第三章 分析模式之測詴
3.1 案例設定
3.2.4 河川水位與降雨特性之綜合影響
3.2.2 節與 3.2.3 節已分別針對河川水位升降以及降雨特性對河岸塊體破壞的影響 進行分析，並獲致初步之結論。本節將結合上述兩種機制，進一步探討其綜合效應對 塊體破壞之影響。但須強調的是，研究中參數選擇係為不同情境下之組合，即暫不考 慮河川水位升降與降雨之間的關連性進行模擬。
河川水位上升結合降雨
以下將貣始水位設定為 0.6 m，並採用不同降雨強度(Ir = 5、10、20、40、60 與 80 mm/hr)配合河川水位上升與下降以及不同水位變動速度(Vw = 0.15 m/hr、0.3 m/hr 與 0.9 m/hr)進行模擬。砂、壤土砂與黏壤土三種土質之河岸在不同河川水位上升速度與降雨 強度下，
FS
隨時間變化之模擬結果彙整於圖 3.20。圖 3.20(a1)可見當降雨強度小於或等於 40 mm/hr 時，河川水位以 0.15 m/hr 速度上升所額外提供的靜水壓力使
FS
隨之上 升(0~12 hr)。然而，當降雨強度為 80 mm/hr 時，因降雨產生的入滲量將凸顯孔隙水壓 上升對FS
的負面效應，進而導致FS
下降且小於 1.0。河川水位上升速度越快雖能使FS
迅速增加(原因詳見 3.2.2 節)，但當河川水位停止變動而降雨持續發生時，FS
則僅受 降雨因素的影響則呈持續下降之趨勢，而當降雨延時長至足以使土體孔隙水壓達平衡 狀態，FS
將維持一定值，如圖 3.20(a2)與圖 3.20(a3)所示。上述的模擬結果趨勢亦同 樣發生於壤土砂質與黏壤土質河岸，分別如圖 3.20(b1~b3)與圖 3.20(c1~c3)所示。另外，所分析之三種土壤在不同水位上升速度下，將降雨強度與降雨延時之臨界 安全係數分布整理於圖 3.21。由圖 3.21 的結果可發現與先前僅考慮降雨特性的模擬結 果相似，臨界安全係數分布因土壤滲透性的差異分別受降雨強度或降雨延時所主控，
惟河川水位上升對
FS
的正面效應將擴大破壞包絡線FS 1 . 0
的涵蓋範圍，由圖 3.21 與 圖 3.12 相較可得以上之論述。然而，FS
受河川水位上升的正面效應主要在其上升的 過程，當河川水位不再變動時，對於河岸最終是否穩定，則完全取決於降雨的影響。因此，圖 3.21 顯示水位上升速度對臨界安全係數分布的關連性甚微，但須強調的是，
水位上升速度將影響塊體破壞可能發生的時間。
河川水位下降結合降雨
三種土質河岸在不同河川水位下降速度與降雨強度下，
FS
隨時間變化之模擬結果 如圖 3.22 所示。由圖中可發現河川水位下降導致其提供之靜水壓力減少，加上降雨入 滲使得孔隙水壓升高。因此，與僅考慮河川水位下降或降雨之單一機制相較下，河川 水位下降並同時考慮降雨的情形較易造成塊體破壞的發生。進一步將破壞包絡線分布 整理於圖 3.23，並分別與圖 3.12 與圖 3.21 比對後則可清楚綜觀上述之現象。3.3 懸臂型破壞
懸臂型破壞其理論基礎與 3.2 節所探討的塊體破壞相同，僅破壞土體位置與破壞 面定義有所差別。本節同樣以河川水位升降、降雨特性以及綜合上述二項效應進行測
詴其對引發懸臂型破壞之影響。相關參數參照 3.1 節中所述內容進行設定，且暫不考 慮塊體破壞與水流沖蝕等機制，惟案例採用如圖 3.24 所示之河岸幾何形狀進行後續的 模擬以及討論。
3.3.1 河川水位升降之影響
本節分別採用河川水位上升以及下降兩個案例，與 3.2.2 節同樣地考慮不同土壤性 質與水位變化速度進行分析與比較。三種土壤分別在不同水位上升與下降速度(Vw = 0.15 m/hr、0.3 m/hr 與 0.9 m/hr)下，FSc隨時間的變化分別如圖 3.25 所示。由圖 3.25(a) 可知，當河川水位持續上升接近所探討的土體範圍時，FSc始受其影響而隨之下降。此 外，滲透性較佳的土壤，在水位上升時因孔隙水壓較易隨之上升，致使 FSc下降速度 較快。且由於破壞土體之破壞面鄰近河岸，河川水位的變動易影響沿破壞面上的孔隙 水壓分布，因此，當河川水位上升速度越快時，FSc下降幅度與速度隨之增加。以下分 別以河川水位上升速度 0.15 m/hr 與 0.9 m/hr 為例，將砂與黏壤土質河岸隨時間變化之 壓力水頭與地下水流場分布情形繪製於圖 3.26 與圖 3.27，綜合圖 3.26 與圖 3.27 的模 擬結果可佐證以上之論述。另外，河川水位下降的模擬結果如圖 3.25(b)所示，圖中可 見當模擬貣始時，FSc為 0.34，小於 1.0 甚多，由以上模擬結果研判，懸臂型破壞可能 在河川水位上升時即已發生。
3.3.2 降雨特性之影響
固定貣始水位為 0.6 m，降雨強度則分別採用 5、10、20、40、60 與 80 mm/hr 等 六種降雨強度進行模擬，模擬結果如圖 3.28 所示。圖中可見降雨強度越大，FSc下降 速度越快，表示破壞越早發生。而對於滲透性較差的土壤，雖然積水效應延遲了孔隙 水壓的上升，但由於破壞面接近地表，其效應並不顯著，因此，FSc仍然受降雨入滲的 影響而下降。
3.3.3 河川水位與降雨特性之綜合影響
3.3.1 節模擬結果顯示破壞可能發生在河川水位上升的過程，因此，本小節僅考慮 河川水位上升並結合降雨的因素進行分析。與 3.2.4 節模擬條件相同，設定貣始水位為 0.6 m，採用不同降雨強度(Ir = 5、10、20、40、60 與 80 mm/hr)與河川水位上升速度(Vw
= 0.15 m/hr、0.3 m/hr 與 0.9 m/hr)進行模擬。砂、壤土砂與黏壤土三種土質之河岸在上 述不同條件下，
FS
隨時間變化之模擬結果如圖 3.29 所示。綜覽圖 3.29 可發現，當河 川水位上升較緩而尚未達破壞土體時，FSc主要受降雨所影響，而一旦河川水位上升至 足以影響破壞面的孔隙水壓分布時，則如 3.3.1 節所得之結論，由於破壞面鄰近河道因 而致使 FSc驟降。綜合上述並與 3.2 節塊體破壞模擬結果相較可知，由於懸臂型破壞的破壞面鄰近 河岸土體邊界，容易受河川水位的升降或降雨入滲影響其孔隙水壓分布。基於上述原 因，塊體破壞常發生於河川水位洩降時，而懸臂型破壞則可能發生於河川水位上升的 過程，而降雨的因素則更加速破壞的發生。
3.4 水流沖蝕
水流沖蝕主要與水力條件(底床坡降、河川水位)以及土壤抗沖蝕能力(臨界剪應 力、沖蝕係數)有關。本節首先在不同底床坡降與臨界剪應力的條件下，分析並彙整啟 動河川水流沖蝕機制的臨界河川水位，接續再探討河川水位以及水位歷線型態對水流 沖蝕程度的影響。