國內外有關本計畫之研究情況 國內外有關本計畫之研究情況 國內外有關本計畫之研究情況 國內外有關本計畫之研究情況

研究標的為土壤滑移。Kurahashi (2008) 分析 1990~2004 年期間日本 1310 個公路崩塌災點，發現約有 90%的崩塌災害是因為降雨造成的，

且 80%是表層破壞造成的崩塌。吳從龍(2009)由問卷調查方式得知地震 及颱風豪雨來襲時對山區道路邊坡破壞最大，其次則是道路開闢的影

將此類淺層邊坡崩塌分析分成破壞（failure），破壞後（post-failure）與 擴散（propagation）三個階段，並指出破壞與破壞後分析可以獨立進行。

Cascini et al. (2010)使用現地應力路徑（field stress path）的框架，將邊 坡破壞後的行為分成地滑（slide），地滑變流動（slide to flow）與流動 型地滑（flowslide）如圖 2.2 所示。其中之剪應力 q 定義為：

而平均有效應力 p’定義為： 破壞時產生應力轉移（stress transfer）或漸進式破壞使得破壞區之 q 增 加。圖 2.2d 則發生於鬆土中，破壞發生後剪力破壞變成不排水應變軟 化而流動（Anderson and Sitar, 1995）。

S1 : slip surface 1 S2 : slip surface 2 shallow soil deposit

SLIDE (dense or loose)

bedrock

SLIDE TO FLOW (dense or loose)

FLOWSLIDE

分層地下水位因強降雨顯著增加，其應力路徑隨孔隙水壓增加而接近 土壤有效摩擦角 40∘之無限邊坡破壞包絡線。

Collins and Znidarcic (2004)提出對於飽和邊坡而言，因無滲透發 生，所以降雨對邊坡穩定在不考慮邊界毛細現象之情況下沒有影響，

但對非飽和細顆粒土壤邊坡而言，滲透對邊坡穩定有顯著的影響，孔 隙水壓在邊坡內之分部會隨著水向下入滲至土壤內而改變。因此在分 析非飽和邊坡穩定性時，須將非飽和土壤之剪力強度和基質吸力影響 及滲流力列入考慮。

以無限邊坡極限平衡分析，結合非飽和土壤之衍伸莫爾-庫倫破壞 準則(Fredlund et al. 1978)，可以得到無限邊坡破壞之臨界深度 dcr，考 慮滲流力發展，將臨界深度表示為壓力水頭和土壤特性參數的函數，

考慮土層內之壓力水頭變化，可定義出土層壓力水頭和臨界破壞深度 之變化關係之穩定包絡線(圖 2.4)，此可做為預測淺層破壞之依時行為 之基礎。

對於基質吸力降不顯著之粗顆粒土壤，其入滲行為(如圖 2.5 所示) 與細顆粒顯著不同，此因其非飽和與飽和狀態下滲透係數差異不大，

若邊坡坡角(β)小於土壤有效摩擦角，則其滑動發生於正孔隙水壓處(圖 2.5 之 D 點)，此為深層滑動之類型之一，無限邊坡深層滑動將以相近 之概念進行推導。

對於無法滿足無限邊坡條件之案例，則進行考慮飽和與非飽和土 壤特性之二維水力力學耦合穩定分析，於進行滲流分析時同時進行力 學分析，於暫態滲流分析過程中同步進行力學計算，以有限差分型式 進行非線性大變形模擬，且力學計算中考慮非飽和土壤基質吸力改變 對有效應力之影響，更新土壤彈性參數及強度，適切模擬邊坡土層因 降雨引致之破壞過程。

圖 圖 圖

圖 2.3 五彎仔現地孔隙水壓監測與應力路徑圖五彎仔現地孔隙水壓監測與應力路徑圖五彎仔現地孔隙水壓監測與應力路徑圖五彎仔現地孔隙水壓監測與應力路徑圖 (Huang et al., 2012)

圖圖

圖圖 2.4 典型典型典型典型細細細細顆粒土壤顆粒土壤顆粒土壤顆粒土壤入入入入滲分析結果滲分析結果滲分析結果滲分析結果 (Collins and Znidarcic, 2004)

圖 圖 圖

圖 2.5 典型典型典型典型粗粗粗粗顆粒土壤顆粒土壤顆粒土壤顆粒土壤入入入入滲分析結果滲分析結果滲分析結果滲分析結果 (Collins and Znidarcic, 2004)

2.2.2 邊坡監測預警邊坡監測預警邊坡監測預警邊坡監測預警 法(Time Domain Reflectometry, TDR)使用上孔(Up-hole)電子儀器，透過 多點式的光纖光柵感測器配合應變管之原理進行自動化，長時間、連

系統監測至破壞之時間不一，並無安裝位置之建議，對於非圓弧破壞 其地表傾度並不顯著，且預警準則為經驗法則，缺乏嚴謹力學分析，

仍有相當改善空間。

圖圖

圖圖 2.6 地表邊坡預警監測系統地表邊坡預警監測系統地表邊坡預警監測系統地表邊坡預警監測系統 (Uchimura et al., 2008) 李秉乾(2004)透過現地實測的結果，建議各項感測單元的傳輸方式 以 TCP 為佳，盡量避免異質傳輸規格的整合，以減少系統不穩定性。

而在相同的傳輸協定下，資訊傳輸介質可依地形需要進行不同的規 劃，如 RS485、TCP 或是 802.11b 之方式。該研究亦指出山區道路邊 坡監測系統在整體架構上，以監測路段現地資料的接收及整合為主要 目的，經由無線傳輸技術將監測資料傳回資料接收中心並儲存於資料 庫。所有資料經過加值與整合成資訊，即可反應現地邊坡的狀況，進 行監測現況了解，整合預測破壞模式即可發展為具有即時應變能力的 通報系統。

分布式無線感測器網路(Wireless Sensor Networks, WSN)是由一到 數個無線資料收集器以及為數眾多的感測器(sensors)所構成的網路系 統(Chong and Kumar, 2003)，元件之間的溝通採用無線的通訊方式，且 具備低成本、低耗電、體積小、容易佈建，並具有感應環境裝置，可

程式化、可動態組成等特性，已開發於土木工程之應用如 Senera 之橋 梁監測系統。現今物聯網(Internet to Thing, IoT)為無線感測加上控制之 功能，其中無線感測為重要之部分。為充分利用台灣於高科技產業之 優勢，陳志芳等(2015)採用廣為應用之微機電系統(MEMS)感測器，發 展可監測地表傾角(tilting)、淺層土壤濕度(soil moisture)以推估土壤基 質吸力 (matric suction)之監測單元，並以低耗電之無線網路連接，形成 分布式無線感測器網路，由於其可大量生產，可大幅降低成本，長期 目標為建立模組化可拋棄式 WSN，以利於推廣。

由於監測點位選定與分布式無線感測器網路反應詮釋與滑動機制 相關，為增進預警系統之準確度，監測網路佈設前將進行地質模型建 立及邊坡滑動數值分析，此結果將用於監測網路佈設，而監測之結果 亦可回饋數值分析模式，本計畫將結合無線散佈式表層感測系統與解 析成果，建立可快速佈設且具依時特性之公路邊坡破壞預警系統，以 此流程建立場址不同階段預警值，做為相關防災作為啟動之準據。