崩積土壤之基質吸力與剪力強度

崩積土壤因其形成原因，造成其滲透係數（K）大、剪力強度易受

降雨入滲之影響，並且多以淺層土壤之形態存在於邊坡上，根據高嘉 彬（2007）利用張力計對不飽和崩積土邊坡之現地監測結果發現，崩 積土壤易受到降雨後雨水快速入滲淺層之崩積土壤中，即時反應造成 張力計量得之土壤基質吸力降為很低，甚至為0，並且同時監測土中傾 斜管之變位可以發現，當降雨後，淺層之崩積土層在土壤基質吸力降 為很低時，淺層土壤會有位移之行為，表示基質吸力對於崩積土壤邊 坡穩定之重要性。

Fredlund等人（1978）將飽和土壤之傳統Mohr-Coulomb破壞準則（式 2.14）延伸至不飽和土壤之領域，在原本的二維模式下加入了基質吸力 軸，構成不飽和土壤之三維抗剪強度理論（式2.15），

 

^tan

ff

c

f

u

w f



  







 （2.14）

式中，



_ff：破壞平面上之剪力強度

c

：有效凝聚力

 

f 

u

w f



：破壞時破壞平面上之有效正向應力



：有效摩擦角

 

^tan

 

^{tan b}

ff

c

f

u

a f

u

a

u

w f



  



 



  



（2.15）

式中，

c

：有效凝聚力



f  ua f



：破壞時破壞平面上之有效正向應力

u

af：破壞時破壞平面上之孔隙氣壓力



：有效摩擦角



 a uw f



：破壞時破壞平面上之基質吸力



b：由於



 a uw f



增加而造成剪應力增加所對應之角度

由Ho ＆ Fredlund（1982）認為可將基質吸力



a  uw f



納入土壤

總凝聚力考慮，其公式為：



a w f



^{tan b}

c  c  u  u  （2.16）

其中，c＝土壤總凝聚力

由2.16式中可看出，倘若



^b＝常數時，對土壤而言會造成基質吸 力越大，總凝聚力會越高之情形發生，但事實上經過實驗後，土壤之 行為並非如此。

根據Pereira等人（2006）利用不飽和三軸對崩積土之試驗結果（如 圖2.10），在不同之有效圍壓（Net Normal Stress）50kPa、和100kPa時，

當吸力值大於50kPa後，對土壤施加圍壓之大小對於剪力強度之影響較 土壤之吸力值來得大。Vanapalli等人（1996）對冰積之砂質黏土做不同 有效圍壓之不飽和三軸試驗結果（如圖2.11所示）顯示，在圍壓各為 120kPa及600kPa時，當土壤吸力值約為1000kPa時，其剪力強度最高，

在吸力高於1000kPa後，剪力強度略有降低。試驗結果顯示，並非對土 壤施加之基質吸力增加，會造成剪力強度持續增加之情形。

圖 2.10 不同有效圍壓時崩積土吸力對剪力強度之影響

（摘自 Pereira 等人，2006）

圖 2.11 不同有效圍壓時冰積土吸力對剪力強度之影響

（摘自 Vanapalli 等人，1996）

鄭清江等人（2007）亦曾以崩積土壤施作不飽和三軸試驗，試驗 結果指出，對土壤試體所施加的吸力越大，土壤可承受的軸差應力會 越大，對於強度參數方面，總凝聚力C也會增加，但所增加的



^b會越來 越小，而



’不變。整體而言，土壤內吸力增加則抗剪能力會變好。當 吸力增加到大於2kg/cm²之後，吸力對於土體強度則會開始無明顯幫助。

由上述討論可知當基質吸力越大造成Δ



^b增量越小時，其總吸力 之增加量，並不為線性增加之趨勢，因此而存在一最佳吸力值，會使 得土壤剪力強度在某吸力值下時受土壤吸力影響最大。對於此一不飽 和土壤剪力行為結果，還需進一步研究，但此研究方向並非本研究所 欲探討之主題。

在文檔中 水庫集水區邊坡崩塌機制及整治策略---子計畫：水庫集水區不飽和土壤邊坡淺層崩塌機制及分析模式之研究(I) (頁 43-47)