孔隙水壓之影響

水由重力及毛細管力而進入土中，大致上以垂直的方向向下，

因此當降雨直接、間接落於地面，不論雨量是否足以聚集成地表逕 流，皆會影響土壤水份的狀況。若降雨強度小於入滲率，則地面無逕 流發生，雨量多轉變為地下水流；若降雨強度大於或等於入滲率，地 面即生逕流；又降雨初期的入滲率最大，其值會在數小時內快速減低 而達到一定值。

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雨水會由土壤間的孔隙向下入滲，因為土體之結構不同，會有 不同之入滲量，使得地下水位的變化情形亦不同，本節將土層內之孔 隙水壓、滲透情形及地下水流變化狀況作一分析探討。

前期降雨能使邊坡表層充滿水分，使得水能在邊坡中更容易流 動。而邊坡破壞所需要的前期降雨量是依據土壤表層的覆蓋、土壤之 水力傳導度、植生的蒸散和邊坡的水文情況來決定的。在非飽和的土 壤中，水分被土壤吸力或是負的孔隙水壓力留在土壤孔隙中，而前期 的降雨關係到土壤的水分含量和孔隙中水的張力(Johnson & Sitar, 1990)。根據 Johnson & Sitar (1990)，暴雨發生在濕的情況下(降雨前 之吸力僅能再吸收少於500 mm 的水分)，比暴雨發生在乾的情況下 (降雨前之吸力能吸收超過 1500 mm 的水分)，更能產生正的孔隙水 壓力。而隨著孔隙水壓力之上升，將逐漸降低土壤之有效應力，進而 導致邊坡發生不穩定之現象。

對於前期降雨對邊坡穩定的影響已經被研究了很多年，Lumb (1975)發現了前期降雨對邊坡破壞的影響，特別的是，他發現如果前 期降雨量較高的話，將會伴隨著發生較多的邊坡破壞事件。

根據所獲得的降雨資料，Lumb 訂定了不同等級事件的範圍，並 以15 天的前期降雨和 24 小時的暴雨來說明。最嚴重的事件發生在 24 小時的降雨量超過 100 mm，其 15 天的前期降雨量超過 350

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mm；而嚴重的事件發生在 24 小時的暴雨超過 100 mm，其前期降雨 量達到200 mm。

台灣地區夏季炎熱且多雨，若遇上颱風或豪大雨時，累積雨量甚 至可高達1000 mm 以上，故造成許多災害。Fiorillo & Wilson (2004) 以 ㄧ1 m 厚的土壤為例，在初始狀態為完全乾燥，孔隙率 n = 0.57，田 間含水量（field capacity）θ^max= 0.51 的條件下之水分累積的情形，

如圖2.1 所示。在體積含水量θ上升至 51％時，水分不斷累積且保持 在毛細現象所維持的孔隙及吸附水中。當雨量累積與蒸散作用達到平 衡時，此時的土壤含水量稱為田間含水量（field capacity）。當降雨入 滲超過排水速率時，正的孔隙水壓便會產生。

圖2.1 土層內部水分累積示意圖(Fiorillo& Wilson, 2004)

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Atkinson＆Farrar(1985)於英國調查高速公路路堤之淺層破壞，

並埋設水壓計，以便觀察孔隙水壓，其結果發現路堤邊坡滑動係因孔 隙水壓激發造成。Tarantino & Bosco (2000)舉出地滑造成之土石流常 發生於短暫延時之高降雨強度下、延時較長之小雨，甚至發生於降雨 停止後數小時內。會造成此種現象可能原因為降雨入滲造成之濕潤面 影響土層穩定。

Sitar et al. (1992) 認為土體內之孔隙水壓突然上升，是導致土體 不穩定而轉變成土石流的重要因素，並從發生土石流附近地區量得之 水壓記錄，如圖2.2 所示，發現大部份的雨季時期，土體有負值的孔 隙水壓，但是若暴雨持續使得土石流發生的時候，土體內會有正的孔 隙水壓被激發的現象。

Iverson et al.（1997）分別由土體底部與上方供水，探討土體內 孔隙水壓之變化及土體崩壞之模式，並指出土體由地滑轉變為土石流 有三個主要過程，分別是：（1）土體需遵循庫倫破壞（Coulomb failure）；（2）有超額之孔隙水壓使得部份或全部的土體液化；（3）顆 粒溫度（granular temperature）。他們並經由實驗得知：由土體底部供 水造成的土體崩壞時間比由上方供水發生崩壞的時間約快4 倍。在土 體破壞時，孔隙水壓會提高，安全係數將降低使得動能提高，如此會 造成更多的能量激發使運動土體破壞，更進一步地使安全係數降低，

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這種轉變過程會使土體形成不穩定的狀態，並激發土體滑動變成流動 之土石流。

圖2.2 （a）Briones 地質剖面簡圖及水壓計位置示意圖

（b）雨量記錄及 Nest3 處所測之水壓記錄 (Sitar et al.，1992)

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