Slope Movement of Low- Cohesive Material Induced by Stream Cutting

石門水庫上游流域沿岸之邊坡，坡腳受到河流侵蝕，容易造成邊坡不穩定而引發再次滑動；回顧近年來台灣坡地災害頻傳，其中黏土質崩積層崩塌之災害事件更是其中大宗，其崩塌量體大往往造成大規模慘重災情，如梨山地區崩塌、紅菜坪崩塌、草嶺、九份二山崩塌形成堰塞湖等事件之慘痛先例，顯見臨河岸的大規模粘土質崩積層崩塌滑動所衍生之後續災害與威脅性實更是不容忽視。研究主要係以果凍添加砂進行小型室內物理模型之侵蝕試驗。邊坡組成材料中常見的有砂土質與黏土質。砂土質邊坡顆粒間沒有凝聚力，邊坡堆積通常小於砂土的安息角；黏土質的顆粒粒徑較小，顆粒間存在凝聚力而使得黏土質自立性佳。為了模擬出似黏土質邊坡材料之凝聚力，本研究以模擬加入海菜粉後的邊坡材料—果凍添加砂—受到侵蝕行為之運動過程與破壞形式，並與無凝聚力的乾砂做比較。果凍添加砂邊坡試體發生破壞時可於冠部見到張力裂縫的發展，並依開裂的特徵探討其成因，並利用PIV討論形成張力裂縫後的邊坡分離塊體運動模式。最後透過顆粒力學方法PFC3D軟體進行模擬驗證。由試驗結果歸納出侵蝕力主控與坡面傾度主控之張力裂縫，張力裂縫產生之分離塊體主要往坡面傾度最大的方向運動。Along the upper reaches basin of Shihmen Reservoir, there are cases of clay colluviums are eroded at the bank by rivers. Cases like these lead to slope instability, which often cause further sliding. Recall geological disasters in Taiwan Recently, most of the disasters happen to be clay colluviums slope failures, which will occur serious disaster such as landslide of Lishan region, Hungtsaiping landslide etc. Above cases tell the clay colluviums cut at river banks are too menacing to ignore.his Study discusses physical model test of erosion using low-cohesive material, jelly-mixed sand. Using jelly-mixed sand as slope material provide advantages of easy add cohesion and easy control, and skip complex circumstances such as compaction, pore water pressure, water content, seepage. The qualitative description of erosion processes, tension cracks occur, and mass movements can be characterized through the operation of model test experiments and PIV. Using PFC3D as numerical method to verify the observation in model tests.口試委員審定書 Ⅰ 謝 Ⅱ 要 ⅢBSTRACT IⅤ錄 Ⅴ目錄 VⅢ目錄................................................................................................................ IⅩ 一 章 緒論 1.1 研究背景 1.2 研究動機與目的 1.3 研究方法 2.4 研究內容 3 二 章 文獻回顧 5.1 大漢溪流域環境背景 5.1.1 位置與交通 5.1.2 地形與地質 5.1.3 氣候與水文 6.1.4 艾莉颱風與大漢溪集水區崩塌 7.2 河流侵蝕行為 8.2.1 河水的流動和速度 8.2.2 河流的侵蝕作用 9.3 邊坡穩定 11.3.1 邊坡破壞類型 11.3.2 黏土質崩積層 11.3.3 坡腳開挖與邊坡穩定 12.3.4 STABL應用於砂崙仔之邊坡穩定性分析 13.4 PIV分析於邊坡滑動應用 14.5 應用分離元素法分析大地工程之案例 15 三 章 研究方法 17.1 野外調查與航照判釋 17.1.1 野外調查 17.1.2 航照判釋 17.2 物理模型試驗 18.2.1 現地問題簡化 18.2.2 邊坡材料 19.2.3 侵蝕模擬使用器材 20.2.4 邊坡試體製作 20.2.5 量測與紀錄儀器 21.2.6 質點影像測速儀（PIV） 21.3 數值模擬—分離元素法 22.3.1 分離元素法原理 23.3.2 PFC3D 程式簡介 23 四 章 野外調查與航照判釋 27.1 航照判釋 27.1.1 砂崙仔 27.1.2 下文光 28.2 野外調查 29.2.1 砂崙仔 29.2.2 下文光 30.3 小結 30 五 章 物理模型試驗 32.1 試驗成果 32.1.1 侵蝕力與邊坡傾度方向夾45度，側蝕試驗 32.1.2 侵蝕力與邊坡傾度方向夾45度，下切試驗 33.1.3 侵蝕力與邊坡傾度方向夾90度，側蝕試驗 35.1.4 侵蝕力與邊坡傾度方向夾90度，下切試驗 36.1.5 侵蝕力與邊坡傾度方向夾45度，乾砂下切試驗 36.1.6 侵蝕力與邊坡傾度方向夾45度，乾砂側蝕試驗： 37.1.7 侵蝕力與邊坡傾度方向夾90度，乾砂下切試驗 37.1.8 侵蝕力與邊坡傾度方向夾90度，乾砂側蝕試驗 38.1.9 重複性試驗 38.2 張力裂縫發展與崩塌滑動模式 39.2.1 張力裂縫發展 39.2.2 崩塌滑動模式 39.3 小結 40.3.1 綜和比較 40.3.2 物理模型試驗與現地案例比較 43.3.3 果凍添加砂凝聚力估算 43 六 章 數值分析 45.1 數值模型建立 45.2 材料參數選定 45.3 果凍添加砂試驗 46.3.1 下切深度3.5公分 46.3.2 下切深度5公分 47.3.3 下切深度6公分： 48.4 乾砂試驗 48 七 章 結論與建議 50.1 結論 50.2 建議 52考文獻 137錄A 吸嘴試驗 A-1錄B 外摩擦角試驗 B-1錄C 果凍添加砂直剪試驗 C-1錄D 各配比吸力試驗 D-1錄E 碩士學位考試口試委員提問與回覆對照表 E-