第三章 草嶺山崩之研究
3.5. 草嶺 1999 年山崩之二維模擬
3.5.3. 結果與討論
本章經由草嶺 1999 山崩和 PFC2D模擬結果，再配合野外調查報告得到非 常重要的結果，分為以下幾個部份討論：邊坡穩定、摩擦係數、潤滑作用及滑行 距離。
3.5.3.1. 集集地震對草嶺邊坡穩定的影響
在我們的1999 年草嶺山崩模型中考慮到重力、塊體的物理特性、地震、滑 動面上的尖峰和殘餘摩擦係數等不同的參數；我們模擬的結果得知，塊體下滑時 的摩擦係數必需介於0.1 至 0.2 之間；因此，塊體滑動時的摩擦係數為何能降到 0.15 便成為我們首要的問題，根據岩石試驗的結果 (李正楠，2001)，草嶺的錦 水頁岩及卓蘭層含水量約分別為 3.8%和 5.6%，殘餘摩擦角為 13.4° (0.23)及 19.9˚
(0.36)，若再加上孔隙水壓造成的有效應力降低，則摩擦係數是有機會降到接近 0.15。
以上的假設必需是在集集地震前，滑動面有充足的地下水為前提，孔隙水 的存在不但可以使得滑動面保持濕潤，降低正向的應力，而且還可以有效的降低 岩石的內聚力；李錫堤等人 (1993) 的報告中認為，含水飽和的錦水頁岩其內聚 力可以降到接近於0；由我們的模擬結果堆積區的幾何形態，認為低摩擦係數是 有絶對的必要，顆粒才得以順利越過海拔500 公尺的清水溪而達到高 700 公尺對 岸的倒交山，比較可惜的是我們缺乏真正的觀測資料，因此無法比對崩滑的速度。
3.5.3.2. 潤滑機制
生，在義大利的Vaiont 山崩事件中，由於其摩擦係數可能接近於 0，故滑行的最 終速度可能高達每小時300 公里 (Skemption, 1966)，Habib (1975)認為，若是剪 切面上的滑動速度夠快，則摩擦所產生的熱能便足以便岩石中的水轉化成水蒸
後來的研究認為 (Vardoulakis, 2002)，Vaiont 事件是由於快速的滑動，使得 大 量 的 熱 被 限 制 在 剪 滑 帶 (Shear band) 之 中 ， 黏 土 內 部 因 熱 塑 性 瓦 解 (Thermoplastic collapse) 產生孔隙快速膨脹，黏土的熱塑性瓦解造成整體的剪力 強快速降低，和塊體沿著一個無摩擦的坡面自由滑動，但此種解釋並不適用於草 (Howard, 1973; McEwen, 1989)，這個問題使人探討顆粒流型式的山崩在缺水的環 境下仍能產生潤滑的效果 (Campbell, 1989; Cleary and Campbell, 1993)，自我潤滑
的觀念以顆粒流的模擬為基礎所建立，是顆粒流經一個快速攪動而稀釋且乾的環
表3- 7：草嶺 1999 年山崩二維模擬之 10 個監測顆粒的滑行距離和最高速度 中強度鍵結
Disks 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Distance(m) 1,721 1,761 1,790 1,814 1,896 2,138 1,781 1,946 1,913 1,430 Max Vel.
(m/sec) 29.2 35.2 44.5 27.7 39.3 39.5 32.0 36.5 35.5 35.2 強鍵結
Disks 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Distance(m) 1,811 1,812 1,719 1,853 1,947 2,100 1,814 1,882 2,022 1,891 Max Vel.
(m/sec) 34.7 34.6 35.9 31.4 30.3 36.3 31.4 30.7 32.6 33.7 弱強度鍵結
Disks 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Distance(m) 1,726 1,765 1,764 1,716 1,848 1,620 1,724 1,811 Unknown* 1,117 Max Vel.
(m/sec) 33.6 40.5 39.1 34.5 38.1 39.2 33.1 36.3 Unknown* 24.2
圖3- 23：模型的外觀及 10 個監測之分佈圖，依前後及上下相關位置，可分前 (3, 6, 9)、中 (2, 5, 8)、後 (1, 4, 7, 10)或上 (8, 7, 10)、中 (4, 5, 6)、下 (1, 2, 3, 9)等部位。
圖3- 24：監測顆在崩塌前後之位置分佈圖，整體而言，上層的滑行距離較下層 為遠，前後的相對關係亦大致存在，且約略保持原有的層序。
3.5.3.4. 山崩後的倖存者
針對模擬的結果可以更詳細的討論隨著塊體滑移後的倖存者的原因，首先 暫不考慮房屋的強度，只考慮塊體滑動的因素，塊體在崩落過程中的瓦解和翻轉 是二個造成房舍被掩埋的主要原因。
弱鍵結的結果顯示，所有的鍵結在塊體撞擊清水溪峽谷後便全數破裂(圖 3- 21a, 圖 3- 22)，位於上部 (接近地表自由面) 的絶大部份顆粒不是被掩埋就是隨 著破裂的碎塊一起翻滾，因此，我們認為在此種條件下，居住在塊體上的居民在 滑動2 公里以上能存活的機率非常低；中強度鍵結的模型的模擬結果顯示，塊體 在滑動時，其行為是半剛性 (Quasi-rigid) 的 (圖 3- 21b, 圖 3- 22)，在塊體撞擊 河谷後，雖然有部份的動能消散，但其餘的動能足夠把塊體推向河谷的另一側的 倒交山，而位於塊體最前端和最後端的顆粒有明顯的破裂與滾動，相較於中段的 顆粒，最上層自由面的顆粒，碰撞後仍大致保持在最上方，說明了塊體中央的居 民存活的可能性。