加勁擋土結構之安全分析

加勁擋土結構之安全分析重點主要在於檢核下列四種破壞模式 之短期及長期安全係數(周南山等人，2004；GEO, 2002)：

1. 內穩定破壞：

內穩定破壞係指破壞面通過加勁區者，其力學機制影響因素主要 為加勁材料之強度及加勁材料與填築土料間之互制，其可能之型式如 圖2.1 所示，包括拉斷破壞、拉出破壞、牆面接點(facing connection)、

面牆破壞（rupture of facing elements）、牆頂破壞（crest toppling）、層 間側向破壞（block silding failure）。

（a）拉斷破壞 （b）拉出破壞

（c）牆面接點破壞 （d）面牆破壞

（e）牆頂破壞 （f）層間側向破壞

圖2.1 加勁擋土結構之內穩定破壞示意圖 (GEO, 2002) 2.外穩定破壞：

外穩定破壞係指破壞面通過加勁區外部者，其力學分析機制則係 將加勁區視為一剛性體(rigid body)，再考量區外土壤行為變化對其穩 定性之影響。如圖2.2 所示，加勁擋土結構一般發生之外穩定破壞型

式包括整體滑動、水平滑動、傾倒破壞及承載力不足。

周志剛、鄭健龍（2001）則說明加勁邊坡之外部破壞型式如圖 2.3，包括基底滑動破壞、深層整體滑動、局部承載能力不足，以及 過度沉陷。

（a）整體滑動破壞 （b）水平滑動破壞

（c）傾倒破壞 （d）承載力不足破壞

圖2.2 加勁擋土結構之外穩定破壞示意圖(GEO, 2002) 3.複合型破壞：

複合型破壞係指破壞面通過加勁區及非加勁區者。如圖 2.4（a）

~圖 2.4（c）所示，其破壞模式為由內、外穩定破壞相互引發或同時 發生所形成。

圖 2.3 加勁邊坡破壞模式(周志剛、鄭健龍，2001) 4.結構運作功能（Serviceability）劣化：

結構運作功能之檢核主要為考量加勁擋土結構體因各類型變形 或材料因素而引致之服務功能劣化可能性。常見之破壞型式如圖 2.4

（d）~圖 2.4（f）所示，包括基礎整體沉陷或差異沉陷、加勁體之沉 陷、超額加載、加勁材料潛變或劣化等（GEO, 2002）。

（a）拉斷、拉出破壞 （d）整體沉陷

（b）加勁層間滑動破壞 （e）牆面變形

（c）加勁層面滑動破壞 （f）牆體移動翻轉

圖2.4 加勁擋土結構之複合型破壞及結構功能運作破壞示意圖 (GEO, 2002)

周南山(2000)統計 8 起加勁擋土結構之破壞模式。案例包括高雄 中山大學前十八王公廟、暨大、五股、三芝、中和、高雄某大學、林 口某社區等案。結果顯示大部份加勁擋土結構之破壞模式皆為外穩定 破壞的邊坡滑動。而破壞亦可能部份穿過加勁土體，形成複合式破壞。

目前加勁擋土結構之破壞分析多藉由電腦程式進行，且以極限平 衡法為主，採用極限破壞時之安全係數作為設計之控制要素。較通用 的電腦程式包括MSEW、ReSLOPE、ReSSA、SLOPE/W、PCSTABL6、

STEDwin、TALREN 及 UTEXAS3 等，功能考量、價格高低不一互有 利弊。國內使用者以 PCSTABL6 及 STEDwin 較為普遍，前者源自於 美國Purdue 大學，可採用 Simplified Bishop 法及 Simplified Janbu 法 等多種二維極限平衡法分析加勁擋土結構之穩定，且最多可分析 40 層加勁材及 20 個不同土壤層次，惟對於局部張力破壞、拉出破壞及 滑動破壞等則未能分析。對於土壤與加勁材之互制、加勁土體之側向 位移及沈陷量、面牆之剛性影響、加勁邊坡之施工程序等亦無法計 算。STEDwin 則係 PCSTABL6 之前後處理程式，可將 PCSTABL6 程 式視窗化，增加資料輸入與輸出處理之成效。雖然極限平衡法具有若 干缺點，惟因其使用較為簡易，故目前加勁邊坡之分析仍以極限平衡 法為主(中華地工材料協會，2001)。Abramson et al. （2002）則建議，

電腦程式計算分析結果仍須輔以實務經驗之評估與判釋，方可確保邊 坡之安全。

Zornberg et al.（1998）以離心機觀察加勁邊坡之破壞機制並考量 不同加勁材間距、加勁材強度及土壤剪力強度對破壞之影響。試驗結 果亦與極限平衡法之預測分析加以比較，用以驗証極限平衡法之正確

性。研究結果顯示，在不同之試驗條件下，所有加勁邊坡模型均產生 通過坡趾之明顯破壞面，其形狀可用圓弧、對數螺線或雙線性予以配 適(fitting)，與使用極限平衡法之分析結果近似。所不同者在於離心模 型之破壞起始於破壞面之中點而非極限平衡法所預測之坡趾。試驗結 果亦顯示加勁材之間距對破壞面之位置並無影響，且不論填築土料之 密度及加勁材之強度，破壞面之位置均差異不大。破壞時坡頂產生之 沈陷則係由填築土料之性質控制，與加勁材之間距及強度無關。