地層壓縮與地下水位變化之應力應變關係

針對 4.3.1 小節所討論之地層沉陷分析為就整體地層之壓縮量與 地下水位變化關係討論，而本小節將更進一步探討較深之含水地層與 地下水位變化關係。考慮監測時間之長短影響數據之可靠性，在此以 年代較久之元長國小地層下陷井監測資料為分析對象，尋求找出深層 含水層之壓縮特性。

根據中央地質調查所於民國 88 年出版之「濁水溪沖積扇水文地 質調查研究報告」顯示，雲林縣元長鄉地區之第二含水層約介於深度 61~156 公尺，第三含水層約介於深度 177~240 公尺，經由元長國小 地層下陷井觀測資料可得到第二含水層與第三含水層之個別壓縮變 化情況，並配合鄰近地下水位觀測井資料可得到圖4-28 與圖 4-29 所 示各含水層壓縮量對應地下水位變化關係曲線。觀察圖4-28 與圖 4-29 可發現第二含水層與第三含水層均呈現持續壓縮現象，但第二含水層 地下水位回升時，地層明顯有回脹情況，而第三含水層則無明顯變 化，甚至地下水位回升時，地層仍快速壓縮中，並無趨於平緩之情況。

若進一步將各含水層之沉陷量變為應變量，地下水位變化以第一 點為應力零點，水位下降即代表應力增加，同理，水位上升即為應力 下降，因此可得到第二含水層與第三含水層之地層壓縮量對應地下水 位變化應力-應變關係圖，其如圖 4-30 所示。由圖 4-30 可看出第二含

水層其地下水位變化造成有效應力改變導致地層壓縮類似彈塑性行

92/1/17 92/2/26 92/5/28 92/8/27 92/11/19 93/2/18 93/5/26 93/8/26 93/11/25 94/2/24

水位 (m)

92/1/17 92/2/26 92/5/28 92/8/27 92/11/19 93/2/18 93/5/26 93/8/26 93/11/25 94/2/24 日 期

圖 4-30 元長國小含水層二與含水層三之應力-應變關係

-0.0001 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007 0.0008 Strain

0.0000 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007 0.0008 Strain

Stress (kg/cm^2) 含水層二含水層三

彈塑性行為

持續壓縮中

元長國小地層柱狀圖

探究上述可能原因為地層之組成材料影響，以第二含水層與第三 含水層之地層組成材料來看，第二含水層內以砂質土壤為主要，屬透 水性良好之地層，在壓縮過程中沉陷快速完成，因此能快速反應出無 時間延遲之彈塑性行為。反觀第三含水層之土壤組成材料雖也以砂質 土壤為主，但其中間夾雜許多黏土薄層，透水性因此大大降低，壓縮 過程中其行為類似黏土之壓密行為，需要時間消散孔隙水壓，因此在 短暫之時間無法反應地層之壓縮行為，故地下水位逐漸回升時地層仍 持續壓縮。

另一可能造成第二含水層與第三含水層壓縮行為不一致的原因 為抽水歷史。第二含水層較早受到密集且過量抽水，因此抽水歷史較 悠久，其地層壓縮較趨於穩定，土層能快速反應出彈塑性之壓縮行 為。反觀第三含水層抽水歷史較短，抽水造成其內部應力改變時，土 層無法趨於穩定，因此目前地層呈現持續壓縮狀態。

根據4.4.1 與 4.4.2 小節所得結果知道，目前造成地層下陷之壓縮 段以深層地層為主，且組成材料以砂、粉砂及黏土互層為主。另外以 水文地質概念探討元長地區第二含水層與第三含水層之壓縮性，發現 含水層的確存在塑性變形行為，且第三含水層因地層組成材料受到薄 黏土層之影響，壓縮會有時間效應的問題，即無法快速完成壓縮，當 壓縮未完成時雖地下水位回升，地層仍會持續壓縮。