由顆粒間微觀鍵結破壞探討邊坡張力裂縫發展及塊體運動行為

Study on Tension Cracks Growth and Mass Movement from Observation of Particle Bond Breakage

呂偉哲(Wei-Che Lu)

指導教授 ： 林銘郎

國立臺灣大學/工學院/土木工程學研究所/碩士(2011年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2011.01509

摘要

大規模風化表土層及黏土質崩積層之崩塌，機制多為先產生張力裂縫，當裂縫深度及長度發展至一定時，便發生大規模塊體滑動，故張裂縫的長度及深度可決定崩塌量體的大小，若能掌握張裂縫發展特性及塊體滑動模式，便能針對此類崩塌作有效之崩塌量體預估及整治工程。在此類崩塌地調查中，除了解地質材料及構造為風化岩體、崩積土層或剪裂帶等，也應了解在邊坡坡趾處是否有受侵蝕，造成邊坡不穩定等促崩因子。
本研究主要利用個別元素法之模擬軟體Particle Flow Code(PFC)模擬具凝聚性材料，坡趾受到河流侵蝕，造成邊坡不穩引發滑動之發展過程，並加以探討。前人研究已針對低凝聚性材料作物理模型試驗，分別探討下切及側蝕對邊坡的影響，並於下切及側蝕試驗中，加入侵蝕方向與坡向夾角的變因加以探討，夾角變因含有90度及45度。將物理試驗結果記錄統整比較，包含裂縫長度、裂縫種類及裂縫位置。
數值模擬中，先以理論解為模擬目標，進行微觀現象之觀察及張裂縫形成機制之判釋，初步成果為坡趾滑動面產生後，坡頂再產生張裂縫，最後坡體整塊滑移。再以物理試驗為模擬目標，將裂縫發展等物理量及運動行為大致吻合物理試驗後，探討下切力量大小，下切力量包含侵蝕作用力與搬運作用力，對裂縫發展及塊體分離影響。比較同時有侵蝕作用力及搬運作用力，與只有侵蝕作用力兩者差異，結果顯示前者裂隙連通度、分離塊體大小、崩落量體及崩崖位置皆高於後者。比較分階下切與一次下切兩者差異時，在只有侵蝕作用力且下切深度相同的情況下，前者對坡體之擾動會較小。並探討侵蝕形狀對崩塌範圍影響，侵蝕形狀包含侵蝕岸及堆積岸，整體觀察堆積岸造成之崩塌範圍會大於侵蝕岸。
未來可應用至現地案例，石門水庫砂崙仔崩塌地，重現其初始邊坡失穩至崩塌堆積發展過程，觀察崩塌過程及堆積樣貌，了解崩塌運動機制後，作不同下切深度之模擬，探討下切深度對裂縫發展、崩塌範圍及產狀之影響。

關鍵字

坡趾侵蝕 ； 張力裂縫 ； 個別元素法 ； PFC ； 塊體運動 ； 凝聚性材料

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erosion at slope toe ； tension crack ； DEM ； PFC ； mass movement ； cohesive material

參考文獻

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