1.1 研究動機與目的
降雨乃是引發坡地崩塌(landslide)的主要自然外在誘因之一，尤 其是對於位處亞熱帶颱風好發的台灣地區而言。此外，由於全球氣候 的變遷，屬於海島型氣候的台灣地區，近年來亦經常發生因暴雨引發 之坡地崩塌。坡地崩塌所產生之大量土砂，不但能經由河道進入水庫 造成嚴重淤積，減低水庫容量及壽命，影響水庫永續經營，更可能帶 來民眾生命財產的重大損失。因此，如何預測、預警及預防因降雨引 發之坡地崩塌，儼然已成為重要且迫切的研究課題。
本研究之目的即在於探討降雨引發坡地崩塌之類型與機制，以及 降雨特性，包括雨量(rainfall)、延時(duration)及雨型(rainfall patterns) 對坡地崩塌之影響，並且提出引發坡地崩塌之判別方法，以供工程實 務之用。本研究之結果，可作為預測、預警及預防降雨引發坡地崩塌 之重要參考。
1.2 文獻回顧
探討飽和未飽和地下水入滲，Darcy(1856)首先經由實驗提出線性 滲流理論，為往後地下水入滲理論的發展奠定了基礎。Buckingham (1907) 提出未飽和層水流與勢能梯度相關之觀念，並提出 Darcy- Buckingham方程式，運用於土壤含水量不隨時間變化下未飽和層水流 之運動。Richards(1931)利用達西定律，並定義未飽和土層之總水頭 係為位置水頭及張力(負壓)之和，且水力傳導係數為張力水頭之函 數，再根據一維垂向連續方程，建立未飽和水流之偏微分方程。求解 理查氏方程式(Richards equation)已是近代研究飽和未飽和地下水入
滲之主要方法，如Brandt et al.(1971) 利用交替隱式差分法配合牛頓迭 代法求解理查方程式，模擬二維未飽和層地下水入滲，Neuman(1973) 利用有限元素法求解加入多孔隙物質壓縮特性的理查方程式，以便處 理未飽和層和飽和層間不連續的問題。Haverkamp et al.(1977)以隱式 有限差分法模擬砂質土壤地下水入滲，並探討九種不同權重型式之水 力傳導係數。Hills’ et al.(1989) 利用雙步驟Crank - Nicolsom有限差分 法模擬層狀未飽和土壤地下水入滲。陶方策(1995)以有限解析法建立 一維未飽和層水流傳輸模式。褚淑慧(2001) 以有限差分法建立一維 未飽和層水流傳輸模式，並改善未飽和層水流傳輸模式質量守恆與數 值 擴 散 問 題 。 其 他 ， 如 Allen and Murphy(1986)、 Milly (1988) 、 Celia(1990)、Gottardi(1993)、Romano(1998)等。
坡地崩塌(landslide)的型式依其移動方式，如圖1.1所示，分為墜 落(Fall)、傾翻(Topple)、滑動(Slide)、側滑(Spread)與流動(Flow)五種，
一般地震或豪雨所造成之崩塌大多以淺層邊坡滑動(Shallow slide)為 主 ， 而 以 莫 爾 - 庫 倫 破 壞 準 則 為 基 礎 之 無 限 邊 坡 穩 定 分 析 模 式 (Skempton 1957)，為一廣泛採用於評估坡地崩塌可能性之分析方法，
Fredlund et al.(1978) 提出未飽和土壤剪力強度關係式，將基質吸力 (suction)及其摩擦角之觀念加入Terzaghi土壤剪力強度關係式中。利用 未飽和土壤剪力強度關係式，可求得未飽和層邊坡穩定分析式，往後 之學者進而將飽和未飽和入滲理論應用於無限邊坡穩定分析中，如 Johnson, K. A. and Sitar, N. (1990)、Campos and Menezes (1991)、
Rohadjio and Frelund (1995)、Fannin and Jaakkola (1999)等。
Iverson(2000)利用理查方程式之簡單解析解，計算不考慮超滲降 雨作用下斜坡之飽和未飽和入滲，並利用無限邊坡穩定分析，模擬地
坡穩定分析，探討考慮坡地坡度與內摩擦角之關係，降雨引致不同型 式之邊坡破壞，當坡度大於內摩擦角(陡坡)，其破壞發生於入滲作用 下之未飽和土層，當坡地坡度小於內摩擦角(緩坡)，破壞發生於地下 水面以下之飽和土層，並提出降雨強度及延時與兩種破壞型式之關 聯。Collins and Znidarcic (2004)將無限邊坡穩定之臨界關係線建立於 入滲濕鋒隨時間下降之壓力水頭與深度關係圖上，並分別模擬在均勻 入滲下，飽和層與未飽和層兩種不同型式之破壞。基於上述學者之研 究，本研究探討飽和未飽和入滲作用下，降雨對不同坡度坡地淺崩塌 之影響，與不同降雨特性對坡地淺崩塌之影響。
1.3 研究方法與步驟
本研究之目的在於探討降雨引發坡地崩塌類型與機制，以及降雨 特性，包括雨量、延時及雨型對坡地崩塌之影響，並且提出降雨引發 坡地崩塌之判別方法，以供工程實務之用。研究中，採用理查方程式 (Richards equation)模擬降雨入滲，配合無限邊坡穩定理論(infinite slope stability theory)探討降雨引發之坡地崩塌。研究中，首先探討降 雨入滲引發坡地崩塌之類型與機制，並根據破壞類型與機制之探討，
提出引發坡地崩塌之判別方法，最後進一步探討雨量、延時及雨型對 坡地崩塌之影響。為探討雨型對坡地破壞之影響，將雨型概念化如圖 1.2所示，包括均勻型(uniform pattern)分佈及後退型(delayed pattern)、
前進型(advanced pattern)與中央型(intermediate pattern)等三種三角形 雨型分佈。
本研究之研究流程與步驟，如圖1.3所示，首先了解如何利用理 查氏方程式求解飽和及未飽和地下水流，以模擬坡地降雨入滲現象。
並且瞭解如何利用飽和及未飽和地下水流模擬結果，配合無限邊坡穩
定理論，探討坡地崩塌(如第二章所述)。理論建立完後，撰寫數值計 算程式，並利用簡單案例，驗證計算程式之正確性(如第三章所述)。
接下來，利用建立並驗證完成之數值模式，探討降雨入滲引發陡坡及 緩坡坡地崩塌之類型與機制，並推導崩塌發生之充分條件(如第四章 所述)。進一步探討時變降雨作用下，降雨特性對崩塌之影響 (如第 五章所述)。最後，對本研究做結論，並提出建議(如第六章所述)。
1.4 章節介紹
第一章為緒論，首先闡述本研究的動機與目的，並回顧文獻，再 提出研究方法與步驟。
第二章為理論基礎，首先介紹如何利用理查氏方程式求解飽和及 未飽和地下水流，以模擬坡地降雨入滲現象，再簡介無限邊坡穩定分 析理論。
第三章為數值計算程式之建立與驗證，本章首先介紹雙步驟 Crank-Nicolson有限差分法求解一維理查氏方程式，再說明程式計算 流程，並利用簡單案例驗證程式之正確性。
第四章為降雨對坡地淺崩塌之探討，本章分別探討降雨引發陡坡 及緩坡崩塌之類型與機制，並推導崩塌發生之充分條件。
第五章為降雨特性對坡地淺崩塌之影響，本章探討降雨特性，包 括雨量、延時及雨型，分別對陡坡及緩坡坡地崩塌之影響。
第六章為結論與建議，除了對本研究之成果作綜合性之歸納說明 外，並對未來研究方向提出建議。