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  報告人:潘安士 學號指導教授:張光宗 老師 99年11月22日 (地調所,2010) 前言 台灣地區有廣大面積是由板岩所覆蓋,主要分布於中央山脈及雪山山脈地區,大多數高達三千公尺以上的山嶺均由板岩層所造成,其中又以廬山層為主要的板岩地層。在廬山層分佈的區域範圍中,葡京集团app下载板岩劈理往往是主導岩體性質的重要地質因子,很多的案例關於邊坡崩壞,都與劈理面的性質與位態有關。廬山溫泉北坡岩體經水保局、地調所調查後,發現岩體滑動已歷經相當長的時間,歷年累積的位移量亦達數公尺,因此推斷為大規模岩體滑動所造成之地質災害。研究地區岩石劈理位態的變化,並非構造上的褶皺作用,應為高山地區大規模的邊坡潛移作用所造成。由調查報告書中發現研究地區劈理位態偏離的地區確有邊坡潛移現象。 前言 研究目的 高山地區岩石邊坡會有潛移行為發生,是由於岩石邊坡長期受重力與風化作用影響,而材料慢慢弱化,最後才有潛移行為產生,因為普通岩石邊坡強度都很大,因此必須經歷幾百年至幾千年才有可能逐漸弱化而造成潛移行為,所以本研究是運用力學觀念去解釋野外所觀察到的地質構造現象。 Goodman,R.E.(1989)指出潛移為材料處在一定的外在環境下,受一固定應力作用時的依時變形行為,而材料的潛應變在應力解除之後多半不會完全恢復,因此潛移可視為一種塑性變形。典型的岩石潛移曲線,依潛移速率不同可分為三個階段:一開始潛移速率隨時間遞減,稱為一次潛移;之後潛移速率維持定值,是為二次潛移;最後潛變速率急遽增加直至試體破壞,稱為三次潛移。 前人研究 日本學者Chigira(1992, 1994)討論了長時期受重力影響的岩體潛移之變形,並依據葉理位態的特性,提出岩體受重力變形的潛移作用之四大類型分類: 前人研究 1.順向坡之拱彎褶皺型:葉理位態較緩,且葉理位態與坡向為順向時,葉理會在層間產生拱彎型的潛移作用,並在邊坡外側造成凸起變形。 2.逆向坡之拖曳褶皺型:葉理位態呈現高角度或與坡向呈逆向時,其在邊坡外側葉理產生類似拖曳褶皺狀的潛移現象。 3.葉理高傾角之折彎褶皺型:其葉理位態常為高角度,邊坡外側之葉理向下或向外產生折彎的潛移現象,由剖面來看其葉理型態呈現「ㄑ」字形。 4.順向坡之斷層型:葉理位態較為平緩且與坡向平行,在邊坡外側產生類似斷層面的潛移面。 (chigira,1992) 邱坤豪(2000)歸納出台灣地區的潛移作用主要有兩種類型: 折彎褶皺型是台灣地區最常見的潛移形式,葡京集团app下载它的特徵為岩層或葉理的傾角通常很陡,在斜坡上受到重力的影響,而產生葉理末端被折彎的現象,所以在靠近地表的葉理傾角方向會與原來岩層葉理的傾角方向相反(Chigira, 1992)。由縱剖面觀察,邊坡的葉理呈現一種類似「ㄑ」字形的型態。 拱彎褶皺型的潛移現象在台灣則較少被發現,其常發生在順向坡,斜坡的傾角比葉理的傾角還要緩,因此邊坡上端的岩層葉理受到重力影響,而隨著坡向產生往下滑動的潛移現象。坡趾處受到較固定的岩石牽制,所以容易在坡趾處產生類似拱彎狀的凸起(Chigira,1992)。 前人研究 Ter-Stepanian(1966)認為不同的地質構造環境及岩體特性會產生不同的深部潛移作用,依據岩體及邊坡型態可區分為三種類型,分別為: 1.常發生在順向坡的平面型深部潛移。 2.常發生在短斜坡處的旋轉型深部潛移。 3.最常見於逆向坡的一般型深部潛移。 前人研究 研究區域概述 研究區域位在台灣中部南投縣仁愛鄉廬山溫泉、塔羅灣溪北側邊坡。滑動體長約820公尺、寬約480公尺,地滑區頭部靠近邊坡上方的母安山三角點海拔1499公尺,地滑區趾部則位於河谷附近,上下高程差約400公尺,滑動面積約30公頃。 本地區屬於脊樑山脈帶的變質岩區,岩體因變質作用之影響,劈理面相當發達,出露在研究區域附近的廬山層,岩性則主要為暗灰色板岩,偶夾薄層之細粒變質砂岩或粉砂岩。 (水土保持局,2006) (地調所,2010) 研究區域概述 邊坡潛移路面變形破壞 (水土保持局,2006) 劈理 劈理 研究區域概述 * 地表潛移及傾翻 構造擾動 板岩褶曲變形 板 岩 板岩偶夾 變質砂岩 劈理 (地調所,2010) * 原河道 新河道 (2)岩體中劈理急彎折曲 (4)現況為滑動體中偶有傾倒翻轉平緩頭部、陡主崩崖趾部劈理反向 新河道 原河道 (1)趾部劈理傾倒翻轉 (3)邊坡產生多組滑動面,底部形成拱彎褶皺。 新河道 滑動機制探討 (地調所,2010) 廬山岩體滑動區的地質演化模式,整個邊坡可能原本為具有一致性劈理位態的板岩邊坡,隨著塔羅灣溪河道下切,岩體受重力(可能包括地震力)影響產生下坡運動,在滑動體底部岩體產生劈理急折現象並導致連續的岩體變形。 剪裂帶 劈理褶皺軸 剪裂帶 劈理反轉 顯示劈理擾動包含「傾 翻」及「多重滑動」現象 剪裂帶 近地表潛移及傾翻 崩積層 滑動機制探討 (地調所,2010) 研究方法 Plaxis是荷蘭PLAXIS BV公司發展的有限元素軟體。有許多土壤應力應變行為的組成模式,應用於Plaxis有限元素軟體中。它很適用於有關於變形和穩定性問題的分析。例如可分析路堤、土壩穩定、邊坡穩定、隧道、基礎、地錨、土釘、加勁擋土結構、槽溝、及深開挖等之應力與變形問題。此外亦適合分析滲流、壓密沈陷、潛移、及孔隙水壓等類型之問題。 有限元素法分析邊坡穩定 強度參數: c : 凝聚力 [kN/m2] ? : 摩擦角 [°] ψ : 膨脹角 [°] 基本勁度參數: κ* : 修正膨脹指數 [-] λ* : 修正壓縮指數 [-] μ* : 修正潛移指數 [-] 可替換之勁度參數: Cc : 壓縮指數 [-] Cs : 膨脹指數 [-] Cα : 次壓密指數 [-] einit : 初始孔隙率 [-] 研究方法 Cc (Compression index ):壓縮指數,用來分析一定荷重下的沈陷量。 (計算各階段的孔隙率,對載重取對數座標繪圖,壓縮段的斜率即為壓縮指數Cc) Cs (Swelling index ):回彈或回脹指數,用來分 析解壓至特定荷重下的回脹量。 (計算各階段的孔隙率,對載重取對數座標繪 圖,回彈段的斜率即為回彈指數 Cs ) Cα (Creep index for secondary compression ):次壓密指數,在一定荷重下,土壤有類似潛變的行為,會隨時間還有持續的壓縮。此參數即用來計算特定時間後土壤的沈陷。 or Cc=0.54(e0-0.35) or Cc=0.0054(2.6w-35) 孔隙比與有效應力的對數值 Cα /Cc=0.03~0.06 研究方法 研究方法 不同方向的楊氏模數E1、E2 不同方向的柏松比ν1、ν2 剪力模數G2=?E1/(1+ ν1) 劈理面上的弱面強度: 凝聚力C、摩擦角?、膨脹角ψ E1 E2 研究方法 (水土保持局,2006) Time[day] 0 4 8 12 16 eps-YY 4e-4 8e-4 1.2e-3 1.6e-3 試體徑高=61mm*116.08mm 正向應力=7MPa 目前研究成果 目前研究成果 (水土保持局,2008) 目前研究成果 (水土保持局,2008) 目前研究成果 (水土保持局,2008) (1)以上為目前對於模擬廬山在不同材料組成模式中的潛移行為,由於是模擬邊坡在幾百年至幾千年期間的長期潛移狀況,因此最後以其他文獻所觀察的地質構造現象做比對而驗證,其後續可針對在某一事件當中發生降雨後對於廬山邊坡做短期潛移行為模擬,再與報告書觀測數據做驗證比對。 (2)Plaxis的軟性土潛移組成模式其中的參數κ?、λ?、μ?可以由土壤的力學試驗得到或參考文獻,但應用於岩體時,這些參數可能不易決定,應需要公式間接推算或反算得到。 (3)對盧山邊坡的災害分析,若受地質構造或地形影響,其破壞與運動堆積有三維的效應,應做三維分析。 結論及後續研究 水土保持局第三工程所(2006),「台14線88K至91K地滑地治理調查規劃工程」成果報告書。 水土保持局第三工程所(2008),「廬山地滑監測及後續治理規劃」成果報告書。 邱坤豪(2000),「台灣中部德基至梨山地區岩石劈理位態分布特性之研究」,葡京集团app下载碩士論文,國立中央大學應用地質研究所。 經濟部中央地質調查所(2010),廬山溫泉北坡調查與監測,2010年國際坡地災害技術交流研討會。 Chigira, M. (1992), “Long-term Gravitational deformation of rocks by mass rock creep” , Engineering Geology, 32, 157-184. Goodman. R.E. (1989), “Introduction to Rock Mechanics”,2nd ed.,John Wiley&Sons. Nemcok, A., Pasek, J., and Rybar, J.(1972), “Classification of landslide and other mass movements” , Rock Mechanics 4, 71–78. S. El Bedoui, Y. Guglielmi, T. Lebourg, J.L. Pérez (2009), “Deep-seated failure propagation in a fractured rock slope over 10,000 years: The La Clapière slope, the south-eastern French Alps” , Geomorphology, Volume 105, Issues 3-4, 15 April 2009, Pages 232-238. Ter-Stepanian, G. I. (1966) Types of depth creep of slopes in rock masses:Proc. 1st Congr. Int. Soc. Rock Mechanics. Lisbon., 2, 157-160.