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研究生： 李御豪
Li, Yu-Hao
論文名稱： 市道172號42K+300處關子嶺試驗邊坡穩定性分析及其邊坡崩壞警戒系統之研究
Stability Analysis of the Experimental Slope at 42K+300 on Municipal Road No. 172 in Guanziling and the Development of a Slope Failure Early Warning System
指導教授： 吳建宏
Wu, Jian-Hong
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： 2025
畢業學年度： 113
語文別： 中文
論文頁數： 173
中文關鍵詞： 邊坡破壞 、地下水位 、降雨 、雷達回波 、預警系統
外文關鍵詞： Slope failure, Rainfall, Radar reflectivity, Early warning system
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    • 台灣位於環太平洋地震帶，受強烈的板塊運動擠壓形成高山林立地勢險峻，同時地震頻繁造成地質複雜地盤破碎；此外台灣地處亞熱帶季風氣候區，多颱風豪雨，平均年雨量約2494毫米。降雨為邊坡破壞的主因之一，將引致邊坡地下水位抬升超過維持邊坡穩定的臨界地下水位時就容易產生崩壞。此外降雨量與降雨期間上空雲層含水量有密切關聯，使用雷達回波可以顯示雲層中的含水量，因此連結降雨量及雲層的雷達回波數據，探討兩者關聯性，可以間接知道降雨量的多寡，進而可以推測邊坡是否會發生破壞。
    本研究以台南市道172號42K+300處邊坡(簡稱關子嶺試驗邊坡)為對象，調查研究其穩定性及建立邊坡崩壞警戒系統。由2023年起經一年的監測成果，原先認為該邊坡之滑動深度約在地表下10公尺左右。經凱米颱風侵襲後，根據傾斜觀測管數據顯示，邊坡滑動面可能位於更深層。本研究因此將研究重點著重在更深層的滑動，並採用 Geostudio 軟體進行二維邊坡穩定性數值模擬。
    根據關子嶺試驗邊坡的研究成果，該地降雨強度I與雷達回波強度dBZ經迴歸分析獲得迴歸判定係數為0.713，而累積降雨量R與累積雷達回波強度ΣdBZ獲得之迴歸判定係數可高達0.9，故本研究以累積雷達回波強度結合累積降雨量，作為邊坡崩塌預警系統之判定標準之一。
    為增加預警時間以便當地居民或遊客有更充裕的時間在災害發生前採取應對措施，本研究將降雨發生試驗區當下之累積雷達回波強度及一小時前40公里外預測點之累積雷達回波強度進行迴歸分析，取得一關係式，可由預測點位現在之累積雷達回波強度獲取試驗區域未來一小時的累積降雨量，進而可推測一小時後試驗邊坡的穩定情況。
    本研究將以累積降雨量及累積雷達回波強度為基準建立關子嶺試驗邊坡之邊坡崩壞預警系統，安全指標分為三個等級，分別為注意值、警戒值及行動值。並根據研究成果，試驗區域之累積降雨量安全指標分別為1290、1490、1550(mm)；累積雷達回波強度安全指標分別為12400、13100、13300(dBZ)；一小時前40公里外之預測點位累積雷達回波強度安全指標分別為13500、14200、14400(dBZ)。
    透過本研究獲得之邊坡崩壞預警系統，可提供邊坡管理當局及當地的居民、遊客在颱風或暴雨時由預測點判定一小時後試驗邊坡的安全性，可以盡早在災害發生前進行適當的處置，減少人員的傷亡。

    Taiwan’s steep terrain, fractured geology, and frequent heavy rainfall make slopes highly prone to failure. This study focuses on the 42K+300 slope along Provincial Highway 172 (Guanziling) to evaluate stability and develop a rainfall-induced slope failure early warning system. Monitoring and GeoStudio simulations indicate that the slip surface lies at a deeper layer, particularly after Typhoon Koinu.
    Cumulative rainfall and radar reflectivity showed strong correlation (R² = 0.9), supporting a three-level early warning system: “Alert,” “Warning,” and “Action.” Thresholds were set for cumulative rainfall (1290, 1490, 1550 mm) and radar reflectivity at the slope and a predictive point 40 km away. Using upstream radar reflectivity allows one-hour lead time for slope stability assessment, providing timely warnings for residents and tourists during typhoon or heavy rainfall events.

    摘要 I 誌謝 VII 表目錄 XIII 圖目錄 XV 照片目錄 XIX 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 4 1-4 研究大綱 6 第二章 文獻回顧 7 2-1 邊坡破壞 7 2-1-1 邊坡破壞定義 7 2-1-2 邊坡破壞種類 8 2-1-3 邊坡破壞因素 14 2-2 邊坡穩定性與降雨影響 18 2-2-1 雨場定義 18 2-2-2 降雨對邊坡穩定性之影響 20 2-3 邊坡穩定分析方法 21 2-3-1 極限平衡法 22 2-3-2 有限元素法 24 2-4 雷達回波估計降水 25 2-5 邊坡致災管理 27 2-5-1 邊坡破壞之臨界降雨指標 27 2-5-2 邊坡穩定性研判之標準 30 2-5-3 邊坡災害警戒系統 32 2-5-4 雷達回波應用於防災警戒 34 2-6 現地研究進度 35 第三章 研究區域基本概況 37 3-1 地理位置及交通 38 3-2 地形與地質條件 39 3-3 現地鑽探結果 41 3-4 現地地電阻探測結果 44 3-5 降雨與水文 45 3-6 崩積層土壤實驗成果 47 3-6-1 基本物性試驗 47 3-6-2 土壤直接剪力試驗 48 3-6-3 岩石弱面直接剪力試驗 50 第四章 試驗邊坡基本特性調查 51 4-1 傾斜觀測管 51 4-1-1 儀器介紹與原理 51 4-1-2 儀器設置概況 53 4-1-3 監測成果 54 4-1-4 各試驗邊坡可能滑動面整理 63 4-2 地下水位變動 64 4-2-1 儀器介紹與原理 64 4-2-2 儀器設置概況 66 4-2-3 監測成果 67 4-3 地表傾度儀 68 4-3-1 儀器介紹與原理 69 4-3-2 儀器設置概況 70 4-3-3 監測成果 71 4-4 室內試驗-直接剪力試驗 72 4-5 邊坡數值模擬分析 74 4-5-1 數值模擬程式簡介 75 4-5-2 剖面繪製與材料參數設定 76 4-5-3 邊坡穩定性分析 79 第五章 雷達回波與降雨之關聯性 85 5-1 雷達回波原理及資料處理 85 5-1-1 雷達回波原理 85 5-1-2 我國氣象雷達現況 86 5-1-3 雷達回波資料處理 87 5-2 降雨型態及雨場選定 91 5-2-1 降雨型態 91 5-2-2 雨場切割 92 5-3 雷達回波強度與降雨量之關係 94 5-3-1 雷達回波強度與降雨強度關係 94 5-3-2 累積雷達回波強度與累積降雨量關係 97 5-4 雷達回波強度預測 99 5-4-1 雲層移動模式 99 5-4-2 降雨事件分類及預測點位置 100 5-4-3 建立預測關係 101 第六章 建立邊坡崩壞預警系統 104 6-1 預警系統參數關係 104 6-1-1 地下水位高程與邊坡穩定性之關係 104 6-1-2 累積降雨量與地下水位抬升之關係 105 6-2 邊坡滑動預警系統安全指標訂定 108 6-2-1 以累積降雨量訂定試驗邊坡的安全指標 108 6-2-2 結合雷達回波強度建立試驗邊坡崩壞預警系統 110 第七章 結論與建議 112 7-1 結論 112 7-2 建議 114 參考文獻 115 附錄1 NCKU-BJ01鑽探報告及岩心照片 121 附錄2 21-1SW~21-8SW岩心照片(青山工程顧問公司，2022) 126 附錄3 21-1SW~21-8SW岩心描述(青山工程顧問公司，2022) 145 附錄4 口委建議 150

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