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系統識別號 U0002-2408201520132500
中文論文名稱 夾層泥縫對邊坡破壞面發展行為之影響研究
英文論文名稱 The effect of clay seam on the failure surface development of rock slope
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 103
學期 2
出版年 104
研究生中文姓名 楊智凱
研究生英文姓名 Chih-Kai Yang
學號 601380099
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2015-06-22
論文頁數 82頁
口試委員 指導教授-楊長義
委員-趙振宇
委員-李宏輝
中文關鍵字 順向坡  FLAC  破壞面發展  重力增加法 
英文關鍵字 dip slope  FLAC  failure surface development  gravity increase method 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 近年來順向坡滑動常常造成重大災損,且其地質條件多為沿頁岩發展出破壞面。透過邊坡反算可反推出當邊坡產生滑動時,當時滑動面所提供之剪力強度,但反推分析所得之弱面剪力強度,不同於試驗室所得之弱面剪力強度。順向坡的特性是具順層的結構、且因受到層間之錯動(bedding shear)常存在層間摩擦剪動的泥層(clay layer)或稱泥縫(seam)。本研究將對泥縫、破壞面之漸進發展過程,探討邊坡含有夾泥之破壞行為,期望能對低傾角之順向坡滑動破壞,及試驗數據與現地反算不一致之矛盾現象獲得更佳的詮釋,並針對國道三號汐止順向坡滑動破壞之地質災害案例進行滑動破壞影響因素之探討。
本研究使用數值分析方式,探討邊坡含有夾層泥縫之破壞面發展行為,利用數值分析程式FLAC進行分析,探討泥縫幾何特性與剪力強度參數之敏感度,並採用重力增加法觀察破壞面發展行為。
研究結果得到主要結論:(1)以另類地質觀點,探討夾層泥縫對邊坡破壞面發展行為的影響,層間摩擦剪動的泥層與易泡水軟化的頁岩層是影響整體邊坡穩定的控制因素。(2)FLAC程式透過GIM法進行分析,針對材料之重力值進行逐步改變,就能快速的觀察邊坡破壞面發展的行為。(3)邊坡夾泥之幾何特性會影響整體邊坡穩定與破壞面位置的發展,邊坡坡壞面滑出位置隨著泥縫位置而改變,且在夾泥出露端於坡趾時最危險;邊坡有夾泥存在時,對整體邊坡穩定會有急劇的影響,但夾泥厚度對邊坡位置與安全係數沒有太大的影響。;夾泥傾角之改變,僅會影響邊坡滑動面位置的發展,對邊坡穩定影響不大。(4)邊坡夾泥材料之剪力強度參數會影響整體邊坡穩定與破壞面位置的發展,C/R值較高時(夾泥強度較貼近圍岩強度),破壞面會趨於較淺層的圓弧型破壞,當C/R值較低時(夾泥強度較圍岩軟弱),破壞面會趨於較深層的平面型破壞;邊坡對夾泥弱化摩擦角之弱化改變比凝聚力弱化改變敏感。(5)以國三地滑案例進行分析,分析結果與現地災變情形雷同,以FLAC程式GIM法進行分析,透過逐步增加重力g值可觀察到邊坡破壞面的發展與滑動塊體的形成。
英文摘要 In recent years, dip slope often create major damage and failure surface always development along shale. When slope slide, we can estimate landslide's shear strength by back calculation. But back calculation of the shear strength different from lab test of the shear strength. Dip slope have bedding structures, then layers always have clay layer or seam by bedding shear. In this study, we against clay seam and failure surface development, research the effect of clay seam on the failure surface development of rock slope. Hoping to find better interpretation of back calculation of the shear strength different from lab test of the shear strength. And research slope failure factors at 3.1K of the Third Freeway in Taiwan.

In this study, we research the effect of clay seam on the failure surface development of rock slope through numerical analysis. Research the effect of clay seam on the geometric properties and shear strength, then use gravity increase method to observed failure surface development.

The following conclusions are drawn:(1)Pointed out in different geological to investigate the effect of clay seam on the failure surface development of rock slope. Clay seam by bedding shear and shale soften by water is more important on slope stability. (2)Use gravity increase method by FLAC gradually change acceleration of gravity of material, can quick observation the failure surface development of rock slope. (3)Clay seam on the geometric properties can influences slope stability and failure surface development. Failure surface slide position will change by clay seam position. When clay seam on slope toe will be most danger. Slop have clay seam will influence slope stability, but change thickness of clay seam will not influence slope stability. Change dip of clay seam will influence failure surface development, but not influence slope stability. (4)Change shear strength of clay seam will influence slope stability and failure surface development. When C/R ratio is higher, failure surface will be more shallow and circular failure. When C/R ratio is lower, failure surface will be more deep and planar failure. Soften friction angle on clay seam will more sensitive than soften the cohesion on clay seam. (5)Research slope failure factors at 3.1K of the Third Freeway in Taiwan. Analysis results are now similar to actual place. Use gravity increase method by FLAC can observed the failure surface development.
論文目次 章節目錄
章節目錄 I
圖目錄 III
表目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1研究動機與目的 1
1.2研究內容與流程 4
1.3研究方法 5
第二章 文獻回顧 6
2.1 Mohr-Coulomb破壞準則 6
2.2邊坡破壞面模式發展 7
2.3邊坡穩定分析方法 10
2.3.1極限平衡法 10
2.3.2連續體力學分析法 15
2.4 剪切帶的形成與特性 21
第三章 數值分析方法 23
3.1 STABL程式分析 23
3.1.1程式功能與架構 23
3.1.2分析邊坡穩定說明 24
3.2 FLAC程式分析 25
3.2.1 理論架構及基本運算原理 26
3.2.2剪力強度折減法(SSR) 31
3.2.3重力增加法(GIM) 35
3.3重力增加法(GIM)之適用性 36
3.3.1重力增加法(GIM)與剪力強度折減法(SSR)之比較 36
3.3.2重力增加法(GIM)之特性 43
第四章 夾泥材料對邊坡破壞行為之影響 44
4.1夾泥材料幾何特性之影響 44
4.1.1夾泥材料出露端 45
4.1.2夾泥厚度 47
4.1.3夾泥材料角度 49
4.2剪力強度參數分析 50
4.2.1剪力強度參數同時弱化 50
4.2.2剪力強度參數分別單一弱化 52
4.3夾泥內薄層泥縫對破壞面發展之影響 56
第五章 現地案例驗證 59
5.1 國道三號總結報告整理 59
5.2 國道三號案例分析模擬 62
第六章 結論與建議 67
6.1結論 67
6.2建議 68
參考文獻 69
附錄ㄧ 無圍壓縮試驗模擬分析 71
附錄二 SSR法模擬分析 72
附錄三 應力轉換 81



圖目錄
圖1.1 岩層間「泥縫」(或稱「層縫」)之出現狀況 2
圖1.2 研究計劃流程圖 4
圖2.1 Mohr-Coulomb 破壞包絡線 6
圖2.2 主要邊坡破壞模式示意圖(Chowdhury,1978) 7
圖2.3 在同FS=1之不同破壞面位置(Nian et al.,2011) 8
圖2.4 固定C= 2kPa下之破壞面位置比較 8
圖2.5 固定 =5度下之破壞面位置比較 9
圖2.6 不同C、 組合( C/tan 相等)對應之臨界破壞面(Jiang&Yamagami,2008) 9
圖2.7 無滲流無限邊坡邊坡穩定分析 11
圖2.8 無限邊坡之穩定分析圖表(Duncan &Buchignai,1975) 11
圖2.9 有限邊坡之側移滑動分析 13
圖2.10 圓弧形破壞 13
圖2.11 穩定因數與坡角之關係 14
圖2.12 >53°邊坡之滑動面(Terzaghi & Pack ,1967) 14
圖2.13 圓心位於邊坡中垂線上之底破壞滑動面位置(Terzaghi & Peck ,1967) 14
圖2.14 有限元素法分析網格示意圖 (Lo & Lee,1973) 18
圖2.15 有限元素法應變軟化模擬 (Lo & Lee,1973) 19
圖2.16 有限元素法邊坡穩定分析 (Lo & Lee,1973) 19
圖2.17 千將坪滑坡地理位置圖(廖秋林等人,2005) 21
圖2.18 千將坪滑坡縱向剖面圖(文寶萍,2008) 21
圖2.19 剪裂帶演化過程(李守定等人,2007) 22
圖3.1 STABL分析邊坡之安全係數與臨界滑動面(陳志昌,2001) 25
圖3.2 FLAC 與STABL 所得破壞面位置圖(陳志昌,2001) 25
圖3.3 FLAC程式計算流程(Itasca Consulting Group,1997) 29
圖3.4 FLAC數值模擬流程圖 30
圖3.5 邊坡之模型尺寸 37
圖3.6 初始六大區塊圖 37
圖3.7 六大區塊之邊坡位置圖 38
圖3.8 微調後六大區塊之邊坡位置圖 38
圖3.9 均質邊坡各區位之分析網格粗細與邊界條件 39
圖3.10均質邊坡之破壞面漸進式應力狀態圖發展 [GIM法] 40
圖3.11均質邊坡之破壞面漸進式剪應變圖發展 [GIM法] 41
圖3.12均質邊坡之分析結果 [SSR法] 42
圖4.1 含夾泥之邊坡分析網格與邊界條件配置圖 44
圖4.2 水平夾泥出露端位置示意圖 45
圖4.3 不同夾泥出露端之應力狀態圖 [GIM法] 46
圖4.4 水平夾泥材料在不同露出端之g值變化 [GIM法] 46
圖4.5水平夾泥之厚度變化示意圖 47
圖4.6 不同厚度之夾泥應力狀態圖 [GIM法] 47
圖4.7 不同厚度之夾泥剪應變圖 [GIM法] 48
圖4.8 不同厚度夾泥之臨界g值變化圖 [GIM法] 48
圖4.9 不同夾泥之傾角示意圖 49
圖4.10 不同夾泥傾角之應力狀態圖 [GIM法] 49
圖4.11 不同夾泥傾角之剪應變圖 [GIM法] 49
圖4.12 不同夾泥傾角之臨界g值變化圖 [GIM法] 50
圖4.13 同時弱化夾泥之應力狀態圖 [GIM法] 51
圖4.14 同時弱化夾泥之臨界g值變化圖 [GIM法] 52
圖4.15 邊坡水平夾泥軟弱程度之張力區變化示意圖 52
圖4.16 邊坡水平夾泥軟弱程度之破壞面變化示意圖 [GIM法] 52
圖4.17 單一弱化夾泥摩擦角之應力狀態圖 [GIM法] 53
圖4.18 單一弱化夾泥摩擦角之安全係數變化圖 [GIM法] 54
圖4.19 單一弱化夾泥凝聚力之應力狀態圖 [GIM法] 54
圖4.20 單一弱化夾泥凝聚力之安全係數變化圖 [GIM法] 55
圖4.21邊坡水平夾泥單一強度弱化之破壞面變化示意圖 55
圖4.22 漸進發展中泥縫之正應力分布狀態圖 56
圖4.23 泥縫內漸進發展之剪應力分布狀態圖 57
圖4.24 邊坡破壞面漸進發展之剪應變圖 57
圖4.25 邊坡破壞面漸進發展之應力狀態圖 58
圖5.1 垂直國道高速公路方向地層剖面表(交通部,2011) 59
圖5.2 砂頁岩弱面之殘餘摩擦角分佈與浸水72小時後降低比(陳建忠等人,2010) 60
圖5.3 國道3 號3.1K 地滑區深19.9m 處岩心內之層縫 (交通部,2011) 61
圖5.4 原數值模型(彩色)與簡化分割示意圖(紅線) 62
圖5.5 FLAC分析模型 62
圖5.6 FLAC隨重力場增加之FLAC總位移變化圖 63
圖5.7 FLAC邊坡隨重力場增加之剪應變變化圖 64
圖5.8 FLAC邊坡隨重力場增加之State變化圖 65
圖5.9 FLAC臨界狀態之X方向位移圖 66
圖5.10 原作者臨界狀態時的總位移 66
附圖1.1 分析網格模型示意圖 71
附圖2.1 不同露出端之水平泥縫應力狀態圖 [SSR法] 72
附圖2.2 水平夾泥在不同露出端之安全係數變化 [SSR法] 73
附圖2.3 不同露出端之水平泥縫安全係數與重力值比較圖 73
附圖2.4不同厚度之夾泥剪應變圖 [SSR法] 74
附圖2.5不同厚度夾泥之安全係數變化圖 [SSR法] 75
附圖2.6 不同夾泥傾角之應力狀態圖 [SSR法] 75
附圖2.7 不同夾泥傾角之剪應變圖 [SSR法] 75
附圖2.8 不同夾泥傾角之安全係數變化圖 [SSR法] 76
附圖2.9 同時弱化夾泥之應力狀態圖 [SSR法] 76
附圖2.10 同時弱化夾泥之安全係數變化圖 [SSR法] 77
附圖2.11邊坡水平夾泥軟弱程度之破壞面變化示意圖 77
附圖2.12 單一弱化夾泥摩擦角之應力狀態圖 [SSR法] 78
附圖2.13 單一弱化夾泥摩擦角之安全係數變化圖 [SSR法] 78
附圖2.14 邊坡水平泥縫弱化凝聚力之應力狀態圖 [SSR法] 79
附圖2.15 邊坡水平泥縫弱化凝聚力之安全係數變化圖 [SSR法] 79
附圖2.16邊坡水平夾泥單一強度弱化之破壞面變化示意圖 80
附圖2.17 邊坡臨界重力值與安全係數之關係圖 80
附圖3.1 應力狀態圖 81
附圖3.2 原應力狀態與旋轉 角之應力狀態圖 82

表目錄
表1.1 現地反算摩擦角低於室內試驗值之地滑災害案例(Bjerrum,1967) 3
表2.1 極限平衡法、極限分析法和數值方法之比較(楊凱勝,2003) 20
表3.1均質邊坡坡體材料參數 39
表3.2 重力增加法與強度折減法之比較 43
表4.1坡體與夾泥之材料參數 44
表4.2同時弱化夾泥之材料參數 51
表5.1 國道3號順向坡滑動場址岩性剪力強度參數(交通部,2011) 61
附表1.1 無圍壓縮試驗材料參數 71
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論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2015-08-27公開。
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