根據第二章所述前人之研究，當地滑等坡地災害發生時，深層地 下水位會上升，而深層地下水中的碳酸氫根離子濃度(HCO3-)、氯離子 濃度(Cl-)、鈉離子濃度(Na+)及電導度值皆有不同的表現方式；也就 是說，若是地下水中離子濃度或電導度值改變的話，便有可能發生地 滑等坡地災害。因此研究中欲藉著長時間所收集到之地下水離子濃度 及電導度資料，觀察其變化情形，希望能推導出離子濃度、電導度值 與土石流發生的關係。惟目前研究區域中近期都無較大之降雨，因此 所收集到的資料變化皆不大，所以希能以室內砂箱試驗來模擬土體破 壞時地下水離子濃度及電導度值變化之情形。
3-1 研究流程
研究流程分為兩大部分，如圖 3.1 所示。一部份為現地地下水電 導度資料的收集，另一部份為實驗室砂箱模型試驗。
現地資料收集部分：於研究區域中所設置之雨量站及電導度監測 站，如圖 3.2，皆已正常運作；但研究期間內研究區域中都無明顯之 降雨可導致土石流的發生。因此本研究期望能以室內實驗來評估地下 水電導度觀測方式之可行性和找出導致地下水電導度值改變之主要 因子。
架設現地及時監測儀器 土壤滲流箱試驗
彙集研究區域中即時雨量、地
下水位及地下電導度值資料 模擬土體破壞時地下水位EC之變化
採集試驗水樣
研究區域中土石
流發生事件 地下水質試驗分析
推導出土石流發生與
地下水電導度之關係 找出土壤中使EC值上
升之主要影響離子
土石災害發生 時EC之門檻值
建立各種特性土壤模式
驗證模式
圖 3.1 研究流程圖
郡坑
豐丘
新興橋
神木 隆華
圖 3.2 研究區域內各雨量觀測站及 EC 監測站分佈圖 (摘自楊晁晟 2003)
室內砂箱試驗：在取回現地未擾動土樣後，先進行現地基本物理 試驗，以取得現地之基本資料；然後，建立滲流箱試驗系統與供水系 統，以便進行滲流槽試驗。砂箱實驗包括量測試體內部水位、土體變 位、電導度變化之量測等等...；水質試驗方面為在滲流箱試驗時，
收集地下水，再進行地下水離子檢測。
3-2 研究區域
本研究區域所採用之土樣來自基隆八斗子，採取本區土壤進行試 驗原因是由於本區為 CL(USCS 分類)土壤，可與楊晁晟(2003)利用南 投豐丘 GC-GM(USCS 分類)土壤試驗後所得結果作比較，研究是否不同 性質土壤，在發生崩塌時，地下水離子濃度與電導度值有何不同之變 化。
基隆八斗子舊有社區未經妥善規劃結果，多紊亂且緊密充塞於淺 谷地，原有之自然排水系統多遭破壞，每當遇到豪雨則遭洪氾。這些 舊有社區大多於煤礦業鼎盛時期，積極開發之結果，社區建築物與開 挖岩壁間，多未能保持適當之安全距離，常因豪雨或地震造成山崩或 土石滑落，危及當地居民生命財產。
基隆八斗子調查區域位於基隆港東側，西界自和平島南端至四腳 亭，東界自庚子寮至侯硐附近之九弓橋，全區面積為 4,600 公頃；該
層主要為中新世地層，以砂岩及頁岩為主，見圖 3.3 及圖 3.4；地質 構造線均呈東北至西南方向。地層傾斜則受局部構造控制，傾向西北 或東南，傾角在北側濱海一帶較為平緩，南側地勢較高，坡度較陡的 區域，傾角亦較大。由於岩層差異侵蝕之結果，地形上多呈豚背狀地 形，且多順向坡。在氣候上，根據記錄(1897~1976)，侵襲臺灣之颱 風，其路徑通過臺灣北部或北部海面向西或西北進行者約佔 27%，每 年颱季，常有鋒面帶來豐濱雨水；而東北季風來臨之際，少有晴天，
亦常帶來不少雨水。因此本區岩層大部份時間均呈現飽和狀態，自然 邊坡由於孔隙水之增加，常使安全系數趨近於 1，因此稍遇開挖不當，
或外力作用，極易發生平面滑動，引起崩塌，造成損害。
(以上資料摘自臺灣坡地社區工程地質調查與探勘報告 1991)
3-3 現地採樣
Johnson and Rodine. (1984)調查美國加利福尼亞州之土石 流，在源頭部與堆積部採樣，結果發現土石堆積材料在源頭部與堆積 部的粒徑分部曲線相似，如圖 3.5 所示。Johnson and Rodine. (1984) 認為土石流在傳輸的過程中，粒徑分佈的改變影響很小。但是若是採 用堆積部的材料時，在採樣的標準上很難取捨，因為在堆積部之礫 石，大者有可能跟一棟小房子一樣大，無法對其進行分析；因此決定 採樣的地點原則為未受擾動之土樣，所以採樣的地點大都在地勢較高
的地方，屬於土石流之發生部範圍。至於較高之地點，因為人員以及 器具搬運的困難，所以也要考慮交通之因素。
3-4 現地土壤基本性質
3-4-1 粒徑分析
粒徑分析之目的為求取土壤顆粒粒徑分佈曲線，並且求得其均勻 係數、曲率係數等數據，以作為土壤分類依據。在粒徑分析進行時，
所採用之方法是乾篩法，但是乾篩法之缺點為細顆粒土壤容易在敲擊 粗礫石飛走，或是黏附在粗顆粒上不易敲下，亦或者是因為敲擊太用 力，而導致礫石破裂。所以，為了使細粒料不流失，並且容易使得粗 顆粒上之細粒料容易跟粗粒料分離，並且不因為敲擊的因素使得礫石 破裂，將所有採回來的土樣全部泡水，接著再利用標準篩來過篩。
為了使粒徑分析進行容易，先將所有土壤顆粒放入疊套好之篩 網，篩號分別為 1〞、1/2〞、3/8〞、#4，進行粗顆粒之分類。分類好 之土壤全部泡水，浸泡時間約為一天以上，使得粗顆粒與細顆粒分 離。然後，分離後之土石溶液與之前通過#4 之細顆粒土壤再用#10、
#20、#40、#60、#100、#200 篩進行過篩。(採用 ASTM：C136-67 粒 徑分析法)
圖 3.3 台灣地質分區圖(中央地質調查所 1991)
圖 3.4 研究區內主要斷層圖及岩性(中央地質調查所 1991)
圖 3.5 土石流堆積部與源頭部粒徑分布圖 (Johnson and Rodine. 1984)
將所得之土石顆粒表面乾淨；一般用乾篩法所得之土石顆粒表面 還有很多細粉，或是土壤團粒等附著在粗顆粒表面；故此粒徑分析法 能得到較佳之土壤現地級配分佈曲線，而且不會低估細顆粒之含量。
所得基隆現地級配曲線如圖 3.6 所示。
依據等重量替代法之觀念，基隆八斗子現地土壤顆粒粒徑皆小於 5cm，因此不以較小粒徑之土壤取代較大粒徑之土壤，而直接使用基 隆八斗子現地土壤進行滲流箱試驗。
3-4-2 其他基本性質
其他土壤之基本性質皆依照實驗規範求得，包括比重含水量、阿 太堡限度、土壤分類、等等，各項性質列出如表 3-1。
土壤比重之測定採用 ASTM：D854-58 土壤含水量之測定採用 ASTM：D2216-16 土壤阿太堡限度之測定採用 ASTM：T89-68 土壤分類法採用統一土壤分類法(USCS)
3-5 理論介紹
根據楊晁晟(2003)所做之邊坡穩定分析，當邊坡某一面上所生的 剪應力超過該土壤的抗剪強度時即發生崩坍，是為邊坡破壞。引起邊 坡破壞的原因大致可分為以下兩項：
圖3.6 基隆八斗子現地粒徑分佈曲線
表3-1 基隆八斗子土樣基本性質
項目 數據
比重 2.46
含水量 21%
液性限度 L.L 33
塑性限度 P.L 12
統一土壤分類 CL
a.剪應力增加
由於荷重的增加，如坡頂上加建房屋，堆積材料，積雪等；由於 土壤重量提高，如土內含水量增加；由於邊坡部分土壤流失或挖除而 失去平衡；由於坡腳支承力降低，如在坡腳下開挖隧道或坑道等；由 於邊坡的表面開裂，地震或爆炸等原因增加邊坡土壤內的應力。
b.土壤抗剪強度降低
由於吸水膨脹，孔隙壓力增大；疏鬆土壤或蜂窩結構土壤的破 壞；因反覆脹縮而引起土壤的裂縫，靈敏性土壤的變形或持續性破壞
（progressive failure）；解凍；膠結材料之老化或喪失等原因均能 使土壤之抗剪強度降低。
分析邊坡穩定情形所採用之土壤抗剪強度計有兩種。一為採用總 應力，一為採用有效應力。採用前者，稱為總應力分析法（total stress analysis），採用後者稱為有效應力分析法（effective stress analysis）。
1.總應力分析法所用之基本式為：
直接剪力試驗的抗剪強度 τ = c+σ tanφ (3-1) C U 壓 密 不 排 水 試 驗 的 抗 剪 強 度 τ =
c
u +σ tanφcu (3-2) U - 不 壓 密 試 驗 的 抗 剪 強 度 τ =c
u， φu =0 (3-3) 無圍壓縮試驗的q u值貫插試驗及十字片鑽試驗的剪力值。
2 . 有 效 應 力 分 析 法 所 用 之 基 本 式 為 ：
D-容許排水試驗的抗剪強度 τ =
c
d +σ tanφd (3-4) 或其他剪力試驗減除孔隙壓力後的τ′值，如直接剪力試驗的抗剪強度 τ′=
c
′+σ′ tanφ′ (3-5) CU 壓密不排水試驗的抗剪強度 τ′=c
cu′ +σ′ tanφcu′ (3-6) 其中 τ ：為抗剪力c ：
凝聚力c ：
u 為不排水的 C 值c′
cu ：為壓密不排水的 C 值 φ ：內摩擦角（抗剪角）φcu、φcu′ ：壓密不排水抗剪角
這兩種分析方法在極限平衡（limiting equilibrium）下所得的 安全係數均為 1；所謂極限平衡即指抗剪強度恰等於剪應力，此時若 用總應力分析法（φu =0），其破壞角 α = 45°，若用有效應力分析法，
其破壞角 α =45°＋φ2 。圖 3.7 係用飽和土壤的不壓密試驗結果，在 極限平衡狀態下，分別以總應力法和有效應力法分析垂直邊坡的穩定 性，所得安全因數相等，但其破壞面各不相同。φ值越與真正內摩擦 角接近，所得的破壞面愈與實地情形接近。
3-6 砂
箱實驗設計
3-6-1 砂箱實驗設計之原理
楊晁晟(2003)曾對此做如下之說明。一般來說，對於地下水流動 的解析解，大都是對含水層或是含水層系統作出可以說是嚴苛限制條
件下所求得的。如果這些限制條件，能反映出實際含水層的主要特 徵，那麼解析解是可以使用的。但是我們可以確定的是對於實際的含 水層而言，通常都是非均質性，有著複雜的幾何邊界，因此不允許有 太多的概化，所以解析解就難以使用。
為了解決這個問題，於是很多的學者專家便利用模擬的方式來研 究複雜條件下地下水流動的規律。模擬的方式一般來說分為物理模型 模擬(Physical modeling)與數值模式模擬(Numerical modeling)。
物理模擬的方法很多，如滲流槽的模擬、連續介質的電模擬、窄縫槽 模擬以及熱模擬等等。數值模擬主要有有限差分法或是有限元素法
物理模擬的方法很多，如滲流槽的模擬、連續介質的電模擬、窄縫槽 模擬以及熱模擬等等。數值模擬主要有有限差分法或是有限元素法