and width; that new cracks will occur on the slopes in sharp transition sections and old cracks will be extended and widened in the subsequent rotation cycles, and that new cracks will continue to occur around old ones, showing that these methods are more effective in protecting the slopes in the gradual transition sections.

    摘要-----------------------------------------------------Ⅰ 致謝-----------------------------------------------------Ⅳ 目錄-----------------------------------------------------Ⅴ 表目錄---------------------------------------------------Ⅸ 圖目錄-------------------------------------------------ⅩⅠ 符號說明-----------------------------------------------ⅩⅣ 第一章 緒論----------------------------------------------1 1.1 研究動機與目的----------------------------------------1 1.2 研究方法與流程----------------------------------------3 1.3 論文內容----------------------------------------------4 第二章 文獻回顧------------------------------------------6 2.1 西南部麓山帶軟岩區------------------------------------6 2.2 西南部泥岩的分佈與地質特性----------------------------8 2.3 泥岩的物理化學特性------------------------------------8 2.4 泥岩的崩解與回脹特性---------------------------------11 2.5 泥岩邊坡發育模式-------------------------------------13 2.6 泥岩邊坡沖蝕特性-------------------------------------13 2.7 泥岩邊坡植生問題-------------------------------------15 2.8 泥岩邊坡護坡工法-------------------------------------19 2.9 土壤沖蝕量-------------------------------------------21 2.10 廢輪胎之應用----------------------------------------23 第三章 國道邊坡坡面保護之探討---------------------------24 3.1 現地調查---------------------------------------------24 3.1.1 邊坡坡面保護工法-----------------------------------24 3.1.2 邊坡坡面破壞型態及數量-----------------------------27 3.1.3 邊坡坡面保護工法與破壞型態及數量-------------------31 3.1.4 邊坡坡面岩石類型與破壞型態及數量-------------------32 3.2 現存問題之探討---------------------------------------34 3.3 泥岩坡面護坡新工法-----------------------------------38 3.3.1 新工法之設計原則-----------------------------------40 3.3.2 土胎植生工法---------------------------------------41 3.3.3 金屬框架植生護坡工法-------------------------------43 3.4 土胎植生工法之設計與分析-----------------------------45 3.5 土胎植生工法之施作-----------------------------------48 第四章 土胎植生工法成效之評估---------------------------54 4.1 土胎植生工法現地試驗---------------------------------54 4.1.1 試驗區邊坡概況-------------------------------------54 4.1.2 試驗邊坡之配置及處理-------------------------------57 4.1.3 試驗邊坡之成效評估---------------------------------59 4.2 結果與討論-------------------------------------------59 4.2.1 坡面植生生長情況-----------------------------------59 4.2.2 坡面沖蝕量及變動情形-------------------------------65 4.2.3 現地坡面沖蝕量與USLE土壤流失量之比較---------------75 4.2.4 穩定性分析-----------------------------------------78 4.2.5 經濟性分析-----------------------------------------82 第五章 浸水邊坡坡面保護之探討---------------------------84 5.1 地理環境與地質概況-----------------------------------84 5.2 現地泥岩之物理性質-----------------------------------85 5.3 泥岩之崩解耐久性試驗---------------------------------88 5.4 泥岩之回脹試驗---------------------------------------89 5.5 地工織物防沖蝕室內試驗-------------------------------95 5.6 泥岩浸水邊坡防沖蝕及坍滑機制------------------------103 5.7 現地試驗池之配置------------------------------------103 5.8 泥岩浸水邊坡之保護工法------------------------------107 5.8.1 地工織物之保護------------------------------------107 5.8.2 排石工法------------------------------------------108 5.8.3 水泥漿柱工法--------------------------------------109 5.8.4 胎籠工法------------------------------------------110 5.9 水庫結構物與泥岩接觸面之保護工法--------------------111 5.9.1 漸變角度掛網噴漿+固定角度掛網噴漿+排石工法--------111 5.9.2 固定角度掛網噴漿工法------------------------------113 5.10 現地抽蓄水及自動化觀測系統之安裝-------------------113 第六章 浸水邊坡坡面保護工法成效之評估------------------118 6.1 保護工法之成效評估----------------------------------118 6.2 泥岩浸水邊坡保護工法照相比對及現場檢視--------------119 6.2.1 地工織物+排石工法---------------------------------120 6.2.2 地工織物+水泥漿柱工法-----------------------------121 6.2.3 地工織物+胎籠工法---------------------------------122 6.2.4 裸坡坡面------------------------------------------122 6.2.5 照片比對及現場檢視之成效評估----------------------123 6.3 泥岩浸水邊坡保護工法觀測點測量----------------------125 6.3.1 地工織物+排石工法---------------------------------125 6.3.2 地工織物+水泥漿柱工法-----------------------------128 6.3.3 地工織物+胎籠工法---------------------------------131 6.3.4 保護坡面變動量之成效評估--------------------------134 6.4 水庫結構物與泥岩接觸面保護工法照片比對及現場檢視----135 6.4.1 緩漸變段坡面 (長坡面)-----------------------------135 6.4.2 急漸變段坡面 (短坡面)-----------------------------139 6.4.3 照片比對及現場檢視之成效評估----------------------142 6.5 水庫結構物與泥岩接觸面保護工法觀測點測量------------142 6.5.1 緩漸變段坡面 (長坡面)-----------------------------143 6.5.2 急漸變段坡面 (短坡面)-----------------------------147 6.5.3 觀測點測量之成效評估------------------------------151 第七章 結論與建議--------------------------------------153 7.1 結論------------------------------------------------153 7.2 建議------------------------------------------------155 參考文獻------------------------------------------------156 附錄----------------------------------------------------162 自述----------------------------------------------------166

    中央地質調查所,「台灣地質圖1:500,000」,2000。
    中國石油股份有限公司,台灣油礦探勘總處,「台南十萬分之一地質圖」,1989。
    中華顧問工程司,「第二高速公路後續計畫基隆汐止段、台南路段及高雄屏東段邊坡穩定檢討報告」,1999。
    王如意,「水文學」,中國土木水利工程學會,第3-188頁,1992。
    台灣省水利局規劃總隊 「崇德水庫工程可行性規劃及相關水源開發規劃-崇德水庫基本資料調查84年度規劃報告」,1996。
    台灣省農林廳山地農牧局,「台灣省西南部泥岩地區保育利用調查報告」,68-B21-N-626-A8,1979。
    行政院農業委員會水土保持局、中華水土保持學會,「水土保持手冊」,2006。
    行政院農業委員會水土保持局第四工程所,「台灣西南部地區泥岩植生工法資料庫建置成果報告」,2005。
    行政院農業委員會水土保持局第四工程所,「泥岩邊坡植生工法效益評估成果報告」,2004。
    李德河、蔡錦松、翁俊德,「泥岩吸水破壞過程及其穩定方法之研究」,國科會防災科技研究報告73-15號,1984。
    李德河、田永銘,「泥岩的基本特性」,地工技術,第19期,第26 – 34頁,1987。
    李德河、許琦、周墩堅,「泥岩剪力強度特性研究」,國科會防災科技研究報告77-70號,1989。
    李德河,「泥岩地區公路邊坡保護措施調查研究」,國科會防災研究報告86-72號,1992。
    李德河、紀雲曜、田坤國,「泥岩基本特性及泥岩邊坡之保護措施」,地工技術,第48期,第35 - 47頁,1994。
    李德河、田坤國、紀雲曜、林宏明,「崇德水庫工程可行性評估-水庫淹沒區泥岩邊坡在反覆浸水狀態下坡面崩解現象之防治研究」,台灣省水利局研究專題報告,1996。
    李德河、林宏明、楊沂恩,「泥岩邊坡之穩定處理」,地工技術,第94期,第41 - 52頁,1999。
    林宏明,「軟岩在不同環境及應力條件下之力學行為」,博士論文,國立成功大學土木系,台南,2000。
    林信輝,「泥岩集水區治理策略之探討」,泥岩地區整治與植生綠化研討會論文集,第1 - 10頁,1999。
    林俊全,「泥岩邊坡發育模式之研究」,台灣大學地理學系地理學報,第18期,第45 - 58頁,1995。
    林昭遠,「集水區泥岩裸露邊坡植生復育之研究」,水土保持學報,第29卷,第2期,第169 - 181頁,1997。
    林晉祥,「壓實泥岩之強度特性」,碩士論文,國立成功大學土木系,台南,1975。
    林讚生,「台灣高雄周橋子滾水坪泥火山噴發の化學成分」,台灣地學記事,第5卷,第6-7號,第51 - 55頁,1934。
    邱創益,「泥岩植生復育法」,泥岩地區整治與植生綠化研討會論文集,第64 - 70頁,1999。
    姜萬勤、張新華、舒仲英,「水土保持學」,新文京開發出版有限公司,第101頁,2003。
    耿文溥,「台南以東丘陵區之地質」,經濟部中央地質調查所彙刊,第一號,第1 - 31頁,1981。
    國道新建工程局,「泥岩挖方邊坡保護工程研究第一期」,1992。
    逢甲大學地理資訊系統研究中心,「泥岩裸露地監測調查及資料庫建置」,台灣省政府農林廳水土保持局,第54頁,1997。
    許琦、林宗曾、張祖恩、鄭志鴻,「泥岩吸水回脹行為及機制」,第八屆大地工程學術研討會論文集,第1125 - 1135頁,1999。
    郭張權、林信輝,「泥岩挖方坡面植生工法之土壤保育功效探討」,水土保持學報,第30卷,第3期,第187 - 205頁,1998。
    郭俊良、湯輝雄,「廢棄輪胎在公路維護上的應用」,台灣公路工程,第20卷,第3期,1993。
    莊長賢,「泥岩地區邊坡破壞原因之研究」,碩士論文,國立成功大學土木系,台南,1976。
    陳振盛,「泥岩邊坡植生處理之探討」,泥岩地區整治與植生綠化研討會論文集,第78 - 89頁,1999。
    陳時祖、李元富、楊嘉國,「台灣西南部地區泥岩坡地沖蝕特性之研究(1)」,國科會防災研究報告73-075,1984。
    陳曉明,「台灣南部風化沉積岩邊坡破壞機制與防治工法探討」,碩士論文,台灣科技大學營建工程系,台北,2002。
    陳樹群,「本土化土壤沖蝕指標模式建立」,中華水土保持學報,第29卷,第3期,第233 - 247頁,1998。
    黃俊德,「台灣降雨沖蝕指數研究」,中華水土保持學報,第10卷,第1期,第127 - 143頁,1979。
    楊沂恩、李德河、陳盟文、林宏明,「台灣西南部泥岩邊坡沖蝕防護之觀測試驗」,中華水土保持學報,第37卷,第4期,第399 - 414頁,2006。
    萬鑫森、黃俊義,「台灣坡地土壤沖蝕」,中華水土保持學報,第20卷,第2期,第17 - 45頁,1989。
    廖長志,「原型廢輪胎在大地工程上之研究」,碩士論文,國立台北科技大學土木與防災研究所,台北,2001。
    蔡金郎,「台灣西南部泥岩層礦物等之研究」,國科會計畫報告,NSC-73–0414 -P006-011,1984。
    盧光輝,「降雨沖蝕指數之修訂」,中華水土保持學報,第30卷,第2期,第87 - 94頁,1999。
    謝元裕,「初等鋼結構」,文笙書局,第32 - 48頁,1992。
    顏富士、吳秋相,「台灣西南部泥岩區穩定泥岩斜坡之特徵研究」,礦冶,第40卷,第3期,第95 - 107頁,1996。
    顏富士、蔡鎰輝,「台灣西南部主要泥岩坡地所含泥岩之物化性質」,行政院國家科學委員會防災科技研究報告74~09號,1985。
    Bieniawski, Z.T., Rock Mechanics Design in Mining and Tunneling, Balkema, Boston, pp.37 - 49, 1984.
    Bjerrum, L., “Progressive failure in slopes of overconsolidation plastic clay shales,” Journal of Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol.93, pp.1- 49, 1967.
    Browing, G.M., Parish, C.L. and Glass, J.A., “A method for determining the use and limitation of rotation and conservation practices in control of soil erosion in Iowa,” Journal of the American Society of Agronomy, Vol.39, pp.65-73, 1947.
    Chang, H.W., Tien, Y.M. and Juang, C.H., “Formation of south-facing bald mudstone slopes in southwestern Taiwan,” Engineering Geology, Vol.42, No.1, pp.37- 49, 1996.
    Cripps, J.C. and Taylor, R.K., “The engineering properties of mudrocks,” Quarter Journal of Engineering Geology, Vol.14, pp.325-346, 1981.
    Dick, J.C. and Shakoor, A., “Lithological controls of mudrock durability,” Quarter Journal of Engineering Geology, Vol.25, pp.31- 46, 1992.
    Franklin, J.A., Vogler, U.W., Szlavin, J., Edmond, J.M., and Bieniawski, Z.T., “Suggest methods for determining swelling and slake-durability index properties,” International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, Vol.16, No.2, pp.141-156, 1979.
    Goodman, R.E., Introduction to Rock Mechanics, John Wiley and Sons, New York, pp. 37, 1980.
    Goodman, R.E., Engineering Geology - Rock in Engineering Construction, Wiley, New York, New York, 1993.
    Holme, A., Principles of Physical Geology, 2nd ed., Thomas Nelson & Sons Ltd., 1965.
    ISRM, “Basic geotechnical description of rock masses. ISRM commission on Classification of Rocks and Rock Masses,” International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, Vol.18, pp.85-110, 1981.
    Kasanin-Grubin, M. and Bryan, R., “Lithological properties and weathering response on badland hillslopes,” Catena, Vol.70, pp.68-78, 2007.
    Lee, D.H., Tien, K.G. and Juang, C.H., “Full-scale field experimentation of a new technique for protecting mudstone slope, Taiwan,” Engineering Geology, Vol.42, No.1, pp.51 - 63, 1996.
    Lee, D.H., Yang, Y.E., and Lin, H.M., “Assessing slope protection methods for weak rock slopes in southwestern Taiwan,” Engineering Geology, Vol.91, No.2- 4, pp.100 - 116, 2007.
    Mohamed, A.EL-S. and Ossama, M.M., “On measuring Conf. Africa, ” Soil Mechanics & Foundation Engineering, pp.775 - 783, 1980.
    Musgrave, G.W., “The quantitative evaluation of factors in water erosion-a first approximation,” Journal of Soil and Water Conservation., Vol.2, pp.133-138, 1974.
    Oliveira, R., “Weak rock materials,” Proceeding of the 26th annual conference of engineering group of the geological society, Rotterdam, A. A. Balkma, pp.5-15, 1993.
    Poh , P. S. H., Broms, B. B., “Slope stabilization using old rubber tires and geotextiles,” Journal of Performance Constructed Facilities,Vol.9,No.1, pp.425- 436, 1995.
    Pettijohn, F.J., Sedimentary Rock, Harper and Bros. New York, pp.618, 1975.
    Proter, A.A. and Nelson, J.D., “Strain controlled testing of expansive soils,” Proceedings 4th International Conference on Expansive Soils, Denver, ASCE, New York, pp. 34-44, 1980.
    Smith, D.D., “Interpretation of soil conservation data for field use,” Agricultural Engineering, Vol.22, pp.173-175, 1941.
    Wang, T.T. and Huang, T.H., “An experience of tunneling in the mudstone area in southwestern Taiwan,” Tunnelling and Underground Space Technology, Vol.17, pp.425- 436, 2002.
    Wischmeier, W.H., Smith, D.D. and Uhland, R.E., “Evaluation of factors in the soil loss equation,” Agricultural Engineering, Vol.39, pp.458- 462, 1958.
    Zingg, A.W., “Degree and length of land slope as it affects soil loss in runoff,” Agricultural Engineering, Vol.22, pp.59- 64, 1940.

    下載圖示 校內:2009-08-06公開
    校外:2009-08-06公開
    QR CODE