文獻案例結果比較

本研究分別以 STEDwin 及 PLAXIS 兩種程式驗證及比較文獻結果之差 異。以下分別敘述分析過程及結果：

(一)文獻案例結果

文獻中以 Forensic analysis 法模擬分析垃圾掩埋場邊坡穩定之安全係數，

分析結果如表 4.3 所示，垃圾場本身構造及營運(適當排水及無火災情況)狀態 (即正常狀態)，安全係數 FS 為 1.63，如圖 4.11 所示。垃圾場無火災時，暴雨 狀態孔隙水壓位於底層土壤孔隙水壓力約 150kPa，有效應力減小，滑動圖形 與現地相符，選擇 100 個滑動面計算，剪力面形狀穿過垃圾層，安全係數 FS 為 1.13，如圖 4.12 所示。垃圾場有火災(垃圾悶燃)，悶然現象導致上層加勁纖 維(顆粒) 破壞，所有剪力阻抗構成之張力假設降至 0，加勁材之摩擦角不考 慮，安全係數由 1.13 降至 1.00，垃圾場呈現不穩定狀態，觀察滑動面圖形已 找不到比此更小的安全係數。剪力阻抗變化繪於切片底部，顯示火災的影響。

殘餘剪力阻抗位於滑動圖形上部尾端切片 2 及切片 3，火災後因摩擦力消失而 消失，如圖 4.13 所示。文獻案例中說明，萬隆垃圾掩埋場主要破壞原因為垃 圾悶然影響。

表 4.3 文獻案例分析結果一覽表 分析情況 安全係數 FS 正常 1.63

暴雨 1.13 垃圾悶燃 1.00

圖 4.11 垃圾場本身構造及營運(適當排水及無火災情況)分析結果(正常狀 態)

圖 4.12 垃圾場無火災時分析結果(暴雨狀態)

圖 4.13 垃圾場有火災分析結果(垃圾悶燃) (二)STEDwin 分析結果

利用 STEDwin 程式驗證文獻案例之分析結果，以極限平衡原理之 Bishop 圓弧分析法。為考量垃圾加勁的影響，將文獻中提供的加勁材摩擦角轉換成加 勁材的抗張強度，此外，因 STEDwin 分析加勁時，最多允許 40 層地工格網數，

故輸入的間距假定為 2m。文獻案例中雖無顯示破壞面，惟由破壞現況照片推 估可能為深層的破壞面，STEDwin 分析時，假設文獻結果無誤，判定深層滑 動，依此條件自動搜尋破壞滑動面，分析結果如表 4.4 所示。於垃圾場本身構 造及營運(適當排水及無火災情況)狀態(正常狀態)，安全係數 FS 為 1.59，如圖 4.14所示。垃圾場無火災時，安全係數 FS 為 1.01，如圖 4.15 所示。垃圾場有 火災(垃圾悶燃)，悶燃現象導致上層加勁纖維(顆粒) 破壞，安全係數 FS 為 0.82，如圖 4.16 所示。上述分析結果顯示，以 STEDwin 程式之極限平衡法，

模擬萬隆垃圾掩埋場現況破壞情形與文獻案例分析結果大致相符。

表 4.4 STEDwin 分析結果一覽表 分析情況 安全係數 FS 正常 1.59

暴雨 1.01 垃圾悶燃 0.82

圖 4.14 垃圾場本身構造及營運(適當排水及無火災情況)分析結果(正常狀 態)

圖 4.15 垃圾場無火災時分析結果(暴雨狀態)

圖 4.16 垃圾場有火災分析結果(垃圾悶燃)

(三)PLAXIS 分析結果

PLAXIS基於有限元素法之剪力強度折減原理，並配合間接位移控制，建 立整體邊坡破壞之安全係數及破壞滑動面位置。當剪力強度折減至臨界狀態 時，此折減值為邊坡之安全係數，與 STEDwin 程式差別於無法指定或自動搜 尋破壞面位置，而以變形(位)趨勢模擬可能滑動破壞面之結果。PLAXIS 分析 結果顯示皆屬表面淺層破壞，安全係數 FS 為 0.581，表示在垃圾悶燃或暴雨 前，極可能已發生淺層破壞，如圖 4.17 所示。比較文獻案例、STEDwin 及 PLAXIS 等上述分析結果，PLAXIS 分析與文獻案例之結果不符，因此，不免 懷疑實際破壞是否真如文獻結果僅為深層破壞?抑或於整體深層破壞前，曾有 淺層破壞情況?這些疑點都值得再加以探討。

圖 4.17 PLAXIS 垃圾場適當排水及無火災情況分析結果(正常狀態)

(四) PLAXIS 與 STEDwin 淺層破壞分析結果比較

由上述 PLAXIS 分析結果得知，文獻案例可能為淺層破壞，為驗證其結果 是否合理及釐清文獻案例實際破壞面之疑點，故再以 STEDwin 針對淺層破壞 部分加以分析，安全係數 FS 為 0.69，如圖 4.18 所示。分析結果與 PLAXIS 相 符，如表 4.5 所示，由此得知，萬隆垃圾場極可能在暴雨及垃圾悶燃前，已發 生局部淺層滑動破壞。與文獻案例災害描述中，山谷下方有一半以上有小沉 陷，其它村落表面有輕微破壞較符合實際狀況，極可能先發生淺層破壞後，最 後再大規模破壞。

表 4.5 PLAXIS 與 STEDwin 淺層破壞分析結果比較 安全係數 FS

分析情況

PLAXIS STEDwin 正常狀態 0.581 0.69

圖 4.18 STEDwin 垃圾場淺層破壞分析結果(正常狀態)

(五) PLAXIS 漸進式分析結果

大地工程邊坡破壞實例很多都為漸進式破壞，如台灣阿里山著名之五彎仔 地區曾發生坍滑，吾常可於坡頂坡面附近一些表面徵兆之觀察，判定滑動破壞 跡象。本研究除分析淺層滑動破壞外，為更了解實際現況破壞情形，以 PLAXIS 模擬分析漸進式破壞，據此研判文獻案例是否有漸進式破壞之可能。分析結果 如表 4.6 及圖 4.19 所示，假定淺層破壞後產生滑動面坍滑，並將坍滑破壞的部 分移除繼續分析，依此規則漸進式破壞分別為 I~VI，安全係數 FS 為 0.581~0.866 的淺層破壞變化，此一狀況亦可能發生。

表 4.6 漸進式破壞分析結果一覽表 漸進式破壞階段 安全係數 FS

I 0.581 II 0.741 III 0.882 IV 0.866 V 0.866 VI 0.699

圖 4.19a 漸進式破壞示意圖

圖 4.19b PLAXIS 漸進式破壞分析結果 I

II

I

II III IV V VI

圖 4.19c PLAXIS 漸進式破壞分析結果(續) III

IV

V

VI

(六) PLAXIS 回饋分析結果

假定文獻案例無誤，忽略淺層破壞，再以 PLAXIS 進行回饋分析，調整剪 力強度參數，結果顯示，為得到近似文獻案例分析之安全係數結果，剪力強度 參數須調高至 C=130kPa,φ=45°，此一強度參數結果如同軟岩，而垃圾層極不 可能出現如此大的強度，回饋分析結果如表 4.7 及圖 4.20~圖 4.30 所示，正常 狀態 FS 為 1.516；暴雨狀態 FS 為 1.018；悶燃狀態 FS 為 0.984。且第二章文 獻中，剪力強度最大值為 Singh & Murphy(1990)於現地試驗求得之剪力強度參 數 C=100kPa,φ=1°。所以，文獻案例中，垃圾層剪力強度 C=10kPa,φ=20°，這 麼小材料參數於 60、70m 邊坡，分析之安全係數正常狀態達 1.63，似乎不太 可能，研判此安全係數下之材料參數可能不正確。

表 4.7 回饋分析結果整理表 項目 剪力強度參數條件 FS 1 C=70kPa,φ=20° 0.925 2 C=75 kPa,φ=35° 1.176 3 C=80 kPa,φ=40° 1.267 4 C=90 kPa,φ=40° 1.299 5 C=100 kPa,φ=40° 1.339 6 C=100 kPa,φ=45° 1.42 7 C=110 kPa,φ=45° 1.455 8 C=120 kPa,φ=45° 1.479 9 C=130 kPa,φ=45°(正常) 1.516 10 C=130 kPa,φ=45°(暴雨) 1.018 11 C=130 kPa,φ=45°(悶燃) 0.984

圖 4.20 PLAXIS 回饋分析結果(C=70 kPa,φ=20°)

圖 4.21 PLAXIS 回饋分析結果(C=75 kPa,φ=35°)

圖 4.22 PLAXIS 回饋分析結果(C=80 kPa,φ=40°)

圖 4.23 PLAXIS 回饋分析結果(C=90 kPa,φ=40°)

圖 4.24 PLAXIS 回饋分析結果(C=100 kPa,φ=40°)

圖 4.25 PLAXIS 回饋分析結果(C=100 kPa,φ=45°)

圖 4.26 PLAXIS 回饋分析結果(C=110 kPa,φ=45°)

圖 4.27 PLAXIS 回饋分析結果(C=120 kPa,φ=45°)

圖 4.28 PLAXIS 回饋分析結果(C=130 kPa,φ=45°)(正常狀態)

圖 4.29 PLAXIS 回饋分析結果(C=100 kPa,φ=45°)(暴雨狀態)

圖 4.30 PLAXIS 回饋分析結果(C=100 kPa,φ=45°)(悶燃狀態)