大份田地滑地穩定性之研究

ABSTRACT The Tai-Fun-Tian landslide is situated at Da-Hu villiage Miao-Li county,and located at the upper watershed of Li-Yu-Tan , has moved continuously since 1996's high rainfall. Investigation of instability of landslide is concluded as follow: (1) The groundwater mostly cause from the up layer of rocky sandstone to shale layer since shale layer's impermeable the groundwater is buildup in the slide mass which increase of pore water pressure and decrease stress strength. (2) From strain analysis, there are two sliding surface, shallow and deeper ones, The shallow slide layer is situated at about 1-5m and the deeper one is roughly below 9-16m ground. (3) Composited various data from analysis, The site is confirmed to be a highly potential land sliding area. (4) The sliding movement is closely related to the rainfall amount prior to the incident, the accumulates rainfall four days to one week. (5) The stability also show that river erosion and base destruction is important factor on site.中文摘要 大份田地滑地位於苗栗縣大湖鄉八份附近，為鯉魚潭水庫上游集水區內之一地滑地，地滑面積約3公頃，地滑地勢呈西南走向，平均坡度約11度，因土地過度開發利用、排水不良，地質脆弱，構造複雜，自民國75年起由於豪雨引起滑動以來，迄今曾發生多次崩塌災害，雖經政府有關機關予以治理仍未能奏效，而形成滑落崖與趾部坡腳頗為陡峭之地形、目前並仍處於緩慢滑動之不穩定狀態。 本研究即選擇大份田地滑地為試驗區，經長期之野外及室內調查、監測、試驗分析結果，而得知其邊坡不穩定之機制如下： 1.本地滑地地層結構不甚緊密，表土層主要為風化泥質砂岩偶夾碎屑之土層，表土層以下係以砂岩偶夾薄頁岩為主，其間並有兩層砂頁岩互層，因砂岩透水性佳，頁岩透水性差，當降雨入滲造成地下水位上昇，即不易消退，而頁岩受長期浸泡易產生風化作用，使粘土含量逐漸增加，當其受降雨、地下水浸泡後，粘粒結晶格子層間及顆粒間易吸收水份而產生膨脹，促使孔隙水壓昇高與抗剪強度之降低。 2.由地中應變管累積應變量判識，其可能滑動面有淺層及深層二個滑動面。淺層滑動面位於地表下1~5m，深層滑則位於地表下9~16m。 3.由地表伸縮量、傾斜量、應變量等之量測值，如依日本學者藤原明敏(1979) 及中村(1984)之地表伸縮與傾斜變動等級表之標準，本試驗區為屬於「確定變動級之地滑地」。 4.本地滑地之不穩定機制與累積降雨量中之前四日至一週之降雨量有較高之相關性，地下水位之變化亦與累積降雨量有密切之關係。 5.邊坡穩定分析結果顯示，本地滑地位於坡腳之滑動土體因受河岸侵蝕、基腳破壞，致使上坡面大量土石失去支撐而形成層狀型滑動與陷落之滑動。目 錄 頁次 圖目錄………………………………………………………..Ⅰ 表目錄………………………………………………………..Ⅱ 附圖目錄……………………………………………………..Ⅲ 中文摘要……………………………………………………..Ⅳ 英文摘要……………………………………………………..Ⅵ 壹、 前言………………………………………………….…..1 貳、 前人研究…………………………………………….…..3 一、 地滑的定義……………………………………….…..3 二、 地滑的原因…..……………………………………….…..4 三、 地滑之類別………………………………………..….6 四、地滑地之監測調查研究…………………….………..9 五、降雨、地下水與地表滑動量之研究……….………..9 六、地下水與地層滑動之研究………………….……….16 七、降雨、地下水對粘土礦物地質影響之研究………..18 八、邊坡岩石與崩塌相關性之研究……………………...18 參、試驗地概況…………………………………………….…20 一、地理位置………………………………………………20 二、地形狀況……………………………………………….20 三、地質……………………………………………….….…20 四、土地利用狀況……………………………………..……21 五、氣候…………………………………………………..…21 肆、研究方法…………………………………………….….…27 一、室內實驗………………………………………….……28 (一)土壤粒徑分析………………………………………...28 (二)阿太保限度試驗………………………………………31 (三)比重測定…………………………………………...….32 (四)直接剪力試驗…………………………………..……..32 (五)粘土礦物特性分析……………………………….…..33 1.比表面積測定試驗方法……………………………..33 2..X-ray繞射鑑定粘土礦物試驗方法……………...…36 二、野外試驗……………………………………………….37 (一)地形測量……………………………………………….37 (二)地質鑽探…………………………………………….....37 (三)地中應變量測定…………………………………….41 (四)地下水位之觀測…………………………………….41 (五)地表移動量量測…………………………………….42 (六)地磐傾斜量量測…………………………………….42 三、降雨及地下水對地滑地穩定性影響之研究…….…43 四、邊坡之穩定分析…………………………………….44 伍、結果與討論……………………………………………..49 一、室內試驗……………………………………………..49 (一)土壤粒徑分析………………………………………49 (二)阿太保限度試驗……………………………………50 (三)土壤乾濕密度及比重測定…………………………55 (四)土壤力學性質試驗…………………………………56 (五)粘土礦物特性分析…………………………………59 1.比表面積測定………………………………………59 2.X-ray繞射…………………………………………..59 二、野外試驗………………………………………………65 (一)現場調查及地形測量…………………………….…65 (二)地層鑽探…….……………………………………….66 (三)地中累積應變量量測……………………………….74 (四)地表滑動量之量測…………………………………..78 (五)地表傾斜量之量測…………………………………..78 三、降雨及地下水對地滑地穩定性影響之探討…………80 (一)降雨量與地下水位相關性…………………………..80 (二)降雨量與地表滑動量之關係………………………..87 (三)降雨量與地表傾斜量之關係………………………...91 (四)降雨及地下水對地質作用之探討……………….…..96 四、邊坡穩定分析…………………………………………..99 陸、結論與建議………………………………………………..102 參考文獻…………………………………………………..106 附圖……………………………………………………………..110 表目錄 頁次 表2-1 日本地滑分類表……………………………………… 11 表2-2 Varnes分類表………………………………………… 12 表2-3 日本地滑分類統計表…………………………………13 表2-4 應變量變動級別………………………………………14 表2-5 伸縮量變動級別………………………………………14 表2-6 傾斜變動程度…………………………………………..15 表3-1 鯉魚潭水庫管理中心觀測站86~88年各月降雨量表25 表5-1 土壤粒徑分析及阿太保限度值………………………..52 表5-2 美國農部三角座標土壤分類法分類…………………..53 表5-3 工程土壤分類…………………………………………...54 表5-4 土壤含水量及乾濕密度……………………………..…55 表5-5 直接剪力強度試驗結果……………………… ……….57 表5-6 三軸壓縮強度試驗(CIU)結果摘要表………………….58 表5-7 岩石單軸壓縮強度試驗結果摘要表………………….58 表5-8 粘土礦物比表面積測定………………………………..61 表5-9 粘土經K及Mg飽和處理之X-ray繞射分析表……62 表5-10 各鑽孔之可能滑動面深度……………………………75 表5-11 地表傾斜變動量觀測值………………………………79 表5-12 AA’測線地下水位觀測值……………………………..81 表5-13 BB’測線地下水位觀測值……………………………..82 表5-14 各測站最高及最低地下水位值………………………83 表5-15地表伸縮量與累積降雨量迴歸分析表……………….88 表5-16地表傾斜量與累積降雨量迴歸分析表……………….92 表5-17 AA’測線地層剖面穩定分析結果表 ………………101 表5-18 BB’測線地層剖面穩定分析結果表 …………………101 圖目錄 頁次 圖2-1 地滑現象之各部名稱示意圖………………………5 圖2-2 地滑發展歷史對地滑之關係……………………….7 圖2-2-1 滑動面型態之分類……………………………….....7 圖2-3 崩塌部位序號及名稱………………………………..8 圖2-4 地下水與孔隙水壓之變化…………………………..17 圖3-1 大份田地滑地地理位置圖…………………………..22 圖3-2 大份田地滑地臨近區域地質圖……………………..23 圖3-3 86-88年平均降雨量分佈圖…………………………26 圖4-1 大份田地滑地穩定性研究流程圖…………………..27 圖4-2 美國農部三角座標土壤分類圖……………………..30 圖4-3 Braggs'' Law X-ray繞射示意圖……………………..36 圖4-4 地滑地調查監測儀器配置圖……………………..39 圖4-5 地滑地測線與鑽孔位置圖………………………..40 圖4-6 Janbu切片分析法示意圖……………………………48 圖5-1 粘土礦物X-ray繞射圖………………………………63 圖5-2 粘土礦物X-ray繞射比較圖…………………………64 圖5-3 實測地形圖及滑動區劃分圖…………………………68 圖5-4 AA''測線地層剖面圖………………………………….69 圖5-5 BB''測線地層剖面圖…………………………………..70 圖5-5-1 BH1、BH2、BH3地質柱狀剖面圖……..……………..71 圖5-5-2 BH4、BH5、BH6地質柱狀剖面圖………..…………..72 圖5-5-3 BH7、BH8、BH9地質柱狀剖面圖…………..………..73 圖5-6 AA''測線滑動面示意圖………………………………..76 圖5-7 BB''測線滑動面示意圖………………………………..77 圖5-8 累積降雨量與BH1、BH2、BH3累積地下水位變化圖.84 圖5-9 累積降雨量與BH4、BH5、BH6累積地下水位變化圖.85 圖5-10 累積降雨量與BH7、BH8、BH9累積地下水位變化圖.86 圖5-11 降雨量與N-1累積伸縮量關係圖…………………….89 圖5-12 降雨量與N-2累積伸縮量關係圖…………………….90 圖5-13 降雨量與T-1傾斜量關係圖…………………………..94 圖5-14 降雨量與T-2傾斜量關係圖…………………………..95 圖5-15 土壤含水量與體積變化率關係曲線…………………98 照片3-1 大份田地滑地全景...…...……………………………..24 附圖目錄 頁次 附圖5-1 BH1(3－3.5m)及BH3(3.5－4m)粒徑分佈圖……..110 附圖5-2 BH4(3.7－4m)及BH6(1.1－1.3m)粒徑分佈圖…....111 附圖5-3 BH7(1.8－2.1m)及BH8(2.5－3.4m)粒徑分佈圖.…112 附圖5-4 BH1(8.8－9.1m)及BH2(12.7－13m)粒徑分佈圖…113 附圖5-5 BH4(14.8－15.1m)及BH7(9.3－9.6m)粒徑分佈圖..114 附圖5-6 BH8(13.7－14m)粒徑分佈圖………………………115 附圖5-7 BH1(3－3.5m)及BH3(3.5－4m)液性限度試驗……116 附圖5-8 BH4(3.7－4m)及BH6(1.1－1.3m)液性限度試驗….117 附圖5-9 BH7(1.8－2.1m)及BH8(2.5－3.4m)液性限度試驗...118 附圖5-10 BH1(8.8－9.1m)及BH2(12.7－13m)液性限度試驗..119 附圖5-11BH4(14.8－15.1m)及BH7(9.3－9.6m)液性限度試驗120 附圖5-12 BH8(13.7－14m)液性限度試驗…………………….121 附圖5-13 BH1(3－3.5m) 正應力與剪應力關係圖………….122 附圖5-13-1 BH1(8.8－9.1m) 正應力與剪應力關係圖………..122 附圖5-14 BH2(12.7－13m) 正應力與剪應力關係圖……….123 附圖5-14-1 BH3(3.5－4m) 正應力與剪應力關係圖………….123 附圖5-15 BH4(14.8－15.1m) 正應力與剪應力關係圖…….124 附圖5-15-1 BH4(3.7－4m)正應力與剪應力關係圖…………...124 附圖5-16 BH6(1.1－1.3m) 正應力與剪應力關係圖………...125 附圖5-16-1 BH7(1.8－2.1m)正應力與剪應力關係圖………..125 附圖5-17 BH7(9.3－9.6m) 正應力與剪應力關係圖………..126 附圖5-17-1 BH8(2.5－3.4m) 正應力與剪應力關係圖………126 附圖5-18 BH8(13.7－14m) 正應力與剪應力關係圖…….….127 附圖5-19 BH1鑽孔日應變量與累積應變量圖……………124 附圖5-20 BH2鑽孔日應變量與累積應變量圖…………....125 附圖5-21 BH3鑽孔日應變量與累積應變量圖……………126 附圖5-22 BH4鑽孔日應變量與累積應變量圖……………127 附圖5-23 BH5鑽孔日應變量與累積應變量圖……………128 附圖5-24 BH6鑽孔日應變量與累積應變量圖……………129 附圖5-25 BH7鑽孔日應變量與累積應變量圖……………130 附圖5-26 BH8鑽孔日應變量與累積應變量圖……………131 附圖5-27 BH9鑽孔日應變量與累積應變量圖……………132 附圖5-28 降雨量與AA’測線地下水位變化圖……………133 附圖5-29 降雨量與BB’測線地下水位變化圖…………….1