深層重力變形行為及滑動機制 (1) 滑動機制與型態 (1) 滑動機制與型態

Chigira(1992)指出深層重力變形行為可根據不連續面與邊坡地形之交 互形態分為四類(圖 5.1.2-1)，第一類不連續面與坡面呈順向坡形態，其邊坡 重力變形以形成挫屈褶皺(buckling fold)為主；第二類不連續面為垂直或與 坡面呈逆向坡形態，其邊坡重力變形以形成拖曳褶皺(drag fold)為主；第三 類不連續面為高角度之順向、垂直或逆向形態，其邊坡重力變形以形成折 彎褶皺(bending fold)為主；第四類之不連續面為中、低角度且與坡面呈順向 坡型態，其邊坡重力變形以形成坡體局部斷層為主。綜上所述，深層重力 變形行為會先由岩體潛變開始發展，直至超過岩體強度後產生滑動破壞。

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圖 5.1.2-1 不連續面位態與深層重力變形行為之關係(Chigira, 1992) Figure 5.1.2-1 Relationship between the orientations of discontinuities and the

behavior of deep-seated gravitational deformation (Chigira, 1992)

Chigira(1992)、Alsop and Marco (2012)、Jaboyedoff et al. (2013)之研究 則指出深層重力變形行為將受到覆土深度造成之圍壓及岩層厚度影響而有 所 不 同 ， 當 圍 壓 愈 大 且 岩 層 厚 度 愈 薄 時 ， 其 變 形 程 度 通 常 也 愈 高 (圖 5.1.2-2)。在滑動面之剪滑動機制方面，根據不連續面位態之不同，其所對 應之剪滑動機制也有所不同，可藉由深層重力變形體於等高線所呈現之地 形推測其可能機制，並由現地所見之線狀地形特徵如雙重山脊 (doubled ridges)、崩崖(scarp)、反斜崖(counterscarps)、張裂隙(trenches)等地形構造 (morpho-structure)加以確認潛在滑動面。前述受深層重力變形影響之不連續 面變化除可利用野外露頭調查進行歸納外，亦可透過地質鑽探時之孔內攝 影等方式記錄地中不連續面位態變化，進而強化其滑動機制研判。

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圖 5.1.2-2 圍壓及岩層厚度與深層重力變形行為之關係 (Jaboyedoff et al., 2013)

Figure 5.1.2-2 Relationship between confining pressure, rock thickness and the behavior of deep-seated gravitational deformation (Jaboyedoff et al., 2013) (2) 潛變變形理論

潛變係指材料在承受固定應力作用下，變形隨時間而發生之行為。典 型岩盤潛變行為可以圖 5.1.2-3 所示，一般試體受力後其應變包含瞬時發生 之彈性應變，隨著應力升高則繼之發生一階潛變、二階潛變及三階潛變，

進而導致試體之破壞。潛變變形重點在於岩層本身的依時行為，無論何種 岩盤均會發生，差異僅在潛變速率的快慢，故分析時須選擇合適之潛變理 論模型及其潛變速率(財團法人中興工程顧問社，1994、1997；林宏勳，2011；

林士淵，2002)。

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圖 5.1.2-3 岩盤潛變行為(Goodman, 1989) Figure 5.1.2-3 Creeping behavior of rock (Goodman, 1989)

為描述此潛變行為，以往學者發展出之數學模式甚多，最常被採用且 撰有電腦程式者，大體可分為：A.黏彈性模式(viscoelastic model)，由彈簧 與消能盤兩種基本物理模型組合而成，可衍生之基本模型如完全彈性模式 (Spring model)、完全黏性模式(Newtonian model)、馬克斯威爾模式(Maxwell model) 、 凱 爾 文 模 式 (Kelvin model) 、 廣 義 馬 克 斯 威 爾 模 式 (Generalized Maxwell model)、廣義凱爾文模式(Generalized Kelvin model)、柏格模式 (Burger’s model)等；B.黏彈塑性模式(viscoelastic-plastic model)，或稱西源 模式，通常由凱爾文-沃依特模式(Kelvin-Voigt model)及賓漢模式(Bingham model)串聯而成；C.經驗模式，通常針對特定材料發展而成，如參考潛變量 模式(Reference creep model)、雙指數潛變模式(2-component power law)等。

財團法人中興工程顧問社(1994)研究指出，對較均質的弱質岩盤，其潛 變行為可以四常數之柏格模式予以描述。柏格模式由凱爾文固體和馬克斯 威爾液體模型串聯而成，如圖 5.1.2-4 所示。柏格模式的應力與應變關係如 式(5.1.2-1)所示，其所需之潛變參數(^E1、^E2、^1、^1)則可透過本計畫執行之 潛變試驗予以求得。

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圖 5.1.2-4 柏格模式：左為力學模型、右為應變與時間關係(Goodman, 1989)

Figure 5.1.2-4 Berger model: mechanical model on the left and the relationship between strain and time on the right (Goodman, 1989)

  _ 影圖進行運動學分析(kinematic analysis)判斷其破壞模式，再進一步進行力 學平衡評估，以獲得坡體安全係數。本計畫蒐集常用數值模擬軟體之適用