Preliminary Study of Unstable Area for Mountainous Slpoes

邊坡穩定分析主要重心為安全係數計算，當邊坡安全係數小於1.0時顯示邊坡會發生破壞，然而真實之邊坡破壞應會隨時間而趨於穩定，因此本研究嘗試提出二種力學機制模式與一種自然地形機制模式，藉由網格間安全係數平衡模式模擬出真實邊坡破壞後之行為。 研究進行方式採用溪頭地區無限邊坡反算安全係數之結果，以各網格安全係數值利用三種模式進行平衡分析，雖說GIS的技術已經發展的非常成熟，然大部份功能仍以資料的儲存、擷取、和靜態分析為主，其在空間分析的功能上仍有不足，因此嘗試自行以其他程式語言撰寫網格平衡分析程式來解決軟體功能上不足之處，並配合GIS軟體作為展示，再探討空間分析後之結果，盼能以此舉克服山崩潛感分析之瓶頸，並提供日後研究參考。 研究結果顯示網格最小安全係數平衡模式可提升反算分析網格落於真實崩塌網格之比例達2倍，並可藉由網格平衡尋找出已崩塌卻未反算出之網格，反映出真實崩塌地形狀，因此本研究認為網格最小安全係數平衡模式可有效模擬邊坡應力平衡機制，且透過網格最小安全係數平衡模式即可將單一獨立之崩塌地串連起來，使其非但於位置上相符合，於形狀上亦極為相似，亦可有效反映出因豪雨造成之邊坡不穩定區塊平衡行為。此外溪頭地區平均坡度於35度以下之邊坡，其崩塌受累積雨量影響較不顯著，平均坡度於40度以上之邊坡則相當顯著，且於累積雨量超過300mm時發生大量崩塌，因此300mm累積雨量為溪頭地區崩塌門檻，且地下水位 (m值) 上升造成之不穩定區塊範圍，於邊坡坡度大於40度時，其不穩定區塊平衡所需之m值具有臨界點，當超過臨界m值才會發生崩塌。 利用Fortran程式進行網格平衡分析，確實是一可行之方式，除可不受限於GIS軟體之限制，另具有自行調整分析方式與擷取資料之便利性，對於未來進階研究極有參考價值。摘要 I 目錄 II 圖目錄 V 表目錄 X 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 1 1.3 研究內容概述 4 第二章 文獻回顧 6 2.1 山崩之種類 6 2.2 豪雨引致之山崩 7 2.3 無限邊坡穩定分析 9 2.4 不穩定力平衡 15 2.5 不穩定力平衡相關研究 16 第三章 研究方法 19 3.1 地理資訊系統 19 3.1.1 地理資訊系統軟體 19 3.1.2 網格資料庫建立 20 3.2 數值地形模型 22 3.3 Fortran程式 24 第四章 研究區域概述 25 4.1 地理位置 25 4.2 地質概述 27 4.3 桃芝颱風災害概述 29 4.4 反算分析參數 33 第五章 不穩定力平衡模式建立 37 5.1 模式規劃 37 5.1.1 網格最小安全係數平衡 38 5.1.2 網格最大安全係數平衡 42 5.1.3 網格坡向安全係數平衡 46 5.2 模式合理性評估 50 5.2.1 稜線水系評估 52 5.2.2 地形評估 54 5.3 模式比較 56 5.3.1 崩塌平衡正確率與位置評估 57 5.3.2 綜合討論 72 5.4 地下水位參數m探討 74 第六章 案例分析 77 6.1 桃芝崩塌區域平衡結果 78 6.2 豪雨引致之山崩機制探討 91 6.3 傳遞模式之優勢 94 第七章 綜合討論 98 7.1 平衡模式準確性再論 98 7.2 雨量之影響 101 7.2.1 雨量與平衡崩壞率之關係 102 7.2.2 土石流動臨界雨量 103 第八章 結論與建議 105 8.1 結論 105 8.2 建議與未來改善 106 參考文獻 107 附錄A 網格最小安全係數平衡程式原始碼 110 附錄B 網格最大安全係數平衡程式原始碼 122 附錄C 網格坡向安全係數平衡程式原始碼 134 附錄D ArcGIS-Fortran資料轉換程式原始碼 144 附錄E 測試區網格最小安全係數平衡展示 14