以水力耦合模式評估降雨型態及水力傳導異向性對邊坡穩定之研究

Translated title of the thesis: The effect of rainfall pattern and soil hydraulic conductivity anisotropy on slope stability using a coupled hydromechanical framework
  • 蔡 易縉

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

透過臺灣的氣候變遷調查報告,可知臺灣的年度總降雨日數逐漸減少,而極端降雨呈現強度增加之趨勢,使得地形陡峻、地質脆弱之山坡地面臨更嚴重的威脅。在過去分析降雨入滲對邊坡安全性影響時,通常以真實的降雨案例或假設不同強度之平均降雨並設定土壤水力傳導係數為均向進行討論,而忽略降雨型態變遷以及水力傳導異向性對邊坡穩定之影響。因此,本研究選擇曾文水庫集水區為研究區域,以水文統計方法分析研究區降雨特性,並使用水力耦合模式探討降雨型態變化及水力傳導異向性對邊坡安全性之影響。 本研究採用 HYDRUS 2D 及The Slope Cube Module 有限元素分析模式進行降雨入滲之水力耦合分析,在穩定性分析方面採用了局部安全係數理論進行探討,相較於傳統的邊坡安全係數分析,更能確切瞭解邊坡不同深度及位置之土壤其安全係數變化情形。首先,研究中透過趨勢分析及頻率分析方法分析曾文水庫集水區之降雨特性,趨勢檢定之結果顯示近 30 年間降雨強度呈現上升之趨勢,且以 1 日最大降雨強度的上升幅度最大,每年平均上升 0 8 mm/hr。而邊坡穩定性分析結果顯示,降雨入滲行為未受土壤滲透能力限制下,未來降雨強度上升導致降雨入滲深度加深,2050 年及 2100 年之降雨案例較 2016 年之案例,入滲深度分別增加了 16 7 % 及 30 0 %,更容易引發邊坡淺層滑動之災害。而藉由頻率分析,則能瞭解重現週期越長的降雨事件之累積降雨量越高,降雨強度提高同樣使入滲深度加深,而使邊坡深處土壤更快受降雨影響而安全係數下降。此外,透過頻率分析方法,研究中建立曾文水庫集水區之降雨強度-延時頻率曲線(IDF),藉此分析降雨強度與延時對邊坡之影響。水力耦合模式之模擬結果表示,短延時(6 小時)降雨強度較高,使壤土邊坡表層土壤(0 5~1 0 m)安全係數快速下降而喪失穩定性;而長延時(24 小時)之降雨雖降雨強度低,但延時較長而容易使更深處的土壤受降雨影響而喪失穩定性,土石流、淺層邊坡滑動等災害皆可能發生。 本研究在水力耦合模式中建立不同土壤特性之邊坡以進行水力傳導異向性分析,透過研究結果,可瞭解當垂向水力傳導係數不變時,水平向水力傳導係數提高(異向性增加)造成降雨滲流越趨於水平且往斜坡內部入滲,導致坡頂靠近斜坡處及斜坡位置之土壤更容易受降雨影響而安全係數下降,對坡趾而言則呈現垂向入滲速率趨緩而安全性得以維持。本研究以局部安全係數理論進行邊坡穩定性分析,可具體掌握邊坡不同深度位置之土壤安全係數變化行為,並分析水力傳導異向性及降雨型態變遷對邊坡之影響,可作為未來邊坡防災之參考。
Date of Award2018 Jul 26
Original languageChinese
SupervisorHsin-fu Yeh (Supervisor)

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以水力耦合模式評估降雨型態及水力傳導異向性對邊坡穩定之研究
易縉, 蔡. (Author). 2018 Jul 26

Student thesis: Master's Thesis